CN114717630B

CN114717630B - 一种铝及铝合金阳极氧化膜环保封闭剂及其制备方法

Info

Publication number: CN114717630B
Application number: CN202210268669.3A
Authority: CN
Inventors: 陈怀超
Original assignee: Jiangmen Youbo Technology Co ltd
Current assignee: Jiangmen Youbo Technology Co ltd
Priority date: 2022-03-18
Filing date: 2022-03-18
Publication date: 2024-05-10
Anticipated expiration: 2042-03-18
Also published as: CN114717630A

Abstract

本发明提供了一种铝及铝合金阳极氧化膜新型环保封闭剂及其制备方法，包含如下按体积质量计的组分：主封孔物质4‑6g/L、促进剂0.2‑0.3g/L、PH调整剂0.1‑0.5克/L和去离子水。该铝及铝合金阳极氧化膜新型高耐蚀性环保封闭剂及其制备方法以硅醇或其盐作为主封孔物质，配合有机醇醚作为促进剂，本发明的封孔工艺，封闭后的铝合金氧化膜耐蚀性好，光泽度好，表面均匀一致，使用和操作维护方便，污水处理简单，污水处理成本低。

Description

一种铝及铝合金阳极氧化膜环保封闭剂及其制备方法

技术领域

本发明属于铝及其合金表面处理技术领域，具体涉及一种铝及铝合金阳极氧化膜环保封闭剂及其制备方法。

背景技术

铝及其合金材料作为用途最广的有色金属，广泛作为装饰性和功能性的材料而应用，很多应用场景既要求铝合金材料既具有好的装饰性又需要具备高耐蚀性，如高温高湿环境下使用的卫浴料，长期暴露在日照和雨淋环境中的汽车配件，太阳能光伏板的边框和支架，各种户外工程使用的铝及其合金材料等，另外，这些场景应用的铝合金材料还要求有较好的耐磨耐冲击性能。在铝合金表面处理工艺中，能满足上述要求的重要工艺之一就是铝合金的氧化封孔工艺，即将铝合金先进行除油，除蜡，抛光或碱蚀等工序，取得所需的光或哑的洁净表面，然后进行阳极氧化，以取得所需厚度的氧化膜，再用合适的封孔工艺进行封孔。

当前工业上常用的成熟铝阳极氧化膜的封闭技术是沸水封孔和镍盐封孔，沸水封孔容易导致铝及其合金的表面易起灰，硬度下降而不耐磨不耐冲击，有镍封孔存在镍排放严格受到管制，污水处理成本高，污水处理产生含镍废渣为危废，每吨含镍废渣的处理成本在3000元左右，给企业带来巨大的成本压力，因此发展无镍封孔工艺成为近年来铝合金封孔工艺的热点。

目前开发出的无镍封孔工艺，耐蚀性能优异的，外观装饰性上较差，如硅酸盐封闭工艺，外观装饰性好的，耐盐雾性能一般，如碱金属封闭工艺。

US7851025用无机硅酸盐进行汽车零部件封闭处理，以取得高耐蚀性，其原理是无机硅酸根离子进入氧化膜孔，在碱性环境中，氧化膜中的铝离子溶解，硅酸根与氧化膜中溶解的铝离子结合，生成硅酸铝沉淀，2Al³⁺+3SiO₃ ^2-→Al₂(SiO^3-)₃↓，硅酸铝具有优秀抗酸碱腐蚀和浸蚀性离子如氯离子，氟离子穿透的能力，然而，无机硅酸盐封孔会使封孔后的铝氧化膜表面严重变白，封孔液在使用过程中会生成硅酸溶胶，硅酸溶胶浓度变大后，会粘附在铝氧化膜表面，造成不均匀的表面发花，严重影响封孔后铝表面的外观均匀一致性。

JP 8-134694是一种溶胶-凝胶法封孔，该方法是将包含金属醇盐的溶胶溶液涂布在阳极氧化膜上的方法，该方法是将氧化铝，氧化硅，氧化锆等填充在细孔中，在阳极氧化膜的表面上形成氧化物涂层。然而，溶胶-凝胶法需要额外的设备，例如湿度控制装置和烘烤炉，并且需要一系列步骤，包括溶胶溶液的施加，干燥，溶胶化，胶凝和加热要重复进行。存在的问题是，这需要花费大量时间和精力，难以涂覆具有复杂形状的物体，厚的涂层可能导致破裂或剥离，大规模批量生产难以实施。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铝及铝合金阳极氧化膜环保封闭剂及其制备方法，以解决上述背景技术中存在的问题。

本发明提供了一种铝及铝合金阳极氧化膜环保封闭剂，包含如下按体积质量计的组分：主封孔物质4-6g/L、促进剂0.2-0.3g/L、PH调整剂0.1-0.5克/L和去离子水。

进一步的，所述主封孔物质至少为一种硅醇或硅醇盐，所述硅醇或硅醇盐至少包含以下物质：硅醇钠、硅醇钾、甲基硅醇钠、甲基硅醇钾、三甲基硅醇、硅酸三乙醇胺；作为主封孔物质的硅醇或硅醇盐，进入氧化膜孔中，硅醇中的二氧化硅基团能够与氧化铝键合，生成硅铝氧化物陶瓷Al₂O₃·2SiO₂·H₂O，同时醇类的羟基能促进拜耳体Al(OH^-)₃生成，从而进一步封闭氧化膜孔。

进一步的，所述的促进剂至少为一种聚醚多元醇或醇醚化合物，所述聚醚多元醇或醇醚化合物至少包含以下物质：聚氧化丙烯二醇、聚氧化丙烯三醇、聚四氢呋喃二醇、四氢呋喃-氧化丙烯共聚二醇、四乙二醇辛基醚、乙二醇叔丁基醚、二乙二醇单丁醚、三乙二醇单丁醚、乙二醇二丁醚、乙二醇异辛醚；作为促进剂的聚醚多元醇或醇醚化合物，进入氧化膜孔后，提供醚基和醇基，醚基键合水分子中的氢离子后使水离解出羟基，醇基可直接提供羟基，协同硅醇与铝结合，增强拜耳体Al(OH^-)₃生成的动能和数量，促进孔的进一步封闭。

进一步的，所述PH调整剂为有机饱和一元羧酸，所述有机饱和一元羧酸至少包含以下物质：甲酸，冰醋酸，丙酸，羟基乙酸；羧酸含有羟基，在调节PH值的同时，进一步协同硅醇与铝的键合，促进拜耳体Al(OH^-)₃的生成，促进孔的进一步封闭。

进一步的，包括一种铝及铝合金阳极氧化膜环保封闭剂的制备方法，具体步骤如下：

(1)将1/2所需量的去离子水加入反应容器中，加热至90-100℃；

(2)在搅拌下，依次加入主封孔物质和促进剂及剩余的去离子水；

(3)继续搅拌60分钟；

(4)降温至60-70度；

(5)用PH调整剂调整PH至5-6。

本发明还提供了一种铝及铝合金阳极氧化膜环保封闭剂的应用工艺，包括以下步骤：(1)用优博科技YBL-111低温抛光剂将铝合金工件进行脱脂除油；(2)水洗；(3)抛光件用优博科技YBL-118铝合金酸性除蜡水进行除蜡，平光或砂面料表面不用经过此工序；(4)水洗；(5)对光面料用优博科技的YBL-212两酸抛光剂进行化学抛光，或用优博科技YBL-216碱蚀剂对平光和砂面料进行碱蚀；(6)水洗；(7)用优博科技的YBL-217环保去灰剂进行除渍去灰；(8)阳极氧化；(9)水洗；(10)采用本发明封闭剂进行封闭处理；(11)水洗；(12)干燥。

进一步的，所述封闭剂的pH值为5-6，封闭温度60-70℃，封闭时间为1.5分钟封1微米氧化膜。

与之前的发明相比，本发明的有益效果是：

(1)硅醇进入氧化膜孔后生成的硅铝氧化物陶瓷，耐酸碱腐蚀和耐活性氯离子氟离子的浸蚀性能优秀，使用本发明工艺封闭的铝合金氧化膜具有高耐蚀性；

(2)硅醇物质，无游离硅酸根，避免了游离硅酸根生成硅酸，硅醇中的醇基和醇醚化合物中的醚基中存在的羟基不是游离状态，避免了游离羟基与铝生成过量的拜耳体，从而避免了封孔后的氧化膜表面出现发花，发白，起灰的情况，同时添加的醇醚有机物，吸附在铝及其合金氧化膜表面，避免氧化膜受封孔溶液的过度浸蚀而失光，保持表面光泽度良好。

(3)本发明的封孔工艺因不含各种重金属，污水处理简单，污水处理成本低；

因此，本发明的高耐蚀性环保封闭剂，环保性好，同时能满足高耐腐蚀性，高耐磨性和对外观要求高的铝或铝合金件的封闭要求。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合实施例对本发明进行详细的描述：

实施例1

一种铝及铝合金阳极氧化膜高耐蚀性环保封闭剂，包含如下按体积质量计的组分：

所述高耐蚀性环保封闭剂的制备方法包括以下步骤：

(1)将1/2所需量的去离子水加入反应容器中，加热至90-100℃；

(2)在搅拌转速为100转/分钟下，依次加入硅醇钠和聚氧化丙烯二醇以及剩余的去离子水；

(3)继续搅拌60分钟

(4)降温至60-70度

(5)用PH调整剂甲酸调整PH至5-6

实施例2

所述高耐蚀性环保封闭剂的制备方法(2)中依次加入硅醇钾，聚氧化丙烯三醇,以及剩余的去离子水，其余步骤与实施例1的相同。

实施例3

一种铝及铝合金阳极氧化膜耐蚀性环保封闭剂，包含如下按体积质量计的组分：

所述高耐蚀性环保封闭剂的制备方法(2)中依次加入甲基硅醇钠，聚四氢呋喃二醇，以及剩余的去离子水，其余步骤与实施例1的相同。

实施例4

所述高耐蚀性环保封闭剂的制备方法(2)中依次加入甲基硅酸钾，四氢呋喃-氧化丙烯共聚二醇，以及剩余的去离子水，其余步骤与实施例1的相同。

实施例5

所述高耐蚀性环保封闭剂的制备方法(2)中依次加入三甲基硅醇，乙二醇叔丁基醚，以及剩余的去离子水，其余步骤与实施例1的相同。

实施例6

所述高耐蚀性环保封闭剂的制备方法(2)中依次加入硅酸三乙醇胺，三乙二醇单丁醚，以及剩余的去离子水，其余步骤与实施例1的相同。

对比实施例1

五水偏硅酸钠5克/升

温度 60-70度

时间 1.5分钟封1微米氧化膜

对比实施例2

对比实施例3

去离子水 100度

PH 6-7

时间 2分钟封闭1微米氧化膜

对比实例4

YBL-615厚膜中温封孔剂(优博科技)5克/升

温度 60-70度

PH 5.5-6.5(用氨水和冰醋酸调节)

时间 1.5分钟封1微米氧化膜

封孔性能测试

1、耐污染性-附着污物去除性试验

将封孔后的各试验片在室温下放置1天，用油性黑色万能笔油墨在表面标记出，并静置30秒，接着，用浸染有70％乙醇溶液的盒式纸巾进行搽拭，按照下述评价基准进行评价：

0级：轻擦拭时，能够完全去除印记；

1级：强力擦拭时，能够去除印记；

2级：即使强力擦拭，也会残留若干印记痕迹；

3级：去不掉黑色印记。

评级低于1级，在实际生产中视为合格。

2、外观评价

通过目视观察封孔后的试片表面的光泽度变化进行评级：

0级：基本没有消光发白；

1级：轻微的光泽度下降，但没发白；

2级：光泽度下降较明显，有发白现象；

3级：严重消光和发白。

评级低于1级，在实际生产中视为合格。

3、盐雾测试

按照GB/T1015-2012人造气氛腐蚀试验盐雾试验中的中性盐雾试验(NSS),酸性盐雾试验(ASS),铜加速盐雾试验(CASS)的试验方法进行试验，并按以下标准进行盐雾试验后工件的耐盐雾性能评级。

腐蚀面积率A(％)	耐盐雾等级(RN)
		≤0.01	10
≤0.02	9.8
		0.02＜A≤0.05	9.5
0.05＜A≤0.07	9.3
		0.07＜A≤0.10	9.0
0.10＜A≤0.25	8
		0.25＜A≤0.5	7
0.5＜A≤1.0	6
		1.0＜A≤2.5	5
2.5＜A≤5	4
		5＜A≤10	3
10＜A≤25	2
		25＜A≤50	1
50＜A	0

耐盐雾等级(RN)和腐蚀面积(A)可用下面的公式计算：

RN＝3(2-Log₁₀A)

耐腐蚀等级在9.3-9.8之间，可以用下面的公式计算

RN＝10-A/0.1

5、测试结果

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不会使相应技术方案的本质脱离本发明技术方案的保护范围。

Claims

1.一种铝及铝合金阳极氧化膜环保封闭剂，其特征在于，包含如下按体积质量计的组分：主封孔物质4-6g/L、促进剂0.2-0.3g/L、PH调整剂0.1-0.5克/L和去离子水；

所述主封孔物质为：硅醇钠、硅醇钾、甲基硅醇钠、甲基硅醇钾、三甲基硅醇或高硅酸化三乙醇胺；

所述的促进剂为：聚氧化丙烯二醇、聚氧化丙烯三醇、聚四氢呋喃二醇、四氢呋喃-氧化丙烯共聚二醇、四乙二醇辛基醚、乙二醇叔丁基醚、二乙二醇单丁醚、三乙二醇单丁醚、乙二醇二丁醚或乙二醇异辛醚；

所述PH调整剂为：甲酸，冰醋酸，丙酸或羟基乙酸。

2.根据权利要求1所述的铝及铝合金阳极氧化膜环保封闭剂的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：

（1）将1/2所需量的去离子水加入反应容器中，加热至90-100℃；

（2）在搅拌下，依次加入主封孔物质和促进剂及剩余的去离子水；

（3）继续搅拌60分钟；

（4）降温至60-70度；

（5）用PH调整剂调整PH至5-6。

3.根据权利要求1所述的铝及铝合金阳极氧化膜环保封闭剂的应用工艺，其特征在于，包括以下步骤：（1）将铝合金工件进行脱脂除油；（2）水洗；（3）除蜡；（4）水洗；（5）化学抛光或碱蚀；（6）水洗；（7）除渍去灰；（8）阳极氧化；（9）水洗；（10）采用权利要求1所述的封闭剂进行封闭处理；（11）水洗；（12）干燥。

4.根据权利要求3所述的一种铝及铝合金阳极氧化膜环保封闭剂的应用工艺，其特征在于：所述封闭剂的pH值为5-6，封闭温度60-70℃，封闭时间为1.5分钟封1微米氧化膜。