TWI573898B - 鋁合金的表面處理方法及鋁製品 - Google Patents

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Description

鋁合金的表面處理方法及鋁製品
本發明係關於一種鋁合金的表面處理方法及經該方法處理後所製得的鋁製品。
鋁合金具有壓鑄加工性能好、機械強度高、及耐腐蝕的優點，於機械製造、儀器儀錶、汽車、及裝飾配件等方面具有廣泛的應用。
然而，鋁合金內部含有較多的矽元素，對該鋁合金進行著色處理後，矽元素的存於會導致著色不均勻。
目前為提高經著色處理後的鋁合金表面顏色的均勻性，首先對該鋁合金進行酸洗處理，然而，採用酸洗的方法一般僅可除去鋁合金表層的矽元素。由於鋁合金內部的矽元素分佈不均一，且鋁合金的表層區域的矽元素含量通常較低，雖然酸洗後表層的矽元素可被去除，惟酸洗後鋁合金內部總的矽元素的含量仍較高。故習知的酸洗處理並不能有效提高陽極處理後鋁合金著色的均勻性。
有鑒於此，提供一種可有效解決上述問題的鋁合金的表面處理方法。
另外，還有必要提供一種經上述方法製得的鋁製品。
一種鋁合金的表面處理方法，其包括以下步驟：提供一待處理鋁合金基材；對所述鋁合金基材進行固溶處理，以使矽元素均勻的分散於所述鋁合金基材中；對所述經固溶處理後的鋁合金基材進行酸洗處理，以除去所述鋁合金基材表層的矽元素；以所述經酸洗處理後的鋁合金基材為陽極，對該鋁合金基材進行陽極氧化處理，從而於該鋁合金基材的表面形成一多孔的氧化鋁膜；對所述經陽極氧化處理後的鋁合金基材進行著色處理；對所述經著色處理後的鋁合金基材進行封孔處理。
一種經由上述表面處理方法所製得的鋁製品，其包括鋁合金基材、形成於該鋁合金基材上的氧化鋁膜、及附著於該氧化鋁膜上的水合氧化鋁層，其中所述氧化鋁膜藉由陽極氧化反應的方式製得，該氧化鋁膜不含有矽元素，且形成有若干微孔。
相較於習知技術，本發明的鋁合金的表面處理方法先藉由固溶處理以將矽元素均勻的分散於所述鋁合金基材中，然後藉由酸洗處理去除鋁合金基材表層的矽元素。再對鋁合金進行陽極氧化處理、著色處理、及封孔處理後，從而於鋁合金基材表面均勻的著色。
100‧‧‧鋁製品
10‧‧‧鋁合金基材
12‧‧‧氧化鋁膜
14‧‧‧水合氧化鋁層
121‧‧‧氧化鋁微孔
圖1係由本發明較佳實施例鋁製品的剖視示意圖。
本發明一較佳實施方式的鋁合金的表面處理方法，其包括以下步驟：請參閱圖1，提供一待處理的鋁合金基材10。
採用無水乙醇對所述鋁合金基材10進行超聲波清洗，以除去該鋁合金基材10表面的油污。所述超聲波清洗的時間可為25-35分鐘。
風乾所述鋁合金基材10。使用一吹風機，調節所述吹風機的角度為30-60°，風乾所述經超聲波清洗處理後的鋁合金基材10。所述風乾於室溫下進行2-3分鐘。
對上述經風乾處理後的鋁合金基材10進行固溶處理。所述固溶處理為：提供一箱式電阻爐(未圖示)，將該箱式電阻爐的溫度設置為495-525℃，將所述鋁合金基材10置入該箱式電阻爐中放置8-10小時，該鋁合金基材10於所述箱式電阻爐的高溫下發生固溶，其內部的矽元素於此固溶過程中均勻分散於所述鋁合金基材10中。
從該箱式電阻爐中取出鋁合金基材10，並於取出所述鋁合金基材10後的5秒內，將該鋁合金基材10置入20-25℃的水中進行淬火處理，以保持經固溶處理後的鋁合金基材10的組織結構。其中所述淬火處理的時間為3-5分鐘。
提供一酸洗液，並將其置入一酸洗槽中待用，其中該酸洗液的溫度為室溫。所述酸洗液中含有硝酸和氫氟酸，且所述硝酸和氫氟 酸的體積比可為8-10：1-1.5。
將上述經淬火處理後的鋁合金基材10置入所述酸洗槽中進行酸洗處理，所述酸洗處理的時間為5-10分鐘。所述鋁合金基材10表層中含有的矽元素與氫氟酸反應，生成四氟化矽化合物，且該四氟化矽化合物可溶解於所述酸洗液中，故可以除去所述鋁合金基材10表層中的矽元素。實驗證明，該酸洗處理可除去所述鋁合金基材10的15-25微米深度的表層中所含有的矽元素，使酸洗後鋁合金內部總的矽元素的含量下降1.3-1.65%。
可以理解的，於所述酸洗槽外可設置一循環冷卻裝置以維持該酸洗槽中酸洗液的溫度為室溫。
化學拋光所述經酸洗處理後的鋁合金基材10，以降低該鋁合金基材10表面的粗糙度，提高鋁合金基材10表面的光澤度。所述化學拋光包括硫化處理和硝化處理兩個工序。
採用硫化劑對所述鋁合金基材10進行硫化處理。所述硫化劑中含有硫酸和磷酸，其中所述硫酸和磷酸的體積比可為1-1.5：3-5。所述硫化劑的溫度可為70-90℃，硫化處理的時間可為20-30秒。所述硫化劑中的硫酸和磷酸可電離出H+離子，H+離子與所述鋁合金基材10表面的氧化鋁反應生成Al3+和H2O水分子，以除去所述鋁合金基材10表面的氧化鋁。
採用硝化劑對所述鋁合金基材10進行硝化處理。所述硝化劑中含有硝酸和磷酸，所述硝酸和磷酸的體積比可為1-1.5：1-3。所述硝化劑溫度可為60-80℃，硝化處理的時間可為20-30秒。所述磷酸可與所述鋁合金基材10中的鋁金屬反應，於所述鋁合金基材10 的表面生成一磷酸鋁鹽，所述磷酸鋁鹽可溶於所述硝化劑中，從而提高所述鋁合金基材10表面的光澤度。
對上述經硫化和硝化處理後的鋁合金基材10進行陽極氧化處理。所述陽極氧化處理為：以所述鋁合金基材10為陽極，不銹鋼為陰極，於陽極與陰極之間施加20-60V的電壓，2-6.5A/dm2的直流電流，以濃度為120-210g/L的硫酸溶液為電解液，使鋁合金基材10於溫度為3-30℃的硫酸溶液中反應5-65分鐘。於陽極氧化過程中，H2O水分子會電離生成H+離子和OH-離子，H+離子於陰極附近被還原生成H2。當OH-離子移動到陽極附近時，生成H2O水分子和O2，O2與所述鋁合金基材10反應從而於所述鋁合金基材10表面生成一多孔的氧化鋁膜12。該氧化鋁膜12的厚度為5-12微米，該厚度範圍內幾乎不含有矽元素，故不會對後續的著色處理產生不良影響。該氧化鋁膜12形成有若干微孔121。
提供一著色劑，並將其置入一保溫槽中。所述著色劑的濃度為0.2-4g/L，pH值為4-10。該著色劑的pH值可藉由向該著色劑中加入醋酸、氨水、或稀氫氧化鈉來調節。所述著色劑可為咕噸類染料、芘類染料、甲川類染料、香豆素類染料、菁類染料、芪類染料、或惡嗪類染料。
將所述經陽極氧化處理後的鋁合金基材10浸入所述保溫槽中進行著色處理。於著色處理過程中，所述著色劑填充於所述氧化鋁膜12的若干微孔121中。所述著色處理於30-60℃的溫度下進行5-20分鐘。
對上述經著色處理後的鋁合金基材10進行封孔處理。所述封孔處理可採用沸水封孔、蒸氣封孔、醋酸鎳封孔、重鉻酸鉀封孔、硫 酸鎳封孔、醋酸鎳封孔、硬脂酸封孔、或冷封孔。
本實施例優選採用沸水封孔。該沸水封孔具體為：將上述經著色處理後的鋁合金基材10置入一沸水槽中30-45分鐘，所述沸水槽中裝有溫度為95-100℃的沸水。於該沸水封孔處理後，於所述氧化鋁膜12的表面形成一水合氧化鋁層14。
一種經由上述表面處理方法所製得的鋁製品100包括鋁合金基材10、形成於該鋁合金基材上的氧化鋁膜12、及附著於該氧化鋁膜12上的水合氧化鋁層14，其中所述氧化鋁膜12形成有若干微孔121。所述氧化鋁膜12通過陽極氧化反應的方式製得，該氧化鋁膜12中不含有矽元素。所述鋁製品100表面著色的均勻度為90-98%。
下面通過實施例來對本發明進行具體說明。
實施例1：
(一)超聲波清洗：採用無水乙醇對所述鋁合金基材10進行超聲波清洗大約30分鐘。
(二)風乾處理：使用一吹風機，調節所述吹風機的角度為30°，風乾所述經超聲波清洗處理後的鋁合金基材10。所述風乾於室溫下進行2分鐘。
(三)固溶處理：將所述鋁合金基材10置入溫度為525℃的箱式電阻爐中保溫8小時。
(四)淬火處理：於取出所述鋁合金基材10後的5秒內，將其置入溫度為20℃的水中進行淬火處理。所述淬火處理的時間為5分 鐘。
(五)酸洗處理：配置酸洗液，其中該酸洗液中的硝酸和氫氟酸的體積百分比為8：1。將所述經淬火處理後的鋁合金基材10浸入該酸洗液中5分鐘。所述酸洗處理使該鋁合金基材內部的總的矽元素的含量降低1.3%。
(六)硫化處理：配置硫化劑，該硫化劑的溫度為70℃，其中該硫化劑中硫酸和磷酸的體積比為1：3。所述硫化處理的時間為20秒。
(七)硝化處理：配置硝化劑，該硝化劑的溫度為60℃，其中該硝化劑中硝酸和磷酸的體積比為1：1。所述硝化處理的時間為20秒。
(八)陽極氧化處理：以所述鋁合金基材為陽極，不銹鋼為陰極，於陽極與陰極之間施加的22V的電壓，2.3A/dm2的直流電流，以濃度為130g/L的硫酸溶液為電解液，使所述鋁合金基材10於溫度為20℃的硫酸溶液中反應15分鐘。
(九)著色處理：提供濃度為4g/L，pH值為5的咕噸類染料。所述著色處理於30℃的溫度下進行5分鐘。
(十)封孔處理：所述封孔處理於100℃的沸水中進行30分鐘。
實施例2：
(一)超聲波清洗：採用無水乙醇對所述鋁合金基材進行超聲波清洗大約30分鐘。
(二)風乾處理：使用一吹風機，調節所述吹風機的角度為50° ，風乾所述經超聲波清洗處理後的鋁合金基材。所述風乾於室溫下進行2分鐘。
(三)固溶處理：將所述鋁合金基材置入溫度為510℃的箱式電阻爐中保溫9小時。
(四)淬火處理：於取出該鋁合金基材後的5秒內，將其置入15℃的水中進行淬火處理。所述淬火處理的時間為5分鐘。
(五)酸洗處理：配置酸洗液，其中該酸洗液中的硝酸和氫氟酸的體積百分比為10：1.5。將所述經淬火處理後的鋁合金基材浸入該酸洗液中5分鐘。所述酸洗處理使該鋁合金基材內部的總的矽元素的含量降低1.5%。
(六)硫化處理：配置硫化劑，該硫化劑的溫度為75℃，其中該硫化劑中硫酸和磷酸的體積比為1：5。所述硫化處理的時間為20秒。
(七)硝化處理：配置硝化劑，該硝化劑的溫度為70℃，其中該硝化劑中硝酸和磷酸的體積比為1：1。所述硝化處理的時間為30秒。
(八)陽極氧化處理：以所述鋁合金基材為陽極，不銹鋼為陰極，於陽極與陰極之間施加的30V的電壓，3A/dm2的直流電流，以濃度為180g/L的硫酸溶液為電解液，使所述鋁合金基材於溫度為20℃的硫酸溶液中反應20分鐘。
(九)著色處理：提供濃度為3g/L，pH為6的咕噸類染料。所述著色處理於40℃的溫度下進行10分鐘。
(十)封孔處理：所述封孔處理於100℃的沸水中進行40分鐘。
實施例3：
(一)超聲波清洗：採用無水乙醇對所述鋁合金基材進行超聲波清洗大約30分鐘。
(二)風乾處理：使用一吹風機，調節所述吹風機的角度為60°，風乾所述經超聲波清洗處理後的鋁合金基材。所述風乾於室溫下進行3分鐘。
(三)固溶處理：將所述鋁合金基材置入溫度為495℃的箱式電阻爐中保溫10小時。
(四)淬火處理：於取出所述鋁合金基材後的5秒內，將其置入20℃的水中進行淬火處理。所述淬火處理的時間為5分鐘。
(五)酸洗處理：配置酸洗液，其中該酸洗液中的硝酸和氫氟酸的體積百分比為9：1。將所述經淬火處理後的鋁合金基材浸入該酸洗液中10分鐘。所述酸洗處理使該鋁合金基材內部的總的矽元素的含量降低1.65%。
(六)硫化處理：配置硫化劑，該硫化劑的溫度為80℃，其中該硫化劑中硫酸和磷酸的體積比為1：4。所述硫化處理的時間為25秒。
(七)硝化處理：配置硝化劑，該硝化劑的溫度為80℃，其中該硝化劑中硝酸和磷酸的體積比為1：2。所述硝化處理的時間為30秒。
(八)陽極氧化處理：以所述鋁合金基材為陽極，不銹鋼為陰極 ，於陽極與陰極之間施加的55V的電壓，5.5A/dm2的直流電流，以濃度為200g/L的硫酸溶液為電解液，使所述鋁合金基材於溫度為5℃的硫酸溶液中反應60分鐘。
(九)著色處理：提供濃度為1g/L，pH為5的咕噸類染料。所述著色處理於60℃的溫度下進行20分鐘。
(十)封孔處理：所述封孔處理於100℃的沸水中進行35分鐘。
100‧‧‧鋁製品
10‧‧‧鋁合金基材
12‧‧‧氧化鋁膜
14‧‧‧水合氧化鋁層
121‧‧‧氧化鋁微孔

Claims (14)

  1. 一種鋁合金的表面處理方法，其包括以下步驟：提供一待處理的鋁合金基材：對所述鋁合金基材進行固溶處理，以使矽元素均勻分散於所述鋁合金基材中；對所述經固溶處理後的鋁合金基材進行酸洗處理，以除去所述鋁合金基材表層的矽元素；以所述經酸洗處理後的鋁合金基材為陽極，對該鋁合金基材進行陽極氧化處理，於該鋁合金基材的表面形成一多孔的氧化鋁膜；對所述經陽極氧化處理後的鋁合金基材進行著色處理；對所述經著色處理後的鋁合金基材進行封孔處理。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之鋁合金的表面處理方法，其中所述固溶處理為：將所述鋁合金基材置入箱式電阻爐中進行固溶處理，所述固溶處理於495-525℃的溫度下進行8-10小時。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之鋁合金的表面處理方法，其中所述酸洗處理為：採用酸洗液對所述鋁合金基材進行處理，該酸洗液中含有體積比為8-10：1-1.5的硝酸和氫氟酸，且所述酸洗處理的時間為5-10分鐘。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之鋁合金的表面處理方法，其中所述陽極氧化處理為：以所述鋁合金基材為陽極，不銹鋼為陰極，於陽極與陰極之間施加的20-60V電壓，2-6.5A/dm2的直流電流，以濃度為120-210g/L的硫酸溶液為電解液，於溫度為3-30℃的硫酸溶液中反應5-65分鐘。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之鋁合金的表面處理方法，其中所述著色處理為：採用著色劑對所述鋁合金基材進行著色處理，該著色劑為有機染料 類著色劑，且該著色劑的濃度為0.2-4g/L，pH值為4-10，所述著色處理於30-60℃的溫度下進行5-20分鐘。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之鋁合金的表面處理方法，其中所述有機染料類著色劑為咕噸類染料、芘類染料、甲川類染料、香豆素類染料、菁類染料、芪類染料、或惡嗪類染料。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之鋁合金的表面處理方法，其中所述封孔處理採用沸水封孔、蒸氣封孔、醋酸鎳封孔、重鉻酸鉀封孔、硫酸鎳封孔、醋酸鎳封孔、硬脂酸封孔、或冷封孔。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之鋁合金的表面處理方法，其中所述沸水封孔處理於95-100℃的沸水中進行30-45分鐘。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之鋁合金的表面處理方法，其中所述鋁合金的表面處理方法還包括於所述固溶處理後對該鋁合金基材進行淬火處理的步驟，所述淬火處理為將所述鋁合金基材從箱式電阻爐中取出後的5秒內置入水中。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之鋁合金的表面處理方法，其中所述鋁合金的表面處理方法還包括於所述酸洗處理後對該鋁合金基材進行化學拋光處理的步驟，所述化學拋光處理包括硫化處理和硝化處理兩個步驟。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之鋁合金的表面處理方法，其中該表面處理方法還包括在所述酸洗處理之後的硫化處理，所述硫化處理為：採用硫化劑對所述鋁合金基材進行硫化處理，該硫化劑中含有體積比為1-1.5：3-5的硫酸和磷酸，且所述硫化處理於70-90℃的溫度下進行20-30秒。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之鋁合金的表面處理方法，其中該表面處理方法還包括在所述酸洗處理之後的硝化處理，所述硝化處理為：採用硝化劑對所述鋁合金基材進行硝化處理，該硝化劑中含有體積比為 1-1.5：1-3的硝酸和磷酸，且所述硝化處理於60-80℃的溫度下進行20-30秒。
  13. 一種鋁製品，其包括鋁合金基材，形成於該鋁合金基材上的氧化鋁膜、及附著於該氧化鋁膜上的水合氧化鋁層，該氧化鋁膜不含有矽元素，且形成有若干微孔。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之鋁製品，其中所述鋁製品表面著色的均勻度為90-98%。
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