CN107245747A - 一种铝及铝合金工件的表面处理方法 - Google Patents

一种铝及铝合金工件的表面处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种铝及铝合金工件的表面处理方法，包括如下步骤：（1）脱脂处理、（2）酸洗处理、（3）碱洗处理、（4）阳极氧化处理、（5）辐照处理、（6）浸泡处理、（7）烘干处理。本发明对铝及铝合金工件的表面处理方法进行了合理的搭配改进，有效提升了工件的耐腐、耐磨特性，延长了工件的使用寿命，具有很好的推广使用价值。

Description

一种铝及铝合金工件的表面处理方法
技术领域
本发明属于工程机械技术领域，具体涉及一种铝及铝合金工件的表面处理方法。
背景技术
工程机械是装备工业的重要组成部分。概括地说，凡土石方施工工程、路面建设与养护、流动式起重装卸作业和各种建筑工程所需的综合性机械化施工工程所必需的机械装备，称为工程机械。工程机械的加工制造中必然少不了铝及铝合金工件的使用，其具有密度小、比强度高、耐蚀性和成型性好、成本低等一系列的优点。但传统的铝及铝合金材料通常无法满足设计使用的性能要求，通常还需要进行改性处理，多对其表面进行改性处理。目前表面改性处理的方法有很多，比较成熟的有物理法、化学法、物理化学综合法等。现在常用的方法是阳极氧化法，通过电化学方法在铝合金表面形成转化膜，这种方法虽然可提高铝合金的耐蚀性能，但是铝合金转化膜层耐磨性能没有得到很大的改善，而且这层氧化膜易受到强酸和强碱的腐蚀，同时铝及铝合金易产生晶间腐蚀，表面硬度偏低，不耐磨。因此，如何改善铝及铝合金氧化膜的均匀性、硬度、耐磨能力及耐腐蚀性能一直是业内人员研究的问题。
发明内容
本发明的目的是针对现有的问题，提供了一种铝及铝合金工件的表面处理方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种铝及铝合金工件的表面处理方法，包括如下步骤：
（1）脱脂处理：
将铝或铝合金工件放入到脱脂处理液中进行脱脂处理，30~40min后取出用清水冲洗一次后备用；
（2）酸洗处理：
将步骤（1）处理后的铝或铝合金工件放入到酸液中浸泡处理8~13min后取出，用清水冲洗一遍后备用；
（3）碱洗处理：
将步骤（2）处理后的铝或铝合金工件放入到碱液中浸泡处理1~2min后取出，用清水冲洗一遍后备用；
（4）阳极氧化处理：
将步骤（3）处理后的铝或铝合金工件放入到电解液中进行阳极氧化处理，控制电流的密度为1~1.5A/dm2，电解液的温度为20~35℃，处理40~50min后取出，用清水冲洗一遍后备用；
（5）辐照处理：
将步骤（4）处理后的铝或铝合金工件放入到紫外线辐照仪中进行紫外线辐照处理，控制紫外线辐照仪的辐照功率为1000~1200W，处理25~30min后取出备用；
（6）浸泡处理：
将步骤（5）处理后的铝或铝合金工件放入到PTFE乳液中浸泡处理20~30min后取出备用；
（7）烘干处理：
将步骤（6）处理后的铝或铝合金工件放入到干燥箱内进行烘干处理，控制烘干的温度为340~360℃，烘干的时长为10~15min。
进一步的，步骤（1）中所述的脱脂处理液中各成分及其对应重量份为：4~7份硅酸钠、10~15份阴离子表面活性剂、70~80份丙酮。
进一步的，步骤（2）中所述的酸液是质量分数为6~8%的盐酸溶液。
进一步的，步骤（3）中所述的碱液是质量分数为8~10%的氢氧化钠溶液。
进一步的，步骤（4）中所述的电解液中各成分及其对应含量为：硫酸 100~120g/L、硫酸铝 30~40g/L、宽温氧化剂 5~8g/L、钛酸酯偶联剂 15~20g/L，余量为水。
进一步的，步骤（5）中所述的紫外线辐照处理是紫外线的波长控制为280~320nm。
进一步的，步骤（6）中所述的PTFE乳液中固含量为55~60%，其内还含添加了活化剂，活化剂在PTFE乳液中的重量百分比为4~7%，所述活化剂为磷酸丙二胺、硫酸铵、氯化铵中的任意一种。
阳极氧化处理可在铝及铝合金的表面形成转化膜，能有效的提升其耐腐蚀等特性，但在较恶劣的环境中使用时，所产生的转化膜通常无法达到使用性能的要求，且阳极氧化处理会产生较多的孔洞结构，不利于铝及铝合金耐磨、强度等的提升，对此现有技术中有人使用聚四氟乙烯等高分子材料乳液对阳极氧化处理后的工件表面进行涂覆封孔处理，较传统单一的阳极氧化处理而言，工件的综合性能得到进一步的提升，但随着人们对于工件使用特性和寿命的不断要求，上述处理方法的处理效果仍需进一步的改进。本发明在大量实验的基础上，对现有的处理方法进行了针对性的改进处理，在阳极氧化处理过程中，向电解液中添加了钛酸酯偶联剂成分，其能分散于阳极氧化处理产生的氧化膜中，附着于工件的孔洞组织结构的表面上，为后续的处理奠定基础，在用PTFE乳液对工件进行浸泡封孔处理前，又进行了辐照处理，具体是用紫外线对阳极氧化处理后的工件进行辐照，其能有效的提升工件基体、氧化膜的表面活性，提升了活性基团的含量及活性，增强了与PTFE乳液中有效成分间的结合固定能力，进而提升了封孔改性的效果，从而改善了工件的性能。
本发明相比现有技术具有以下优点：
本发明对铝及铝合金工件的表面处理方法进行了合理的搭配改进，有效提升了工件的耐腐、耐磨特性，延长了工件的使用寿命，具有很好的推广使用价值。
具体实施方式
实施例1
一种铝及铝合金工件的表面处理方法，包括如下步骤：
（1）脱脂处理：
将铝或铝合金工件放入到脱脂处理液中进行脱脂处理，30min后取出用清水冲洗一次后备用；
（2）酸洗处理：
将步骤（1）处理后的铝或铝合金工件放入到酸液中浸泡处理8min后取出，用清水冲洗一遍后备用；
（3）碱洗处理：
将步骤（2）处理后的铝或铝合金工件放入到碱液中浸泡处理1min后取出，用清水冲洗一遍后备用；
（4）阳极氧化处理：
将步骤（3）处理后的铝或铝合金工件放入到电解液中进行阳极氧化处理，控制电流的密度为1A/dm2，电解液的温度为20℃，处理40min后取出，用清水冲洗一遍后备用；
（5）辐照处理：
将步骤（4）处理后的铝或铝合金工件放入到紫外线辐照仪中进行紫外线辐照处理，控制紫外线辐照仪的辐照功率为1000W，处理25min后取出备用；
（6）浸泡处理：
将步骤（5）处理后的铝或铝合金工件放入到PTFE乳液中浸泡处理20min后取出备用；
（7）烘干处理：
将步骤（6）处理后的铝或铝合金工件放入到干燥箱内进行烘干处理，控制烘干的温度为340℃，烘干的时长为10min。
进一步的，步骤（1）中所述的脱脂处理液中各成分及其对应重量份为：4份硅酸钠、10份阴离子表面活性剂、70份丙酮。
进一步的，步骤（2）中所述的酸液是质量分数为6%的盐酸溶液。
进一步的，步骤（3）中所述的碱液是质量分数为8%的氢氧化钠溶液。
进一步的，步骤（4）中所述的电解液中各成分及其对应含量为：硫酸 100g/L、硫酸铝 30g/L、宽温氧化剂 5g/L、钛酸酯偶联剂 15g/L，余量为水。
进一步的，步骤（5）中所述的紫外线辐照处理是紫外线的波长控制为280~320nm。
进一步的，步骤（6）中所述的PTFE乳液中固含量为55%，其内还含添加了活化剂，活化剂在PTFE乳液中的重量百分比为4%，所述活化剂为磷酸丙二胺。
实施例2
一种铝及铝合金工件的表面处理方法，包括如下步骤：
（1）脱脂处理：
将铝或铝合金工件放入到脱脂处理液中进行脱脂处理，35min后取出用清水冲洗一次后备用；
（2）酸洗处理：
将步骤（1）处理后的铝或铝合金工件放入到酸液中浸泡处理10min后取出，用清水冲洗一遍后备用；
（3）碱洗处理：
将步骤（2）处理后的铝或铝合金工件放入到碱液中浸泡处理1.5min后取出，用清水冲洗一遍后备用；
（4）阳极氧化处理：
将步骤（3）处理后的铝或铝合金工件放入到电解液中进行阳极氧化处理，控制电流的密度为1.2A/dm2，电解液的温度为30℃，处理45min后取出，用清水冲洗一遍后备用；
（5）辐照处理：
将步骤（4）处理后的铝或铝合金工件放入到紫外线辐照仪中进行紫外线辐照处理，控制紫外线辐照仪的辐照功率为1100W，处理28min后取出备用；
（6）浸泡处理：
将步骤（5）处理后的铝或铝合金工件放入到PTFE乳液中浸泡处理25min后取出备用；
（7）烘干处理：
将步骤（6）处理后的铝或铝合金工件放入到干燥箱内进行烘干处理，控制烘干的温度为350℃，烘干的时长为13min。
进一步的，步骤（1）中所述的脱脂处理液中各成分及其对应重量份为：6份硅酸钠、12份阴离子表面活性剂、75份丙酮。
进一步的，步骤（2）中所述的酸液是质量分数为7%的盐酸溶液。
进一步的，步骤（3）中所述的碱液是质量分数为9%的氢氧化钠溶液。
进一步的，步骤（4）中所述的电解液中各成分及其对应含量为：硫酸 110g/L、硫酸铝 35g/L、宽温氧化剂7g/L、钛酸酯偶联剂 18g/L，余量为水。
进一步的，步骤（5）中所述的紫外线辐照处理是紫外线的波长控制为280~320nm。
进一步的，步骤（6）中所述的PTFE乳液中固含量为58%，其内还含添加了活化剂，活化剂在PTFE乳液中的重量百分比为6%，所述活化剂为硫酸铵。
实施例3
一种铝及铝合金工件的表面处理方法，包括如下步骤：
（1）脱脂处理：
将铝或铝合金工件放入到脱脂处理液中进行脱脂处理，40min后取出用清水冲洗一次后备用；
（2）酸洗处理：
将步骤（1）处理后的铝或铝合金工件放入到酸液中浸泡处理13min后取出，用清水冲洗一遍后备用；
（3）碱洗处理：
将步骤（2）处理后的铝或铝合金工件放入到碱液中浸泡处理2min后取出，用清水冲洗一遍后备用；
（4）阳极氧化处理：
将步骤（3）处理后的铝或铝合金工件放入到电解液中进行阳极氧化处理，控制电流的密度为1.5A/dm2，电解液的温度为35℃，处理50min后取出，用清水冲洗一遍后备用；
（5）辐照处理：
将步骤（4）处理后的铝或铝合金工件放入到紫外线辐照仪中进行紫外线辐照处理，控制紫外线辐照仪的辐照功率为1200W，处理30min后取出备用；
（6）浸泡处理：
将步骤（5）处理后的铝或铝合金工件放入到PTFE乳液中浸泡处理30min后取出备用；
（7）烘干处理：
将步骤（6）处理后的铝或铝合金工件放入到干燥箱内进行烘干处理，控制烘干的温度为360℃，烘干的时长为15min。
进一步的，步骤（1）中所述的脱脂处理液中各成分及其对应重量份为：7份硅酸钠、15份阴离子表面活性剂、80份丙酮。
进一步的，步骤（2）中所述的酸液是质量分数为8%的盐酸溶液。
进一步的，步骤（3）中所述的碱液是质量分数为10%的氢氧化钠溶液。
进一步的，步骤（4）中所述的电解液中各成分及其对应含量为：硫酸 120g/L、硫酸铝 40g/L、宽温氧化剂 8g/L、钛酸酯偶联剂 20g/L，余量为水。
进一步的，步骤（5）中所述的紫外线辐照处理是紫外线的波长控制为280~320nm。
进一步的，步骤（6）中所述的PTFE乳液中固含量为60%，其内还含添加了活化剂，活化剂在PTFE乳液中的重量百分比为7%，所述活化剂为氯化铵。
对比实施例1
本对比实施例1与实施例2相比，省去步骤（4）阳极氧化处理中电解液中的钛酸酯偶联剂成分，除此外的方法步骤均相同。
对比实施例2
本对比实施例2与实施例2相比，省去步骤（5）辐照处理操作，除此外的方法步骤均相同。
对比实施例3
本对比实施例3与实施例2相比，省去步骤（4）阳极氧化处理中电解液中的钛酸酯偶联剂成分，同时省去步骤（5）辐照处理操作，除此外的方法步骤均相同。
为了对比本发明效果，选用同一材质的铝合金作为实验对象，其中所选铝合金中各化学元素组分百分比含量为：Mg 0.05~0.15%，Cu 0.1~0.4%，Mn 0.15%，Fe 0.7%，Si 0.4~0.7%，Zn 0.25%，余量为Al；然后分别用上述实施例2、对比实施例1、对比实施例2、对比实施例3所述的方法进行表面处理，完成后对各组处理后的铝合金材料进行性能测试，具体对比数据如下表1所示：
表1
自腐蚀电位Ecorr（V） 自腐蚀电流密度icorr（A/cm2） 磨损量（g）
实施例2 -0.945 0.038 1.10
对比实施例1 -1.167 0.216 3.04
对比实施例2 -1.258 0.304 4.75
对比实施例3 -1.326 0.487 6.23
注：上表1中所述的自腐蚀电位和自腐蚀电流密度是通过电化学测试而得，具体方式是将对应处理后的铝合金作为工作电极，以铂电极作为辅助电极，以***电极和饱和甘汞电极作为参比电极，电解溶液为质量分数3.5%的 NaCl溶液，测量不同铝合金电极试样的塔菲尔曲线，控制测试电位的扫面范围是开路电位±1.5V，扫描频率设置为 0.5mV/s，由此得出自腐蚀电位和自腐蚀电流密度；所述的磨损量是由SRV摩擦磨损试验机测得，期间控制接触的载荷为150N，滑动行程为2.0cm，滑动频率为20Hz，滑动时间为15min，滑动的温度为27℃。
由上表1可以看出，本发明处理方法能有效的改善铝及铝合金工件的表面特性，其自腐蚀电位和自腐蚀电流密度数值均有较大程度的下降，而自腐蚀电位和自腐蚀电流密度的降低表现出其抗腐蚀性的提升，其磨损量数值也有明显降低，对应的其耐磨性能得到增强，可见其综合品质得到显著的改善，具有很好的使用价值。

Claims (7)

1.一种铝及铝合金工件的表面处理方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）脱脂处理：
将铝或铝合金工件放入到脱脂处理液中进行脱脂处理，30~40min后取出用清水冲洗一次后备用；
（2）酸洗处理：
将步骤（1）处理后的铝或铝合金工件放入到酸液中浸泡处理8~13min后取出，用清水冲洗一遍后备用；
（3）碱洗处理：
将步骤（2）处理后的铝或铝合金工件放入到碱液中浸泡处理1~2min后取出，用清水冲洗一遍后备用；
（4）阳极氧化处理：
将步骤（3）处理后的铝或铝合金工件放入到电解液中进行阳极氧化处理，控制电流的密度为1~1.5A/dm2，电解液的温度为20~35℃，处理40~50min后取出，用清水冲洗一遍后备用；
（5）辐照处理：
将步骤（4）处理后的铝或铝合金工件放入到紫外线辐照仪中进行紫外线辐照处理，控制紫外线辐照仪的辐照功率为1000~1200W，处理25~30min后取出备用；
（6）浸泡处理：
将步骤（5）处理后的铝或铝合金工件放入到PTFE乳液中浸泡处理20~30min后取出备用；
（7）烘干处理：
将步骤（6）处理后的铝或铝合金工件放入到干燥箱内进行烘干处理，控制烘干的温度为340~360℃，烘干的时长为10~15min。
2.根据权利要求1所述的一种铝及铝合金工件的表面处理方法，其特征在于，步骤（1）中所述的脱脂处理液中各成分及其对应重量份为：4~7份硅酸钠、10~15份阴离子表面活性剂、70~80份丙酮。
3.根据权利要求1所述的一种铝及铝合金工件的表面处理方法，其特征在于，步骤（2）中所述的酸液是质量分数为6~8%的盐酸溶液。
4.根据权利要求1所述的一种铝及铝合金工件的表面处理方法，其特征在于，步骤（3）中所述的碱液是质量分数为8~10%的氢氧化钠溶液。
5. 根据权利要求1所述的一种铝及铝合金工件的表面处理方法，其特征在于，步骤（4）中所述的电解液中各成分及其对应含量为：硫酸 100~120g/L、硫酸铝 30~40g/L、宽温氧化剂 5~8g/L、钛酸酯偶联剂 15~20g/L，余量为水。
6.根据权利要求1所述的一种铝及铝合金工件的表面处理方法，其特征在于，步骤（5）中所述的紫外线辐照处理是紫外线的波长控制为280~320nm。
7.根据权利要求1所述的一种铝及铝合金工件的表面处理方法，其特征在于，步骤（6）中所述的PTFE乳液中固含量为55~60%，其内还含添加了活化剂，活化剂在PTFE乳液中的重量百分比为4~7%，所述活化剂为磷酸丙二胺、硫酸铵、氯化铵中的任意一种。
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