CN115537710A - Led灯用铝合金表面防腐工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及LED灯用铝合金表面防腐工艺，将超细Mg粉和石蜡粉按照100：(1‑15)的重量比混合均匀后，喷涂到铝合金的表面，并通过感应加热器对铝合金表面进行加热，使得石蜡粉爆燃挥发，Mg粉、铝和氧气发生氧化反应，生成Mg‑Al‑O氧化物涂层覆盖铝合金的表面。本发明工艺可以明显缩短时间，其形成Mg‑Al‑O氧化物保护层的整个过程只需要几分钟就能实现，相比现有技术通过蒸镀在高温烘烤的处理工艺，节省了时间，且无需烘烤节约了能源。
Description
技术领域
本发明涉及铝合金表面防腐技术领域，具体涉及一种利用感应加热器加热处理LED灯罩用铝合金的表面防腐工艺。
背景技术
铝合金的密度较低、耐腐蚀性能好、比强度高、容易加工成型，使得铝合金常用作LED灯中，一般可以用作LED灯的灯罩、LED灯的散热翅片。然而铝合金的耐腐蚀性较差，限制了其应用。
现有技术针对铝合金耐腐蚀性低的问题，表面防护处理技术能有效提高铝合金的抗腐蚀能力，常见的表面防护处理技术有阳极氧化处理、微弧氧化处理、电镀、化学镀、化学转化处理等。上述处理方法大多都有一定的技术缺陷，比如化学转化方法是铬酸盐处理法，由于含有致癌的六价铬，并不环保。电镀、化学镀不仅能耗高，还污染严重。
中国专利文献CN 110484866 A公开了一种铝合金表面防腐涂层的制备方法，通过在真空环境下，在520±5℃下加热装有Mg块和铝合金的容器，并使Mg块蒸发形成Mg蒸气，蒸镀到铝合金表面形成金属间化合物，随后将铝合金进行氧化，生成Mg-Al-O氧化物涂层覆盖在Mg-Al金属间化合物层上。主要是使Mg块蒸发成Mg蒸汽并蒸镀到铝合金表面形成氧化涂层，其说明书0024段记载了蒸镀时间为5h，说明书0030段记载了蒸镀时间为10h，由于需要让Mg形成蒸汽，所经过的蒸镀时间必然较长，这就导致了整个工艺的生产效率低下，同时需要将Al片放入到石英管中，也导致了该工艺不可能大规模量产产品。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种防腐处理时间短，具有高稳定性防腐效果好的LED灯用铝合金表面防腐工艺。
本发明的技术方案如下：
LED灯用铝合金表面防腐工艺，将超细Mg粉和石蜡粉按照100：(1-15)的重量比混合均匀后，喷涂到铝合金的表面，并通过感应加热器对铝合金表面进行加热，使得石蜡粉爆燃挥发，Mg粉、铝和氧气发生氧化反应，生成Mg-Al-O氧化物涂层覆盖铝合金的表面。
进一步的，具体步骤如下：
S1、铝合金表面预处理，将铝合金先进行碱洗，再进行酸洗，最后用清水冲洗；
S2、铝合金表面研磨处理，通过200-500目的砂纸对铝合金表面进行研磨处理，使其表面形成凹凸不平的表面结构；
S3、Mg粉和石蜡粉预处理，将Mg粉和石蜡粉按照比例混合后研磨至粒径为0.03-0.075mm。
S4、喷镀处理，将研磨后的物料通过喷枪喷射到铝合金的表面，喷涂的厚度为0.2-0.5mm。
S5、加热处理，将铝合金置于感应加热器的加热部位，启动感应加热器对铝合金表面进行加热，加热温度为600-1000℃，加热时间为1-3s，该加热过程中石蜡粉爆燃后挥发，等待3-5s后再次加热2-4s，使得Mg粉热熔连接到铝合金表面同时Mg粉、铝和氧气发生氧化反应，生成Mg-Al-O氧化物涂层覆盖铝合金的表面。
进一步的，步骤S1具体为，将铝合金放入到15％质量浓度的氢氧化钠溶液中浸泡1-3分钟，再放入到3％质量浓度的稀盐酸中浸泡1-3分钟，再用清水冲洗2-3次。
进一步的，其特征在于，所述步骤S1碱洗、酸洗过程中还通过超声波对溶液进行超声震荡。
进一步的，步骤S3具体为，将将Mg粉和石蜡粉按照比例混合后，在常温下放入到研磨机中进行研磨，
进一步的，研磨后混合后的物料粒径研磨至0.03-0.075mm。
进一步的，步骤S5还包括，在感应加热器二次加热开始后向铝合金表面通入氧气，并持续1-3s，随后再向铝合金表面通入氮气，持续5-10min。
进一步的，还包括步骤S6，所述步骤S6为通过1000目砂纸对防腐处理后的铝合金表面进行打磨。
借由上述方案，本发明至少具有以下优点：
(1)本发明工艺可以明显缩短时间，其形成800-1200μm厚度的Mg-Al-O氧化物保护层的整个过程只需要20分钟就能实现，相比现有技术至少需要5小时的工艺节省了时间，且无需烘烤节约了能源；
(2)本发明工艺相比传统的蒸镀工艺，还具有保护层厚度更厚的技术效果，传统蒸镀工艺所形成的保护层的厚度为100-200纳米级别，而本发明所采用的工艺能够生成800-1200μm毫米级的保护层，保护效果更好，尤其是Mg粉会热熔连接铝合金并生成Mg-Al-O氧化物保护层。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并详细说明如后。
具体实施方式
下面结合和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1
对铝合金表面预处理，该处理步骤主要是为了实现对铝合金表面的清洁，以去除表面的油脂以及其他杂质，具体为将铝合金放入到15％质量浓度的氢氧化钠溶液中浸泡1分钟，再放入到3％质量浓度的稀盐酸中浸泡1分钟，为了保证清洗的效果，碱洗、酸洗过程中还通过超声波对溶液进行超声震荡，震荡的时间持续为浸泡的时间，最后再用清水冲洗2次。通过上述步骤之后，已经对铝合金表面进行了深度清洁，完成了铝合金表面的预处理。
铝合金表面研磨处理，通过200目的砂纸对铝合金表面进行研磨处理，使其表面形成凹凸不平的表面结构，该步骤的目的一是为了实现铝合金表面的平整，二是能够让铝合金表面形成细微的凹凸结构，以方便后续工艺的进行。
Mg粉和石蜡粉预处理，将Mg粉和石蜡粉按照100：1的重量比例混合后，在常温下放入到研磨机中进行研磨，使得混合后的物料粒径研磨至0.075mm。采用石蜡混合Mg粉的原因是，石蜡和Mg粉混合后，能够让混合料的粒子之间具有一定的粘黏性质，更容易在喷涂后形成平面状的形态，二是石蜡的燃点较低在160摄氏度左右就会燃烧，且燃烧的后不会留下残留物。
喷镀处理，将研磨后的物料通过喷枪喷射到铝合金的表面，喷涂的厚度为0.2mm，该步骤为常规操作，主要通过喷枪在铝合金表面喷涂形成一定厚度的混合物即可。
加热处理，将铝合金置于感应加热器的加热部位，感应加热器采用具有横置放置平台的即可。启动感应加热器对铝合金表面进行加热，加热温度为600℃，加热时间为1s，该加热过程中石蜡粉爆燃后挥发，在该过程中，石蜡会达到燃点并迅速和氧气发生爆燃反应，由于石蜡处于粉状状态，在燃烧的过程中会爆燃，同时爆燃的反向气体冲击也会将Mg粉撞向铝合金的表面，而由于感应加热器的加热效应，也能够让铝合金表面的凹凸结构和Mg粉处于热熔状态，在爆燃的冲击下，两者能够热熔结合，等待3s后再次加热2s，同时通入氧气1s，使得Mg粉热熔连接到铝合金表面同时Mg粉、铝和氧气发生氧化反应(前一步骤由于是普通空气，氧化物相对生成较慢)，生成800μm厚度Mg-Al-O氧化物涂层覆盖铝合金的表面，随后再向铝合金表面通入氮气，持续5min。
最后通过1000目砂纸对防腐处理后的铝合金表面进行打磨，使其表面相对平整。
实施例2
对铝合金表面预处理，该处理步骤主要是为了实现对铝合金表面的清洁，以去除表面的油脂以及其他杂质，具体为将铝合金放入到15％质量浓度的氢氧化钠溶液中浸泡2分钟，再放入到3％质量浓度的稀盐酸中浸泡2分钟，为了保证清洗的效果，碱洗、酸洗过程中还通过超声波对溶液进行超声震荡，震荡的时间持续为浸泡的时间，最后再用清水冲洗3次。通过上述步骤之后，已经对铝合金表面进行了深度清洁，完成了铝合金表面的预处理。
铝合金表面研磨处理，通过300目的砂纸对铝合金表面进行研磨处理，使其表面形成凹凸不平的表面结构，该步骤的目的一是为了实现铝合金表面的平整，二是能够让铝合金表面形成细微的凹凸结构，以方便后续工艺的进行。
Mg粉和石蜡粉预处理，将Mg粉和石蜡粉按照100：8的重量比例混合后，在常温下放入到研磨机中进行研磨，使得混合后的物料粒径研磨至0.045mm。采用石蜡混合Mg粉的原因是，石蜡和Mg粉混合后，能够让混合料的粒子之间具有一定的粘黏性质，更容易在喷涂后形成平面状的形态，二是石蜡的燃点较低在160摄氏度左右就会燃烧，且燃烧的后不会留下残留物。
喷镀处理，将研磨后的物料通过喷枪喷射到铝合金的表面，喷涂的厚度为0.35mm，该步骤为常规操作，主要通过喷枪在铝合金表面喷涂形成一定厚度的混合物即可。
加热处理，将铝合金置于感应加热器的加热部位，感应加热器采用具有横置放置平台的即可。启动感应加热器对铝合金表面进行加热，加热温度为800℃，加热时间为2s，该加热过程中石蜡粉爆燃后挥发，在该过程中，石蜡会达到燃点并迅速和氧气发生爆燃反应，由于石蜡处于粉状状态，在燃烧的过程中会爆燃，同时爆燃的反向气体冲击也会将Mg粉撞向铝合金的表面，而由于感应加热器的加热效应，也能够让铝合金表面的凹凸结构和Mg粉处于热熔状态，在爆燃的冲击下，两者能够热熔结合，等待4s后再次加热3s，同时通入氧气2s，使得Mg粉热熔连接到铝合金表面同时Mg粉、铝和氧气发生氧化反应(前一步骤由于是普通空气，氧化物相对生成较慢)，生成1000μm厚度的Mg-Al-O氧化物涂层覆盖铝合金的表面，随后再向铝合金表面通入氮气，持续8min。
最后通过1000目砂纸对防腐处理后的铝合金表面进行打磨，使其表面相对平整。
实施例3
对铝合金表面预处理，该处理步骤主要是为了实现对铝合金表面的清洁，以去除表面的油脂以及其他杂质，具体为将铝合金放入到15％质量浓度的氢氧化钠溶液中浸泡3分钟，再放入到3％质量浓度的稀盐酸中浸泡3分钟，为了保证清洗的效果，碱洗、酸洗过程中还通过超声波对溶液进行超声震荡，震荡的时间持续为浸泡的时间，最后再用清水冲洗3次。通过上述步骤之后，已经对铝合金表面进行了深度清洁，完成了铝合金表面的预处理。
铝合金表面研磨处理，通过500目的砂纸对铝合金表面进行研磨处理，使其表面形成凹凸不平的表面结构，该步骤的目的一是为了实现铝合金表面的平整，二是能够让铝合金表面形成细微的凹凸结构，以方便后续工艺的进行。
Mg粉和石蜡粉预处理，将Mg粉和石蜡粉按照100：15的重量比例混合后，在常温下放入到研磨机中进行研磨，使得混合后的物料粒径研磨至0.03mm。采用石蜡混合Mg粉的原因是，石蜡和Mg粉混合后，能够让混合料的粒子之间具有一定的粘黏性质，更容易在喷涂后形成平面状的形态，二是石蜡的燃点较低在160摄氏度左右就会燃烧，且燃烧的后不会留下残留物。
喷镀处理，将研磨后的物料通过喷枪喷射到铝合金的表面，喷涂的厚度为0.5mm，该步骤为常规操作，主要通过喷枪在铝合金表面喷涂形成一定厚度的混合物即可。
加热处理，将铝合金置于感应加热器的加热部位，感应加热器采用具有横置放置平台的即可。启动感应加热器对铝合金表面进行加热，加热温度为1000℃，加热时间为3s，该加热过程中石蜡粉爆燃后挥发，在该过程中，石蜡会达到燃点并迅速和氧气发生爆燃反应，由于石蜡处于粉状状态，在燃烧的过程中会爆燃，同时爆燃的反向气体冲击也会将Mg粉撞向铝合金的表面，而由于感应加热器的加热效应，也能够让铝合金表面的凹凸结构和Mg粉处于热熔状态，在爆燃的冲击下，两者能够热熔结合，等待5s后再次加热4s，同时通入氧气3s，使得Mg粉热熔连接到铝合金表面同时Mg粉、铝和氧气发生氧化反应(前一步骤由于是普通空气，氧化物相对生成较慢)，生成生成1200μm厚度的Mg-Al-O氧化物涂层覆盖铝合金的表面，随后再向铝合金表面通入氮气，持续10min。
最后通过1000目砂纸对防腐处理后的铝合金表面进行打磨，使其表面相对平整。
实施例4
对铝合金表面预处理，该处理步骤主要是为了实现对铝合金表面的清洁，以去除表面的油脂以及其他杂质，具体为将铝合金放入到15％质量浓度的氢氧化钠溶液中浸泡90秒，再放入到3％质量浓度的稀盐酸中浸泡90秒，为了保证清洗的效果，碱洗、酸洗过程中还通过超声波对溶液进行超声震荡，震荡的时间持续为浸泡的时间，最后再用清水冲洗3次。通过上述步骤之后，已经对铝合金表面进行了深度清洁，完成了铝合金表面的预处理。
铝合金表面研磨处理，通过500目的砂纸对铝合金表面进行研磨处理，使其表面形成凹凸不平的表面结构，该步骤的目的一是为了实现铝合金表面的平整，二是能够让铝合金表面形成细微的凹凸结构，以方便后续工艺的进行。
Mg粉和石蜡粉预处理，将Mg粉和石蜡粉按照100：12的重量比例混合后，在常温下放入到研磨机中进行研磨，使得混合后的物料粒径研磨至0.03mm。采用石蜡混合Mg粉的原因是，石蜡和Mg粉混合后，能够让混合料的粒子之间具有一定的粘黏性质，更容易在喷涂后形成平面状的形态，二是石蜡的燃点较低在160摄氏度左右就会燃烧，且燃烧的后不会留下残留物。
喷镀处理，将研磨后的物料通过喷枪喷射到铝合金的表面，喷涂的厚度为0.5mm，该步骤为常规操作，主要通过喷枪在铝合金表面喷涂形成一定厚度的混合物即可。
加热处理，将铝合金置于感应加热器的加热部位，感应加热器采用具有横置放置平台的即可。启动感应加热器对铝合金表面进行加热，加热温度为1000℃，加热时间为3s，该加热过程中石蜡粉爆燃后挥发，在该过程中，石蜡会达到燃点并迅速和氧气发生爆燃反应，由于石蜡处于粉状状态，在燃烧的过程中会爆燃，同时爆燃的反向气体冲击也会将Mg粉撞向铝合金的表面，而由于感应加热器的加热效应，也能够让铝合金表面的凹凸结构和Mg粉处于热熔状态，在爆燃的冲击下，两者能够热熔结合，等待5s后再次加热4s，同时通入氧气3s，使得Mg粉热熔连接到铝合金表面同时Mg粉、铝和氧气发生氧化反应(前一步骤由于是普通空气，氧化物相对生成较慢)，生成生成900μm厚度的Mg-Al-O氧化物涂层覆盖铝合金的表面，随后再向铝合金表面通入氮气，持续10min。
最后通过1000目砂纸对防腐处理后的铝合金表面进行打磨，使其表面相对平整。
实施例5
对铝合金表面预处理，该处理步骤主要是为了实现对铝合金表面的清洁，以去除表面的油脂以及其他杂质，具体为将铝合金放入到15％质量浓度的氢氧化钠溶液中浸泡3分钟，再放入到3％质量浓度的稀盐酸中浸泡3分钟，为了保证清洗的效果，碱洗、酸洗过程中还通过超声波对溶液进行超声震荡，震荡的时间持续为浸泡的时间，最后再用清水冲洗3次。通过上述步骤之后，已经对铝合金表面进行了深度清洁，完成了铝合金表面的预处理。
铝合金表面研磨处理，通过500目的砂纸对铝合金表面进行研磨处理，使其表面形成凹凸不平的表面结构，该步骤的目的一是为了实现铝合金表面的平整，二是能够让铝合金表面形成细微的凹凸结构，以方便后续工艺的进行。
Mg粉和石蜡粉预处理，将Mg粉和石蜡粉按照100：8的重量比例混合后，在常温下放入到研磨机中进行研磨，使得混合后的物料粒径研磨至0.03mm。采用石蜡混合Mg粉的原因是，石蜡和Mg粉混合后，能够让混合料的粒子之间具有一定的粘黏性质，更容易在喷涂后形成平面状的形态，二是石蜡的燃点较低在160摄氏度左右就会燃烧，且燃烧的后不会留下残留物。
喷镀处理，将研磨后的物料通过喷枪喷射到铝合金的表面，喷涂的厚度为0.5mm，该步骤为常规操作，主要通过喷枪在铝合金表面喷涂形成一定厚度的混合物即可。
加热处理，将铝合金置于感应加热器的加热部位，感应加热器采用具有横置放置平台的即可。启动感应加热器对铝合金表面进行加热，加热温度为1000℃，加热时间为3s，该加热过程中石蜡粉爆燃后挥发，在该过程中，石蜡会达到燃点并迅速和氧气发生爆燃反应，由于石蜡处于粉状状态，在燃烧的过程中会爆燃，同时爆燃的反向气体冲击也会将Mg粉撞向铝合金的表面，而由于感应加热器的加热效应，也能够让铝合金表面的凹凸结构和Mg粉处于热熔状态，在爆燃的冲击下，两者能够热熔结合，等待5s后再次加热4s，同时通入氧气3s，使得Mg粉热熔连接到铝合金表面同时Mg粉、铝和氧气发生氧化反应(前一步骤由于是普通空气，氧化物相对生成较慢)，生成生成1100μm厚度的Mg-Al-O氧化物涂层覆盖铝合金的表面，随后再向铝合金表面通入氮气，持续10min。
最后通过1000目砂纸对防腐处理后的铝合金表面进行打磨，使其表面相对平整。
对比例1
对比例1与实施例1的区别在于，无Mg粉和石蜡粉预处理这一工序，采用普通Mg粉，在该工艺下加热处理工艺中，加热温度为1000℃，加热时间为10分钟(无通入氧气工序)，最终上层Mg粉热熔，下层Mg粉、氧气(空气中氧气)、铝生成厚度为100-300μm厚度的Mg-Al-O氧化物涂层，并不能形成覆盖在表面的涂层。
实施例1-5获得的铝合金可以应用到LED灯中，可以作为LED灯的灯罩，或者加工成LED灯散热片。
实施例1-获得的铝合金在进行双85测试以及酸雾测试，利用百格刀分别进行干燥条件下和沸水条件下划格实验，无任何脱落，仍保持着很好的附着力，附着力评定为0级。
本发明至少具有以下优点：
(1)本发明工艺可以明显缩短时间，其形成800-1200μm厚度的Mg-Al-O氧化物保护层的整个过程只需要20分钟就能实现，相比现有技术至少需要5小时的工艺节省了时间，且无需烘烤节约了能源；
(2)本发明工艺相比传统的蒸镀工艺，还具有保护层厚度更厚的技术效果，传统蒸镀工艺所形成的保护层的厚度为100-200纳米级别，而本发明所采用的工艺能够生成800-1200μm毫米级的保护层，保护效果更好，尤其是Mg粉会热熔连接铝合金并生成Mg-Al-O氧化物保护层。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.LED灯用铝合金表面防腐工艺，其特征在于：将超细Mg粉和石蜡粉按照100：(1-15)的重量比混合均匀后，喷涂到铝合金的表面，并通过感应加热器对铝合金表面进行加热，使得石蜡粉爆燃挥发，Mg粉、铝和氧气发生氧化反应，生成Mg-Al-O氧化物涂层覆盖铝合金的表面。
2.根据权利要求1所述的LED灯用铝合金表面防腐工艺，其特征在于，具体步骤如下：
S1、铝合金表面预处理，将铝合金先进行碱洗，再进行酸洗，最后用清水冲洗；
S2、铝合金表面研磨处理，通过200-500目的砂纸对铝合金表面进行研磨处理，使其表面形成凹凸不平的表面结构；
S3、Mg粉和石蜡粉预处理，将Mg粉和石蜡粉按照比例混合后研磨至粒径为0.03-0.075mm；
S4、喷镀处理，将研磨后的物料通过喷枪喷射到铝合金的表面，喷涂的厚度为0.2-0.5mm；
S5、加热处理，将铝合金置于感应加热器的加热部位，启动感应加热器对铝合金表面进行加热，加热温度为600-1000℃，加热时间为1-3s，该加热过程中石蜡粉爆燃后挥发，等待3-5s后再次加热2-4s，使得Mg粉热熔连接到铝合金表面同时Mg粉、铝和氧气发生氧化反应，生成Mg-Al-O氧化物涂层覆盖铝合金的表面。
3.根据权利要求2所述的LED灯用铝合金表面防腐工艺，其特征在于，步骤S1具体为，将铝合金放入到15％质量浓度的氢氧化钠溶液中浸泡1-3分钟，再放入到3％质量浓度的稀盐酸中浸泡1-3分钟，再用清水冲洗2-3次。
4.根据权利要求3所述的LED灯用铝合金表面防腐工艺，其特征在于，所述步骤S1碱洗、酸洗过程中还包括采用超声波对溶液进行超声震荡。
5.根据权利要求2所述的LED灯用铝合金表面防腐工艺，其特征在于，步骤S3具体为，将Mg粉和石蜡粉按照比例混合后，在常温下放入到研磨机中进行研磨。
6.根据权利要求5所述的LED灯用铝合金表面防腐工艺，其特征在于，研磨后混合后的物料粒径研磨至0.03-0.075mm。
7.根据权利要求2所述的LED灯用铝合金表面防腐工艺，其特征在于，步骤S5还包括，在感应加热器二次加热开始后向铝合金表面通入氧气，并持续1-3s，随后再向铝合金表面通入氮气，持续5-10min。
8.根据权利要求2所述的LED灯用铝合金表面防腐工艺，其特征在于，还包括步骤S6，所述步骤S6为通过1000目砂纸对防腐处理后的铝合金表面进行打磨。
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