一种铝合金表面阳极氧化-封孔的处理方法
技术领域
本发明涉及一种铝合金表面阳极氧化-封孔的处理方法,属于金属表面处理技术领域。
背景技术
阳极氧化是一种电解氧化,在该过程中铝合金的表面通常转化为一层氧化膜,这层膜具有保护性、装饰性以及其他的一些功能性。氧化膜分两大类:壁垒型氧化膜和多孔型氧化膜,壁垒型氧化膜是一层紧靠金属表面的致密无孔的薄氧化膜,厚度取决于外加电压一般不超过0.1um。多孔型氧化膜由阻挡层和多孔层两层氧化膜组成,阻挡层厚度和外加电压有关,多孔层厚度取决于通过的电量。我们最常用的是多孔型氧化膜。氧化膜的特点有:a.氧化膜结构呈多孔性蜂窝状结,膜的多孔性使具有很好的吸附能力,可以作涂镀层的底层也可被染色,提高金属的装饰效果。b.氧化膜的硬度高,阳极氧化膜的硬度很高,其硬度大约在196-490HV,因为硬度高决定了氧化膜的耐磨性非常好。c.氧化膜的耐蚀性,铝氧化膜在空气、土壤中都很稳定,同基体的结合力也很强,一般情况下氧化后都会进行染色封孔或喷涂处理,使其耐腐蚀性进一步增强。d.氧化膜的结合力,氧化氧化膜于基体金属的结合力很强,很难用机械的方法将它们分离,即使膜层随金属弯曲,膜层仍于基体金属保持良好的结合,但氧化膜的塑性小,脆性大,当膜层受到较大的冲击负荷和弯曲变形时,会产生龟裂,所以这种氧化膜不易在机械作用下使用,可以用作油漆层的底层。
铝阳极氧化之后对氧化膜进行的物理或化学处理过程,以降低氧化膜的孔隙率和吸附能力,以便把染料密封在微孔中,同时提高膜的耐蚀性、耐磨等性能。在建筑行业世界各国对氧化膜的封孔基本上采用高温蒸汽法、冷封孔、电泳涂装法三种工艺,但目前中温封孔有扩大的趋势。从封孔原理来分主要有水合反应、无机物填充或有机物填充三大类。热封孔工艺包括有:a.沸水封孔:在接近沸点的纯水中(温度95度以上,去离子水),通过氧化铝的水合反应将非晶态的氧化铝转化成水合氧化铝,由于水合氧化铝比原来的体积大了30%,体积膨胀使的氧化膜的微孔填充封闭。b.高温蒸汽封孔:原理和沸水封孔一样,优点:速度快、水质的依赖性小、少出现白灰、褪色风险小。
CN103215630A公开一种有机-无机复合硅溶胶封闭铝合金阳极氧化膜孔的方法,是将经前处理后的铝或铝合金阳极表面涂覆或沉积上—层有机一无机复合硅溶胶层,再经烘干、烧结制成。所述有机—无机复合硅溶胶是由0.5-30ml硅烷试剂或正硅酸乙酯,0.5-30ml无机硅溶液、1-40ml水、1-90ml有机溶剂、0.05-100g填料粉体和0.01-10g表面活性剂制成。CN103343374B 公开一种铸铝合金工件的硬质阳极氧化处理方法,包括将铝硅铸铝合金熔融后,注入压铸机中进行压铸成型,得相应的铸铝合金工件;然后,将上述铸铝合金工件在350℃~450℃的条件下进行热处理;最后,将经过热处理后的铸铝合金工件进行硬质阳极氧化处理,使在铸铝合金工件表面形成硬质阳极氧化膜。但是上述的处理方法得到的铝合金仍然存在着耐腐蚀性不好的问题。
发明内容
本发明的目的是:提供一种对铝合金表面进行阳极氧化封闭处理的方法,该方法处理后的铝合金具有优良的耐腐蚀性能。
技术方案是:
一种铝合金表面阳极氧化-封孔的处理方法,包括如下步骤:
第1步,对铝合金的表面预处理;
第2步,对第1步得到的铝合金在电解液中通过阳极氧化形成氧化膜,所述的电解液的组成是硫酸130~160g/L、纳米SiO2 1~6g/L、水性丙烯酸树脂0.5~2g/L和硝酸铈0.5~2g/L;
第3步,对第2步处理后的铝合金在封闭槽中进行第一次封闭处理,采用的第一封闭液的组成是:柠檬酸2~5g/L,硝酸铬2~3g/l,磷酸三钠0.4~0.8g/l,EDTA-Na2 0.5~0.8g/l,硫酸镍0.02~0.04g/l;
第4步,对第3步处理后的铝合金进行第二次封闭处理,采用的第二封闭液的组成是:水性丙烯酸树脂40~45g/l,非离子表面活性剂0.5~1g/l,纳米SiO2 8~12g/l,仲辛基酚聚氧乙烯醚3~5g/l;
第5步,再经过水洗、风干处理后,得到铝合金。
所述的第1步中,预处理是指抛光、除油脂中的一种或者几种。
所述的第1步中,铝合金可以是铸铝合金ZL101、ZL102、 ZL105、ZL105A、ZL107、ZL110或ZL108。
所述的第2步中,阳极氧化的工艺参数是:温度:-4~4℃,电流密度:2.4~3.7A/cm2,电压:42~50V,时间:20~30min。
所述的第3步中,封闭操作的参数是:温度:30~40 ℃,时间:30~50min。
所述的第4步中,封闭操作的参数是:温度:20~30 ℃,时间:4~7min。
所述的第2步中的纳米SiO2是指经过羟基硅油改性过的SiO2,改性步骤是:在1000mL四颈烧瓶中加入40g硅酸钠、6g硫酸钠和466mL水,在30℃下搅拌30min,升温至85℃,滴加12wt%的硫酸溶液至体系pH为10.5,陈化20min。加12wt%硫酸调整pH至4.7,加入羟基硅油40g,搅拌1h后,陈化1.5h。过滤,滤饼经水洗至洗液中无SO4 2-,乙醇洗涤除去水分,干燥得羟基硅油改性过的SiO2。
有益效果
本发明的处理方法得到的铝合金经过阳极氧化、二次封闭处理,具有耐腐蚀性能好的优点。
具体实施方式
实施例1
第1步,对铸铝合金ZL101的表面抛光、除油脂预处理;
第2步,对第1步得到的铝合金在电解液中通过阳极氧化形成氧化膜,所述的电解液的组成是硫酸130g/L、纳米SiO2 1g/L、水性丙烯酸树脂0.5g/L和硝酸铈0.5g/L;阳极氧化的工艺参数是:温度:-4℃,电流密度:2.4A/cm2,电压:42V,时间:20min;
第3步,对第2步处理后的铝合金在封闭槽中进行第一次封闭处理,采用的第一封闭液的组成是:柠檬酸2g/L,硝酸铬2g/l,磷酸三钠0.4g/l,EDTA-Na2 0.5g/l,硫酸镍0.02g/l;封闭操作的参数是:温度:30℃,时间:30min;
第4步,对第3步处理后的铝合金进行第二次封闭处理,采用的第二封闭液的组成是:水性丙烯酸树脂40g/l,非离子表面活性剂0.5g/l,纳米SiO2 8g/l,仲辛基酚聚氧乙烯醚3g/l;封闭操作的参数是:温度:20 ℃,时间:4min。
第5步,再经过水洗、风干处理后,得到铝合金。
实施例2
第1步,对铸铝合金ZL101的表面抛光、除油脂预处理;
第2步,对第1步得到的铝合金在电解液中通过阳极氧化形成氧化膜,所述的电解液的组成是硫酸160g/L、纳米SiO2 6g/L、水性丙烯酸树脂2g/L和硝酸铈2g/L;阳极氧化的工艺参数是:温度: 4℃,电流密度: 3.7A/cm2,电压: 50V,时间: 30min;
第3步,对第2步处理后的铝合金在封闭槽中进行第一次封闭处理,采用的第一封闭液的组成是:柠檬酸5g/L,硝酸铬3g/l,磷酸三钠0.8g/l,EDTA-Na20.8g/l,硫酸镍0.04g/l;封闭操作的参数是:温度: 40 ℃,时间: 50min;
第4步,对第3步处理后的铝合金进行第二次封闭处理,采用的第二封闭液的组成是:水性丙烯酸树脂45g/l,非离子表面活性剂1g/l,纳米SiO2 12g/l,仲辛基酚聚氧乙烯醚5g/l;封闭操作的参数是:温度: 30 ℃,时间: 7min。
第5步,再经过水洗、风干处理后,得到铝合金。
实施例3
第1步,对铸铝合金ZL101的表面抛光、除油脂预处理;
第2步,对第1步得到的铝合金在电解液中通过阳极氧化形成氧化膜,所述的电解液的组成是硫酸140g/L、纳米SiO2 2g/L、水性丙烯酸树脂0.8g/L和硝酸铈1g/L;阳极氧化的工艺参数是:温度:2℃,电流密度:2.8A/cm2,电压:48V,时间:25min;
第3步,对第2步处理后的铝合金在封闭槽中进行第一次封闭处理,采用的第一封闭液的组成是:柠檬酸4g/L,硝酸铬2g/l,磷酸三钠0.6g/l,EDTA-Na2 0.6g/l,硫酸镍0.02g/l;封闭操作的参数是:温度:35 ℃,时间:35min;
第4步,对第3步处理后的铝合金进行第二次封闭处理,采用的第二封闭液的组成是:水性丙烯酸树脂42g/l,非离子表面活性剂0.8g/l,纳米SiO2 10g/l,仲辛基酚聚氧乙烯醚4g/l;封闭操作的参数是:温度:25 ℃,时间:6min。
第5步,再经过水洗、风干处理后,得到铝合金。
实施例4
与实施例3的区别是:所述的第2步中的纳米SiO2是指经过羟基硅油改性过的SiO2,改性步骤是:在1000mL四颈烧瓶中加入40g硅酸钠、6g硫酸钠和466mL水,在30℃下搅拌30min,升温至85℃,滴加12wt%的硫酸溶液至体系pH为10.5,陈化20min。加12wt%硫酸调整pH至4.7,加入羟基硅油40g,搅拌1h后,陈化1.5h。过滤,滤饼经水洗至洗液中无SO4 2-,乙醇洗涤除去水分,干燥得羟基硅油改性过的SiO2。
第1步,对铸铝合金ZL101的表面抛光、除油脂预处理;
第2步,对第1步得到的铝合金在电解液中通过阳极氧化形成氧化膜,所述的电解液的组成是硫酸140g/L、羟基硅油改性过的纳米SiO2 2g/L、水性丙烯酸树脂0.8g/L和硝酸铈1g/L;阳极氧化的工艺参数是:温度:2℃,电流密度:2.8A/cm2,电压:48V,时间:25min;
第3步,对第2步处理后的铝合金在封闭槽中进行第一次封闭处理,采用的第一封闭液的组成是:柠檬酸4g/L,硝酸铬2g/l,磷酸三钠0.6g/l,EDTA-Na2 0.6g/l,硫酸镍0.02g/l;封闭操作的参数是:温度:35 ℃,时间:35min;
第4步,对第3步处理后的铝合金进行第二次封闭处理,采用的第二封闭液的组成是:水性丙烯酸树脂42g/l,非离子表面活性剂0.8g/l,纳米SiO2 10g/l,仲辛基酚聚氧乙烯醚4g/l;封闭操作的参数是:温度:25 ℃,时间:6min。
第5步,再经过水洗、风干处理后,得到铝合金。
铝合金氧化膜防护性能试验,以未处理的铸铝合金ZL101作为对照。
人造气氛腐蚀试验盐雾试验(GB/T10125-2012);铜加速乙酸盐雾试验(GB/T12967.3-2008) ;交变湿热试验(GJB150.9-86);霉菌试验(GJB150.10-86);1h100℃高温试验(GJB150.3-86)。
表格中统计的时间为出现表面有肉眼可见变化时的时间。
从表中可以看出,本发明的铝合金表面处理方法可以提高表面的耐腐蚀性能,通过对阳极氧化中的氧化硅进行改性之后,可以提高与封闭中的封闭液的相容性,提高封闭效果,达到提高耐腐蚀性能的目的。