CN104988554A

CN104988554A - 一种高低温复合式阳极氧化封孔方法

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Publication number: CN104988554A
Application number: CN201510433716.5A
Authority: CN
Inventors: 王世龙
Original assignee: SHANGHAI ESSENWAY TECHNOLOGY DEVELOPMENT Co Ltd
Current assignee: SHANGHAI ESSENWAY TECHNOLOGY DEVELOPMENT Co Ltd
Priority date: 2015-07-22
Filing date: 2015-07-22
Publication date: 2015-10-21

Abstract

本发明涉及一种高低温复合式阳极氧化封孔方法，包括如下步骤：(1)上料；(2)雾化；(3)二阶水洗；(4)出光；(5)三阶水洗；(6)阳极氧化；(7)三阶水洗；(8)高温封孔；(9)二阶水洗；(10)弱酸纯水洗；(11)常温钝化；(12)三阶水洗；(13)烘干；(14)下料。本发明的方法使铝合金基材上的阳极氧化膜同时具备耐腐蚀性和温度耐抗性，并达到优异的效果，从而有效克服了传统工艺只能满足某单一性能要求的不足，强化了阳极氧化工艺的功能性，有效拓展了阳极氧化工艺的应用领域。

Description

一种高低温复合式阳极氧化封孔方法

技术领域

本发明涉及铝及铝合金阳极氧化处理领域，特别是一种具备耐高低温循环腐蚀和耐盐雾腐蚀双重特性的阳极氧化封孔工艺。

背景技术

由于阳极氧化膜主要分成为非结晶态Al₂O₃，该氧化膜层与其本体铝合金基材的导热系数和热膨胀系数都存在较大悬殊(氧化膜的导热系数和热膨胀系数分别约为铝合金基材的1/10和1/5)。受热时，铝基体迅速升温并产生较大幅度的膨胀，而氧化膜受热后升温缓慢且热膨胀幅度较小，当氧化膜无法对抗因铝基膨胀而产生的应力时，即发生氧化膜龟裂现象，氧化膜表面产生纤细的微裂纹，尤其是在一束45度角的光照下更加明显。

由于此微裂纹的产生，阳极氧化膜的各项性能尤其是耐蚀性随之明显减弱，因而开发一种既耐高低温交变循环试验(广本标准为：高温80℃，低温-30℃，10个周期，合计80H)，又耐盐雾腐蚀试验(广本CR-V 2WH/2XW项目试验标准为CASS 80H)的阳极氧化工艺便成为行业关注的焦点。

传统阳极氧化工艺往往采用高温封孔的方式来解决氧化膜温度耐抗性问题，此法虽然可以有效改善氧化膜高温龟裂现象，但是其缺点是氧化膜的耐盐雾腐蚀性能却不理想，国标测试只能达CASS 24H；而目前汽车装饰件阳极氧化的耐盐雾腐蚀要求通常为CASS 48H，或者NSS 480H(大约相当于CASS 48H)，国外如捷豹路虎的NSS试验要求高达1000H；也有部分工厂采用常温(或称“低温”)封孔，此封孔工艺相对于高温封孔而言比较节能，但是氧化膜的温度耐抗性和耐腐蚀性能较之前者均有明显下降；

下面以两家台资企业的阳极氧化加工厂制备过程为例来说明传统阳极氧化工艺流程：

A工艺(本色)：(1)上料；(2)预脱脂；(3)二阶水洗；(4)脱脂；(5)二阶水洗；(6)碱蚀；(7)二阶水洗；(8)化学抛光；(9)热水洗；(10)二阶水洗；(11)中和；(12)三阶水洗；(13)阳极氧化；(14)三阶水洗；(15)高温封孔；(16)三阶水洗；(17)烘干；(18)下料。

B工艺(本色)：(1)上料；(2)脱脂；(3)二阶水洗；(4)碱蚀；(5)三阶水洗；(6)犁地；(7)二阶水洗；(8)化抛；(9)三阶水洗；(10)出光；(11)三阶水洗；(12)阳极氧化；(13)三阶水洗；(14)高温封孔；(15)三阶水洗；(16)除灰；(17)三阶水洗；(18)热纯水洗；(19)下料。

部分工厂还采用了增加热水漂洗(如B工艺)的方式来减轻氧化膜高温龟裂现象，其具体做法是在产品进烘干炉之前增加一道热纯水洗，漂洗时间一般为30～120秒不等，水温通常控制在60～80摄氏度。此法有一定的改善效果，但是改善幅度有限，高低温交变循环测试难以获得令人满意的结果。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种优异的阳极氧化膜制备工艺，所制备的阳极氧化膜既可以满足高低温循环试验要求，又可以达到高标准的盐雾腐蚀要求。

本发明的具体技术方案如下：

一种高低温复合式阳极氧化封孔方法，其工艺步骤包括：(1)上料；(2)雾化；(3)二阶水洗；(4)出光；(5)三阶水洗；(6)阳极氧化；(7)三阶水洗；(8)高温封孔；(9)二阶水洗；(10)弱酸纯水洗；(11)常温钝化；(12)三阶水洗；(13)烘干；(14)下料。其中工序(2)、(6)、(8)、(11)为重点处理工序。

所述步骤(2)的雾化工序中，雾化的主要成分为硝酸钠和氢氧化钠，硝酸钠和氢氧化钠的质量比为2：1～2.5：1。从而达到脱脂、除油和碱蚀三效合一的效果。

所述的步骤(6)阳极氧化工序中，使用浓度为180～200g/l的H₂SO₄，温度18～21℃，电流密度1.8～2A/dm²，氧化时间在45～50分钟，氧化膜厚度控制在17～22μm。

所述的步骤(8)高温封孔工序中，使用浓度为7～10g/l的醋酸镍封孔剂，温度92～98℃，处理时间为20～30分钟；溶液需要循环搅拌并过滤，避免气泡或杂质附着在产品表面造成局部未封孔或封孔不良。

所述的步骤(10)弱酸纯水洗的pH值为3.5～4.5，以免对钝化槽液的PH 值产生过大影响。

所述的步骤(11)常温钝化工序中，使用浓度为10～13％三价铬钝化处理剂，温度为30～40℃，处理时间为7～10分钟，溶液需要纯水配制并在使用中循环过滤。

所述的步骤(3)、(5)、(7)、(9)、(12)所述水洗工序中水洗水为普通自来水，其中三阶水洗的最后一道水洗为水洗，纯水电导率要求不大于10us/cm，所有水洗时间均为30～60秒。

所述的步骤(13)所述烘干工序中的温度要求是60～70℃，烘干时间控制在10～20min。

本发明的方法使铝合金基材上的阳极氧化膜同时具备耐腐蚀性和温度耐抗性，并达到优异的效果，从而有效克服了传统工艺只能满足某单一性能要求的不足，强化了阳极氧化工艺的功能性，有效拓展了阳极氧化工艺的应用领域。

附图说明

图1是根据广本汽车公司循环试验标准对实施例的封孔方法的测试图。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明进行具体描述。有必要在此指出的是，以下实施例只用于对本发明作进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的专业技术人员根据本发明的内容作出的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。

实施例1

本实施例采用了一种特殊的生产流程顺序，要点在于封孔工艺。具体来说，采用高低温复合封孔工艺，先进行高温处理(即高温封孔)，再进行低温处理(即常温钝化)，经此工艺处理之后的阳极氧化膜具备优异的耐蚀性和耐高低温性能，可使阳极氧化膜的耐蚀性达到耐CASS试验80～120H，或者耐NSS试验1000～1200H，同时可以轻松通过广本汽车公司的高低温交变循环10个周期的测试，如图1所示。图1中高低温循环试验，从常温升温至80度并恒温2小时，然后在2小时内降温至-30℃并恒温2小时，依图中方法在恒温箱中循环10个周期，共80小时后观测产品表面有无变形、脱落、色变、起皱。

表1为广本高低温循环试验标准。

表1

为实现上述目的，本发明是这样实现的。其工艺步骤包括：

(1)上料；(2)雾化；(3)二阶水洗；(4)出光；(5)三阶水洗；(6)阳极氧化；(7)三阶水洗；(8)高温封孔；(9)二价水洗；(10)弱酸纯水洗；(11)常温钝化；(12)三阶水洗；(13)烘干；(14)下料。其中工序(2)～(5)可以简单的描述为前处理。

上述工序步骤中(2)～(5)前处理工艺，用以制备符合要求的外观。其中工序(2)雾化的主要成分为硝酸钠和氢氧化钠，质量比为(2～2.5)：1，添加一些表面活性剂，具有清除产品表面油污的效果，同时碱性溶液可以将表面自然氧化层和型材挤出线等不良一并消除，而硝酸钠的参与有在一定程度上起到出光作用，经此工序处理之后的铝合金表面形成一种特殊的哑光缎面，再经阳极氧化处理最终形成具有良好手感和柔光视觉效果。工序(4)出光的主要成分是浓度为30～40％的硝酸，作用是去除工序(2)处理后残留在产品表面的硅、锰等不溶于碱性溶液的杂质，即清除表面挂灰。上述工序步骤中(7)～(14)为阳极氧化后处理，以提高氧化膜的功能性要求，如本发明工艺中所要求的温度耐抗性和耐蚀性等。其中，工序(3)、(5)、(7)、(9)、(12)为水洗，是将上一道工序中残留的化学药液清洗干净，避免污染下一道工序的处理液，水洗时间约30～60秒，以获得洁净的表面效果为标准。其中工序(5)、(7)、(12)三个三阶水洗的最后一阶水洗均为纯水洗，时间为约30～60秒，但对水质要求很高，要求纯水电导率在10μs/cm以下，严格管控水中杂质，尤其是钙、镁离子和氯离子，为生产具有优良品质的产品提供必要保证。工序(16)为弱酸纯水洗，时间为约 30～60秒；此道水洗对纯水的酸碱度有一定要求，通常pH值控制在3.5～4.5之间，以确保下一道钝化液可以pH的稳定性；二者的PH值均可以用稀硫酸或弱氢氧化钠来调整。

上述工序步骤中，工序(2)、(6)、(8)、(11)为重点处理工序。

以下对这些重点工序步骤作进一步详细说明：

步骤(6)阳极氧化工序中，使用的整流器电源类型为直流脉冲电源；所用电解液为浓度为浓度为180～200g/l的H₂SO₄，温度17～20℃，电流密度1.8～2A/dm²，氧化时间在45～50分钟，氧化膜厚度控制在17～22μm。

上述生成氧化膜的关键性过程，在材质和氧化槽液成分等参数相同的情况下，氧化时间和电流密度直接决定了膜层的厚度。本发明工艺阳极氧化膜厚要求为17～22μm，膜层相对较厚，铝合金材质牌号为5052，故阳极氧化后氧化膜很容易带一定的颜色，要做成本色外观面需要注意氧化工艺参数。电解液的温度是影响氧化膜颜色的重要因素，本发明工艺过程需要控制电解液温度在17～20℃。当入槽温度低于14℃时产生的氧化膜颜色是银白色的，而入槽温度大于25℃时产生的氧化膜外观呈浅黄色，且氧化膜越厚颜色越深。本发明工艺下电解液温度与氧化膜颜色(固定氧化膜厚度)的关系见下表2。

表2

在相同电流密度和温度状态，氧化时间越长，膜层越厚，颜色越深，同时因溶解加大膜层孔隙率变大，耐腐蚀降低；氧化时间越短，膜层越薄，膜层透明性越高，但因膜层过薄以致相关性能不足。电流密度越大，成速率越快，制备相同膜厚所需的时间越短，但容易造成制品“烧伤”或者“发白”现象；电流密度越小，成膜速率越慢，制备同样厚度氧化膜的时间越长，但不易发生类似“烧伤”现象，相对安全。综合生产效率和产品性能的双向要求，氧化时间设计在45～50分钟，电流密度控制在1.8～2.0A/dm²，此参数下可以制备满足客户要求的膜厚在17～22微米本色阳极氧化膜。表3为本发明工艺下氧化时间和膜厚二者之间的关系。

表3

所述的步骤(8)高温封孔工序中，使用浓度为7～10g/l的错酸镍封孔剂，温度92～98℃，处理时间为20～30分钟；pH值控制在5.8～6.5之间，酸性过强或碱性过强均不利于封孔效果；溶液需要过滤并在使用过程中经行循环搅拌，避免气泡或杂质附着在产品表面造成局部未封孔或封孔不良。经过此高温封孔处理之后，再经行低温处理(即本发明工艺中的常温钝化)，组合此先后顺序不可以颠倒，此组合封孔工艺的先后顺序有对封孔性能产生重大影响，若先低温后高温，则氧化膜的温度耐抗性仍然较差；并且若先低温钝化，钝化膜将起到阻碍高温醋酸镍的水和封孔作用，从而降低了封孔效果。

所述的步骤(11)常温钝化工序中，使用浓度为10～13％三价铬钝化处理剂，温度30～40℃，处理时间：7～10分钟，溶液需要纯水配制并在使用中循环过滤。所述的钝化处理剂需用纯水配制，在使用该钝化处理剂前的最后一道水洗的pH值在3.5～4.5之间，以免对槽液的pH影响过大；钝化之后，为进一步提高效果应以60～70℃烘烤10～20分钟。钝化采用浸泡的方式，浓度越高则浸泡时间越短，温度越高则浸泡时间越短。但是钝化时间过长产品表面会产生白灰，影响钝化质量和外观；而钝化剂浓度过高时由于对应的处理时间过短，往往在量产过程难以管控，且高浓度短时间还容易造成局部钝化不良现象；本发明工艺经过大量实验验证得出了最佳的钝化剂浓度和钝化处理时间，最佳钝化温度为30～40℃。表4列出了在最佳温度下，钝化液浓度与处理时间的关系。

表4

本发明提出了一种铝合金本色阳极氧化处理工艺，膜厚在17～22微米，具有优异的耐蚀性和耐高低温性能。由于流程简化，尤其是前处理工序采用了“三效合一”雾化工艺，从而大大缩短了制程周期，同时由于简化了脱脂、化学抛光等前处理工序，因而是一种环保友好型工艺，杜绝了高污染“磷”的排放，也给企业减少了大量排污处理成本。

本发明工艺具体优越性如下：

1、简化了前处理工艺流程，省略了脱脂工序、优化了碱蚀工序、摒弃了化抛工序；从而缩短了整个制程的周期，提高生产效率。

2、由于前处理简化，从而省略脱脂剂、化抛剂(主要成分为磷酸+硫酸)使用，省去了大量化工药剂的使用，为企业降低了材料成本。特别是化抛工序的省略，使废水排污成本大幅下降，成为一种环保友好型工艺。

3、本发明工艺相对传统A工艺，减少了4道水洗，相对于传统B工艺，减少了9道水洗；节约了用水量并减少了废水排污量；

4、本发明工艺制备的阳极氧化膜，是一种兼具温度耐抗性和耐盐雾腐蚀双重性能的阳极氧化膜，攻克了传统工艺只能满足单一性能的不足；

5、本发明工艺制备的阳极氧化膜，强化了氧化膜性能，可以满足NSS试验1000～1200H，或耐CASS试验80～120H；并且同时可以满足广本标准10个周期以上的高低温训环试验。

综上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明的实施范围。即凡依本发明申请专利范围的内容所作的等效变化与修饰，都应为本发明的技术范畴。

Claims

1.一种高低温复合式阳极氧化封孔方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)上料；(2)雾化；(3)二阶水洗；(4)出光；(5)三阶水洗；(6)阳极氧化；(7)三阶水洗；(8)高温封孔；(9)二阶水洗；(10)弱酸纯水洗；(11)常温钝化；(12)三阶水洗；(13)烘干；(14)下料。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)所述雾化的雾化剂成分为硝酸钠和氢氧化钠，其中，硝酸钠和氢氧化钠的质量比为2：1～2.5：1。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(6)所述阳极氧化工序中，使用浓度为180～200g/l的H₂SO₄，温度18～21℃，电流密度1.8～2A/dm²，氧化时间在45～50分钟，氧化膜厚度控制在17～22μm。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(8)所述高温封孔工序中，使用浓度为7～10g/l的醋酸镍封孔剂，温度92～98℃，处理时间为20～30分钟；溶液进行循环搅拌并过滤。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(10)所述弱酸纯水洗工序的pH值为3.5～4.5。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(11)所述常温钝化工序中，使用浓度为10～13％三价铬钝化处理剂，温度为30～40℃，处理时间为7～10分钟，溶液用纯水配制并在使用中循环过滤。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)、(5)、(7)、(9)、(12)所述水洗工序中水洗水为普通自来水，其中三阶水洗的最后一道水洗为水洗，纯水电导率要求不大于10us/cm，所有水洗时间均为30～60秒。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(13)所述烘干工序中的温度要求是60～70℃，烘干时间控制在10～20min。