CN105506706A - 一种铝合金阳极氧化着色处理方法 - Google Patents

一种铝合金阳极氧化着色处理方法 Download PDF

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Abstract

一种铝合金阳极氧化着色处理方法，属于金属材料技术领域。以直流电、低电压的电源加载方式，以硫酸溶液作为电解液的主要成分，采用有机染料吸附着色的方法，以有机染料为染色剂进行阳极氧化着色，具体为：阳极氧化处理：用硫酸溶液的电解液；电源为低压直流电；常温条件；处理完成后用去离子水洗净晾干，得到晶态结构的阳极氧化铝薄膜试样表面；着色处理：将有机染料充分溶解，加热至45℃并保温，放入制备好的阳极氧化铝薄膜的试样，浸泡30min，形成染色样品。本发明处理过程中产生的热量小，有效避免集中产热情况的发生。本发明制备出的阳极氧化铝薄膜是晶态结构，表面硬度、耐磨性和耐腐蚀性都大为增强。

Description

一种铝合金阳极氧化着色处理方法
技术领域
本发明属于金属材料技术领域，特别是涉及一种铝合金阳极氧化着色处理方法，用于铝合金表面处理。
背景技术
铝合金由于具有密度低、比强度高，具有良好的力学性能、良好的耐蚀性、优异的导电导热性和良好的铸造性能等特点，在现代汽车工业、航天工业、电子通讯业、计算机业等领域有着十分广泛的应用。
铝合金是一种重要的工程材料，在自然环境下它的表面可以形成一层天然氧化膜，但是该非晶态的薄膜结构松散，不能提供良好的耐蚀性，无法满足使用要求。这种在自然环境下形成的氧化膜耐候性和可靠性都非常差，日常使用容易破损，尤其是面对目前酸雨、工业粉尘、温室效应等极端恶劣环境问题时，这方面的缺点更是突出，这将对铝合金的表面抗腐蚀能力造成极大程度的影响。
2024铝合金是Al-Cu-Mg系合金，广泛应用于飞机大锻件和厚板、铆钉、汽车轮毂、螺旋桨元件及其它各种结构件。由于长期工作条件下的磨损和疲劳磨损，需要对其表面进行特殊处理而形成保护膜层，采用表面处理可以提高防护性、装饰性和功能性，克服铝及铝合金表面性能方面的缺点，提高耐蚀耐磨性，延长使用寿命。
传统工艺对铝合金阳极氧化处理大多采用硫酸法，处理时电源电压较高，由于硫酸具有强氧化性和腐蚀性，电解槽内发生的化学反应时会释放大量的热量，需要增加降温装置对整个生产设备进行降温处理，这对生产工艺提出了较高要求。
铝合金的传统着色方法多采用一步电解法或二步电解法，需要引入相应的金属盐，重金属离子处理不当容易污染环境，不利于节能减排，着色处理后的铝合金表面色彩较为单一，想要得到丰富多彩的颜色往往导致工艺流程复杂，生产成本较高。
2024铝合金的合金成分中含有较高含量的Cu元素，容易发生局部腐蚀和晶间腐蚀。一般认为，在阳极氧化过程中CuAl2相溶解较快，常常成为电流聚集的中心，容易造成该部位的膜层过热而溶解，严重的会烧毁甚至击穿零件。关于铝合金表面处理通用中的阳极氧化法，由于上述多种条件限制而难以在2024铝合金上得到进一步推广。
发明内容
针对上述存在的技术问题，为了克服上述传统阳极氧化工艺的不足，本发明提供一种铝合金阳极氧化着色处理方法，采用直流电、低电压的电源加载方式的，仪器设备较为简化的，生产过程中能耗较低的，流程操作简单的，着色范围广泛、色彩丰富的，铝合金阳极氧化着色处理方法。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
本发明一种铝合金阳极氧化着色处理方法，以直流电、低电压的电源加载方式，以硫酸溶液作为电解液的主要成分，采用有机染料吸附着色的方法，以有机染料为染色剂进行阳极氧化，具体步骤为：
(1)阳极氧化处理：用硫酸溶液的电解液对铝合金试样进行阳极氧化处理；电源加载模式为直流电，进行阳极氧化处理；温度为常温条件；处理完成后立即用去离子水洗净晾干，得到晶态结构的阳极氧化铝薄膜试样表面；
(2)着色处理：将有机染料充分溶解，加热至45℃并保温，放入制备好的阳极氧化铝薄膜的试样，浸泡20～30min，形成染色样品。
进一步地，所述着色处理工艺后还进行封闭处理工艺，将着色处理后的试样取出，去离子水冲洗干净后，加入沸水中保温，封闭处理完成；取出试样，去离子水冲洗干净，干燥即可。
进一步地，所述封闭处理工艺参数为：去离子水；温度100℃；pH值5.5～6.5；沸腾时间20～30min。
进一步地，所述阳极氧化处理工艺前还进行前处理，用240#至1200#砂纸依次打磨铝合金试样，将铝合金表面打磨光滑，放入乙醇中清洗除油处理；在铝合金样品表面涂抛光膏，进行机械抛光处理；依次进行碱洗、酸洗，再用去离子水冲洗吹干，得到干净而且没有划痕的铝合金试样。
进一步地，所述硫酸溶液的电解液成分为：硫酸浓度为150～200g/L，硫酸铝浓度为10～20g/L。
进一步地，所述阳极氧化铝薄膜的粗糙度值Ra小于0.5μm。
进一步地，所述阳极氧化处理时间8000s～10000s。
进一步地，所述直流电的电压为5～10V。
进一步地，所述有机染料吸附着色工艺参数为：染色液为：X型有机染料3～5g/L；染色时间20～30min；染色液温度40～45℃。本发明的有益效果为：
1.本发明适用于2024铝合金，采用5～10V的直流电，电压较低，阳极氧化处理过程中产生的热量小，在常温下处理即可，电解槽外部无需增加多余的降温设备，相比传统硫酸阳极氧化处理设备结构和工艺流程更加简单，能够在一定程度上克服传统电解工艺的不足，有效避免2024铝合金在阳极氧化处理阶段容易出现的集中产热情况的发生。
2.本发明阳极氧化处理制备出的阳极氧化铝薄膜是晶态结构，耐腐蚀性相比铝合金表面原生的非晶态氧化铝薄膜，表面硬度、耐磨性和耐腐蚀性都大为增强。
3.本发明阳极氧化处理制备出的阳极氧化铝表面光滑，粗糙度值(Ra)小于0.5μm，良好的保持了试样原本的光洁的表面，有利于下一步着色处理。
4.本发明染色方法工艺简单，选用的X型活性染料二氯均三嗪，广泛应用于纺织行业，是一种价格低廉、易于获得的织物染料，其被应用在铝合金表面染色的案例尚不多见。本发明利用该染料色彩多样的特性，能有效改善铝合金的外观，提高其美观装饰性，着色后的铝合金外观色彩牢固度高、耐晒度高。
附图说明
图1为本发明阳极氧化铝的扫描电镜照片。
图2为本发明阳极氧化铝的X射线衍射检测结果。
图3为本发明阳极氧化铝的表面粗糙度检测结果。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细描述。
实施例1：本发明一种铝合金阳极氧化着色处理方法，以直流电、低电压的电源加载方式，以硫酸溶液作为电解液的主要成分，采用有机染料吸附着色的方法，以有机染料为染色剂进行阳极氧化，具体步骤为：
(1)将2024铝合金原材料切割成15mm×15mm×10mm大小的方块状试样；
(2)前处理：用240#至1200#砂纸依次打磨，将铝合金表面打磨光滑，放入乙醇中清洗除油处理；在铝合金样品表面涂少许抛光膏，进行机械抛光处理；依次进行碱洗、酸洗，再用去离子水冲洗吹干，得到干净而且没有划痕的铝合金试样；
(3)阳极氧化处理：用硫酸溶液的电解液对铝合金试样进行阳极氧化处理，硫酸溶液的电解液成分为：硫酸浓度为184g/L，硫酸铝浓度为20g/L；电源加载模式为10V直流电，进行阳极氧化处理，时间8000s；温度为常温条件；处理完成后立即用去离子水洗净晾干，得到如图1-3所示高质量的并且为晶态结构的阳极氧化铝薄膜试样表面；所述阳极氧化铝薄膜的粗糙度值Ra小于0.5为μm；
(4)着色处理：将有机染料充分溶解，加热至45℃并保温，放入制备好的阳极氧化铝薄膜的试样，浸泡30min，形成染色样品，处理完成的样品表面被染上多种不同颜色，染色效果良好，均匀稳定，无肉眼可见的裂纹、破损、夹渣、气孔等缺陷。所述有机染料吸附着色工艺参数为：染色液为：X型有机染料5g/L；染色时间30min；染色液温度40～45℃；
(5)封闭处理工艺，将着色处理后的试样取出，去离子水冲洗干净后，加入沸水中保温，封闭处理完成；取出试样，去离子水冲洗干净，干燥即可。
所述封闭处理工艺参数为：去离子水300mL；温度100℃；pH值5.5；沸腾时间30min。
实施例2：本例与实施例1不同的是：本例的阳极氧化处理工艺中：硫酸浓度为150g/L，硫酸铝浓度为18g/L；电源加载模式为8V直流电，进行阳极氧化处理，时间10000s；温度为常温条件；处理完成后立即用去离子水洗净晾干，得到如图1-3所示高质量的并且为晶态结构的阳极氧化铝薄膜试样表面；所述阳极氧化铝薄膜的粗糙度值Ra小于0.5为μm。
着色处理：将有机染料充分溶解，加热至45℃并保温，放入制备好的阳极氧化铝薄膜的试样，浸泡28min，形成染色样品，处理完成的样品表面被染上多种不同颜色。所述有机染料吸附着色工艺参数为：染色液为：X型有机染料3g/L；染色时间25min；染色液温度43℃。
所述封闭处理工艺参数为：去离子水温度100℃；pH值6.5；沸腾时间25min。
实施例3：本例与实施例1不同的是：本例的阳极氧化处理工艺中：硫酸浓度为200g/L，硫酸铝浓度为10g/L；电源加载模式为5V直流电，进行阳极氧化处理，时间9000s；温度为常温条件；处理完成后立即用去离子水洗净晾干，得到如图1-3所示高质量的并且为晶态结构的阳极氧化铝薄膜试样表面；所述阳极氧化铝薄膜的粗糙度值Ra小于0.5为μm。
着色处理：将有机染料充分溶解，加热至45℃并保温，放入制备好的阳极氧化铝薄膜的试样，浸泡20min，形成染色样品，处理完成的样品表面被染上多种不同颜色。所述有机染料吸附着色工艺参数为：染色液为：X型有机染料4g/L；染色时间20min；染色液温度40℃。
所述封闭处理工艺参数为：去离子水温度100℃；pH值6；沸腾时间20min。
实施例4：本例与实施例1不同的是：本例的阳极氧化处理工艺中：硫酸浓度为160g/L，硫酸铝浓度为15g/L；电源加载模式为6V直流电，进行阳极氧化处理，时间9500s；温度为常温条件；处理完成后立即用去离子水洗净晾干，得到如图1-3所示高质量的并且为晶态结构的阳极氧化铝薄膜试样表面；所述阳极氧化铝薄膜的粗糙度值Ra小于0.5为μm。
着色处理：将有机染料充分溶解，加热至45℃并保温，放入制备好的阳极氧化铝薄膜的试样，浸泡25min，形成染色样品，处理完成的样品表面被染上多种不同颜色。所述有机染料吸附着色工艺参数为：染色液为：X型有机染料4.5g/L；染色时间22min；染色液温度44℃。
所述封闭处理工艺参数为：去离子水温度100℃；pH值5.8；沸腾时间28min。

Claims (9)

1.一种铝合金阳极氧化着色处理方法，其特征在于：以直流电、低电压的电源加载方式，以硫酸溶液作为电解液的主要成分，采用有机染料吸附着色的方法，以有机染料为染色剂进行阳极氧化，具体步骤为：
(1)阳极氧化处理：用硫酸溶液的电解液对铝合金试样进行阳极氧化处理；电源加载模式为直流电，进行阳极氧化处理；温度为常温条件；处理完成后立即用去离子水洗净晾干，得到晶态结构的阳极氧化铝薄膜试样表面；
(2)着色处理：将有机染料充分溶解，加热至45℃并保温，放入制备好的阳极氧化铝薄膜的试样，浸泡20～30min，形成染色样品。
2.根据权利要求1所述铝合金阳极氧化着色处理方法，其特征在于：所述着色处理工艺后还进行封闭处理工艺，将着色处理后的试样取出，去离子水冲洗干净后，加入沸水中保温，封闭处理完成；取出试样，去离子水冲洗干净，干燥即可。
3.根据权利要求2所述铝合金阳极氧化着色处理方法，其特征在于：所述封闭处理工艺参数为：去离子水；温度100℃；pH值5.5～6.5；沸腾时间20～30min。
4.根据权利要求1所述铝合金阳极氧化着色处理方法，其特征在于：所述阳极氧化处理工艺前还进行前处理，用240#至1200#砂纸依次打磨铝合金试样，将铝合金表面打磨光滑，放入乙醇中清洗除油处理；在铝合金样品表面涂抛光膏，进行机械抛光处理；依次进行碱洗、酸洗，再用去离子水冲洗吹干，得到干净而且没有划痕的铝合金试样。
5.根据权利要求1所述铝合金阳极氧化着色处理方法，其特征在于：所述硫酸溶液的电解液成分为：硫酸浓度为150～200g/L，硫酸铝浓度为10～20g/L。
6.根据权利要求1所述铝合金阳极氧化着色处理方法，其特征在于：所述阳极氧化铝薄膜的粗糙度值Ra小于0.5μm。
7.根据权利要求1所述铝合金阳极氧化着色处理方法，其特征在于：所述阳极氧化处理时间8000s～10000s。
8.根据权利要求1所述铝合金阳极氧化着色处理方法，其特征在于：所述直流电的电压为5～10V。
9.根据权利要求1所述铝合金阳极氧化着色处理方法，其特征在于：所述有机染料吸附着色工艺参数为：染色液为：X型有机染料3～5g/L；染色时间20～30min；染色液温度40～45℃。
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