CN118292085A - 一种铝材表面处理工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种铝材表面处理工艺，包括对铝材进行清洗，抛光，表面成孔，施加合金层，施加铝层，然后再对铝层进行阳极氧化形成氧化层，本发明得到的铝材表面具有优异的防腐蚀性能，以及耐磨性能，提高了铝材的使用寿命，同时还解决了由于铝材原料组分不同导致的表面处理工艺的技术效果不一致的问题，提高了表面处理工艺的通用性，有利于工业化推广。
Description
技术领域
本发明涉及一种铝材表面处理工艺。
背景技术
铝合金具有密度小、强度高、塑性好、耐腐蚀、易成形及成本低等一系列优点，广泛应用于交通运输、建筑、包装、家用电器及电子行业，铝合金与其他金属材料相比，具有优异的耐腐蚀性能，高比强度，以及良好的机械加工性能，且储量丰富，价格便宜，因此被广泛运用于生活中诸如餐具摆件，机械零件，交通工具等各个方面。但由于实际应用中，铝合金的硬度偏低，耐磨性和耐蚀性低，限制了铝合金的应用领域和使用寿命。而通过对铝合金进行表面处理则能大幅度改善这些不足，阳极化表面处理则是其中最主要的方式之一，通过阳极氧化的方法，可以使氧化膜的厚度大幅提高，通过阳极氧化获得的氧化膜的其耐蚀性提升显著，在保护铝基体不受腐蚀的同时还可提高铝合金表面硬度和耐磨性。
发明内容
本发明提供了一种铝材表面处理工艺，包括对铝材进行清洗，抛光，表面成孔，施加合金层，施加铝层，然后再对铝层进行阳极氧化形成氧化层，本发明得到的铝材表面具有优异的防腐蚀性能，以及耐磨性能，提高了铝材的使用寿命，同时还解决了由于铝材原料组分不同导致的表面处理工艺的技术效果不一致的问题，提高了表面处理工艺的通用性，有利于工业化推广。
一种铝材表面处理工艺，其特征在于，所述工艺包括：
1)将铝材浸没在去离子水中，超声清洗，干燥；
2)将步骤1得到的铝材置于清洗液中，超声清洗，取出，去离子水冲洗，干燥；
3)将步骤2得到的铝材置于抛光液中，化学抛光，取出，去离子水冲洗，干燥；；
4)将步骤3得到的铝材作为工作电极，以石墨电极作为对电极，置于含有4-5wt％氢氧化钠和0.3-0.5wt％硅酸钠的去离子水中，施加正反向交替的循环电流，在所述铝材表面形成均匀微孔，然后将铝材取出，去离子水高压冲洗，干燥；
5)将钴粉，镍粉和锆粉以1：1：2-3的质量比置于球磨机中，用丙酮作为研磨剂，研磨使之分散均匀且平均粒径≤2μm，取出干燥破碎，用改性聚醋酸乙烯酯作为粘结剂调制成浆料，铺设在铝材表面，然后通过激光扫描使涂层熔化，在铝材表面形成合金层；
6)将步骤5得到的铝材作为阴极，以纯铝片作为阳极，置于电镀液中，进行电镀，电镀液中包括摩尔比为2：1的氯化铝和1-丁基-3-甲基咪唑氯盐，以及10-20g/L的氯化十六烷基吡啶；
7)将步骤6得到的铝材作为阳极，置于电解液中，进行微弧氧化，其中电解液包括：硅酸钠2-3质量份，氢氧化钠0.5-0.8质量份，钨酸钠4-5质量份，纳米硅粉4-5质量份，乙二胺四乙酸二钠1-2质量份，去离子水1000质量份；
8)将步骤7得到的铝材置于浸渍液中浸渍，取出清洗干燥，其中浸渍液包括：硅酸钠1-2质量份，纳米二氧化钛0.5-1质量份，醋酸钠1-1.5质量份，碳化硅1-2质量份，去离子水1000质量份。
其中，所述清洗液中包括：氢氧化钠4-5质量份，焦磷酸钠1-1.5质量份，过硼酸钠0.8-1.2质量份，聚氧丙烯氧化乙烯甘油醚0.5-1质量份，十二烷基苯磺酸钠0.5-1质量份，余量去离子水100质量份。
其中所述抛光液包括：硫酸40-50质量份，磷酸100-110质量份，聚乙二醇1-2质量份，钨酸钠3-5质量份，余量去离子水100质量份。
其中步骤4中，电流密度为5-8A/cm2，正向电流和反向电流持续的时间为200-250ms；所述循环电流持续时间为5-7min。
其中步骤5中，激光功率为300w，光斑直径为5mm，扫描速度为800-1000mm/min。
其中步骤6中，电流密度为10-20mA/cm2，搅拌速度为400r/m，电镀时间为30-60min。
其中步骤7中，微弧氧化的电压为恒压300V，正向占空比20％，时间为40min。
一种防腐耐磨铝材，由所述的铝材表面处理工艺处理得到。
本发明的有益技术效果
1)本发明中，在铝材的表面刻蚀成孔前对铝材进行清洗，抛光，然后在刻蚀液中施加电流，从而控制铝材表面的孔结构，能够与合金金属紧密结合，从而提高铝材表面的耐磨和耐腐蚀性能；
2)合金金属通过激光熔融，能够使合金渗透到铝材的孔中，同时，铝材表面也会出现部分熔融现象，从而与合金层紧密连接，从而防止腐蚀沿界面发生；
3)在合金层表面重新形成镀纯铝层，从而消除不同铝材由于原料和工艺的差异导致的铝材性能不一致，提高表面处理效果的一致性；
4)在特定的电解液中对铝层进行氧化，从而形成稳定的氧化层，并且微弧氧化后通过浸渍液堵孔，填补氧化膜的缝隙，提高表面氧化层的耐腐蚀性能。
实施例
列举实施例和比较例对本发明进行更具体的说明，但本发明在不超出其主旨的范围内并不受这些实施例的限制。
实施例1
1)将铝材浸没在去离子水中，超声清洗15min，干燥；
2)将步骤1得到的铝材置于清洗液中，超声清洗15分钟，取出，去离子水冲洗，干燥；所述清洗液中包括：氢氧化钠4质量份，焦磷酸钠1质量份，过硼酸钠0.8质量份，聚氧丙烯氧化乙烯甘油醚0.5质量份，十二烷基苯磺酸钠0.5质量份，余量去离子水100质量份；
3)将步骤2得到的铝材置于抛光液中，化学抛光，取出，去离子水冲洗，干燥；所述抛光液包括：硫酸40质量份，磷酸100质量份，聚乙二醇1质量份，钨酸钠3质量份，余量去离子水100质量份；
4)将步骤3得到的铝材作为工作电极，以石墨电极作为对电极，置于含有4wt％氢氧化钠和0.3wt％硅酸钠的去离子水中，施加正反向交替的循环电流，在所述铝材表面形成均匀微孔，然后将铝材取出，去离子水高压冲洗，干燥；其中电流密度为5A/cm2，正向电流和反向电流持续的时间为250ms；所述循环电流持续时间为7min；
5)将钴粉，镍粉和锆粉以1：1：2的质量比置于球磨机中，用丙酮作为研磨剂，研磨使之分散均匀且平均粒径≤2μm，取出干燥破碎，用改性聚醋酸乙烯酯作为粘结剂调制成浆料，铺设在铝材表面，然后通过激光扫描使涂层熔化，在铝材表面形成合金层；激光功率为300w，光斑直径为5mm，扫描速度为800mm/min；
6)将步骤5得到的铝材作为阴极，以纯铝片作为阳极，置于电镀液中，进行电镀，其中电流密度为10mA/cm2，搅拌速度为400r/m，电镀时间为60min，电镀液包括摩尔比为2：1的氯化铝和1-丁基-3-甲基咪唑氯盐，以及10g/L的氯化十六烷基吡啶；
7)将步骤6得到的铝材作为阳极，置于电解液中，进行微弧氧化，微弧氧化的电压为恒压300V，正向占空比20％，时间为40min；其中电解液包括：硅酸钠2质量份，氢氧化钠0.5质量份，钨酸钠4质量份，纳米硅粉4质量份，乙二胺四乙酸二钠1质量份，去离子水1000质量份；
8)将步骤7得到的铝材置于浸渍液中，浸渍6小时，取出清洗干燥，其中浸渍液包括：硅酸钠1质量份，纳米二氧化钛0.5质量份，醋酸钠1质量份，碳化硅1质量份，去离子水1000质量份。
实施例2
1)将铝材浸没在去离子水中，超声清洗15min，干燥；
2)将步骤1得到的铝材置于清洗液中，超声清洗15分钟，取出，去离子水冲洗，干燥；所述清洗液中包括：氢氧化钠5质量份，焦磷酸钠1.5质量份，过硼酸钠1.2质量份，聚氧丙烯氧化乙烯甘油醚1质量份，十二烷基苯磺酸钠1质量份，余量去离子水100质量份；
3)将步骤2得到的铝材置于抛光液中，化学抛光，取出，去离子水冲洗，干燥；所述抛光液包括：硫酸50质量份，磷酸110质量份，聚乙二醇2质量份，钨酸钠5质量份，余量去离子水100质量份；
4)将步骤3得到的铝材作为工作电极，以石墨电极作为对电极，置于含有5wt％氢氧化钠和0.5wt％硅酸钠的去离子水中，施加正反向交替的循环电流，在所述铝材表面形成均匀微孔，然后将铝材取出，去离子水高压冲洗，干燥；其中电流密度为8A/cm2，正向电流和反向电流持续的时间为200ms；所述循环电流持续时间为5min；
5)将钴粉，镍粉和锆粉以1：1：2的质量比置于球磨机中，用丙酮作为研磨剂，研磨使之分散均匀且平均粒径≤2μm，取出干燥破碎，用改性聚醋酸乙烯酯作为粘结剂调制成浆料，铺设在铝材表面，然后通过激光扫描使涂层熔化，在铝材表面形成合金层；激光功率为300w，光斑直径为5mm，扫描速度为800mm/min；
6)将步骤5得到的铝材作为阴极，以纯铝片作为阳极，置于电镀液中，进行电镀，其中电流密度为20mA/cm2，搅拌速度为400r/m，电镀时间为30min，电镀液包括摩尔比为2：1的氯化铝和1-丁基-3-甲基咪唑氯盐，以及20g/L的氯化十六烷基吡啶；
7)将步骤6得到的铝材作为阳极，置于电解液中，进行微弧氧化，微弧氧化的电压为恒压300V，正向占空比20％，时间为40min；其中电解液包括：硅酸钠3质量份，氢氧化钠0.8质量份，钨酸钠5质量份，纳米硅粉5质量份，乙二胺四乙酸二钠2质量份，去离子水1000质量份；
8)将步骤7得到的铝材置于浸渍液中，浸渍4小时，取出清洗干燥，其中浸渍液包括：硅酸钠2质量份，纳米二氧化钛1质量份，醋酸钠1.5质量份，碳化硅2质量份，去离子水1000质量份。
实施例3
1)将铝材浸没在去离子水中，超声清洗15min，干燥；
2)将步骤1得到的铝材置于清洗液中，超声清洗15分钟，取出，去离子水冲洗，干燥；所述清洗液中包括：氢氧化钠4.5质量份，焦磷酸钠1.2质量份，过硼酸钠1质量份，聚氧丙烯氧化乙烯甘油醚0.8质量份，十二烷基苯磺酸钠0.8质量份，余量去离子水100质量份；
3)将步骤2得到的铝材置于抛光液中，化学抛光，取出，去离子水冲洗，干燥；所述抛光液包括：硫酸45质量份，磷酸405质量份，聚乙二醇4.5质量份，钨酸钠4质量份，余量去离子水100质量份；
4)将步骤3得到的铝材作为工作电极，以石墨电极作为对电极，置于含有4.5wt％氢氧化钠和0.4wt％硅酸钠的去离子水中，施加正反向交替的循环电流，在所述铝材表面形成均匀微孔，然后将铝材取出，去离子水高压冲洗，干燥；其中电流密度为7A/cm2，正向电流和反向电流持续的时间为220ms；所述循环电流持续时间为6min；
5)将钴粉，镍粉和锆粉以1：1：2.5的质量比置于球磨机中，用丙酮作为研磨剂，研磨使之分散均匀且平均粒径≤2μm，取出干燥破碎，用改性聚醋酸乙烯酯作为粘结剂调制成浆料，铺设在铝材表面，然后通过激光扫描使涂层熔化，在铝材表面形成合金层；激光功率为300w，光斑直径为5mm，扫描速度为900mm/min；
6)将步骤5得到的铝材作为阴极，以纯铝片作为阳极，置于电镀液中，进行电镀，其中电流密度为15mA/cm2，搅拌速度为400r/m，电镀时间为40min，电镀液包括摩尔比为2：1的氯化铝和1-丁基-3-甲基咪唑氯盐，以及15g/L的氯化十六烷基吡啶；
7)将步骤6得到的铝材作为阳极，置于电解液中，进行微弧氧化，微弧氧化的电压为恒压300V，正向占空比20％，时间为40min；其中电解液包括：硅酸钠2.5质量份，氢氧化钠0.6质量份，钨酸钠4.5质量份，纳米硅粉4.5质量份，乙二胺四乙酸二钠1.5质量份，去离子水1000质量份；
8)将步骤7得到的铝材置于浸渍液中，浸渍5小时，取出清洗干燥，其中浸渍液包括：硅酸钠1.5质量份，纳米二氧化钛0.8质量份，醋酸钠1.2质量份，碳化硅1.5质量份，去离子水1000质量份。
对比例1
省去步骤3，其他步骤的工艺参数与实施例3相同。
对比例2
省去步骤4，其他步骤的工艺参数与实施例3相同。
对比例3
省去步骤5，其他步骤的工艺参数与实施例3相同。
对比例4
省去步骤8，其他步骤的工艺参数与实施例3相同。
对比例5
省去步骤4-5，其他步骤的工艺参数与实施例3相同。
对比例6
省去步骤4-6，其他步骤的工艺参数与实施例3相同。
对比例7
步骤7中的电解液包括：氢氧化钠0.5质量份，钨酸钠4质量份，乙二胺四乙酸二钠1质量份，去离子水1000质量份；其他步骤的工艺参数与实施例3相同。
对比例8
步骤8中的浸渍液包括纳米二氧化钛0.8质量份，醋酸钠1.2质量份，去离子水1000质量份；其他步骤的工艺参数与实施例3相同。
对比例9
步骤4中的电解液为含有4.5wt％氢氧化钠的去离子水溶液；其他步骤的工艺参数与实施例3相同。
实验效果
耐腐蚀性能测试：采用三电极体系，辅助电极为铂电极，参比电极为饱和甘汞电极、待测试的试样作为研究电极，试验介质为3％NaCl水溶液，测试试样的塔菲尔曲线。
参考GB/T 12444-2006的方法，通过摩擦磨损试验机测试铝材表面处理层的耐磨性能。
耐腐测试，将样品浸泡于3％NaCl水溶液中，60天后干燥样品，清洗表面腐蚀物后称重，计算腐蚀速率。
表1
由实施例和对比例的数据可见，表面腐蚀制孔前的抛光工艺对于合金层和铝材的结合产生较大的影响，设置合金层不仅能够提高耐磨性能，还能够提高耐腐蚀性能，而浸渍堵孔工艺能够进一步提高耐腐蚀和耐磨性能，同时，制孔的工艺参数以及微弧氧化的工艺参数对于铝材的影响也是非常明显的。本发明中，在铝材的表面刻蚀成孔前对铝材进行清洗，抛光，然后在刻蚀液中施加电流，从而控制铝材表面的孔结构，能够与合金金属紧密结合，从而提高铝材表面的耐磨和耐腐蚀性能；合金金属通过激光熔融，能够使合金渗透到铝材的孔中，同时，铝材表面也会出现部分熔融现象，从而与合金层紧密连接，从而防止腐蚀沿界面发生；在合金层表面重新形成镀纯铝层，从而消除不同铝材由于原料和工艺的差异导致的铝材性能不一致，提高表面处理效果的一致性；在特定的电解液中对铝层进行氧化，从而形成稳定的氧化层，并且微弧氧化后通过浸渍液堵孔，填补氧化膜的缝隙，提高表面氧化层的耐腐蚀性能
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但是应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。
Claims (8)
1.一种铝材表面处理工艺，其特征在于，所述工艺包括：
1)将铝材浸没在去离子水中，超声清洗，干燥；
2)将步骤1得到的铝材置于清洗液中，超声清洗，取出，去离子水冲洗，干燥；
3)将步骤2得到的铝材置于抛光液中，化学抛光，取出，去离子水冲洗，干燥；；
4)将步骤3得到的铝材作为工作电极，以石墨电极作为对电极，置于含有4-5wt％氢氧化钠和0.3-0.5wt％硅酸钠的去离子水中，施加正反向交替的循环电流，在所述铝材表面形成均匀微孔，然后将铝材取出，去离子水高压冲洗，干燥；
5)将钴粉，镍粉和锆粉以1：1：2-3的质量比置于球磨机中，用丙酮作为研磨剂，研磨使之分散均匀且平均粒径≤2μm，取出干燥破碎，用改性聚醋酸乙烯酯作为粘结剂调制成浆料，铺设在铝材表面，然后通过激光扫描使涂层熔化，在铝材表面形成合金层；
6)将步骤5得到的铝材作为阴极，以纯铝片作为阳极，置于电镀液中，进行电镀，电镀液中包括摩尔比为2：1的氯化铝和1-丁基-3-甲基咪唑氯盐，以及10-20g/L的氯化十六烷基吡啶；
7)将步骤6得到的铝材作为阳极，置于电解液中，进行微弧氧化，其中电解液包括：
硅酸钠2-3质量份，氢氧化钠0.5-0.8质量份，钨酸钠4-5质量份，纳米硅粉4-5质量份，乙二胺四乙酸二钠1-2质量份，去离子水1000质量份；
8)将步骤7得到的铝材置于浸渍液中浸渍，取出清洗干燥，其中浸渍液包括：硅酸钠1-2质量份，纳米二氧化钛0.5-1质量份，醋酸钠1-1.5质量份，碳化硅1-2质量份，去离子水1000质量份。
2.如权利要求1所述的铝材表面处理工艺，其特征在于，其中，所述清洗液中包括：氢氧化钠4-5质量份，焦磷酸钠1-1.5质量份，过硼酸钠0.8-1.2质量份，聚氧丙烯氧化乙烯甘油醚0.5-1质量份，十二烷基苯磺酸钠0.5-1质量份，余量去离子水100质量份。
3.如权利要求1所述的铝材表面处理工艺，其特征在于，其中所述抛光液包括：硫酸40-50质量份，磷酸100-110质量份，聚乙二醇1-2质量份，钨酸钠3-5质量份，余量去离子水100质量份。
4.如权利要求1所述的铝材表面处理工艺，其特征在于，其中步骤4中，电流密度为5-8A/cm2，正向电流和反向电流持续的时间为200-250ms；所述循环电流持续时间为5-7min。
5.如权利要求1所述的铝材表面处理工艺，其特征在于，其中步骤5中，激光功率为300w，光斑直径为5mm，扫描速度为800-1000mm/min。
6.如权利要求1所述的铝材表面处理工艺，其特征在于，其中步骤6中，电流密度为10-20mA/cm2，搅拌速度为400r/m，电镀时间为30-60min。
7.如权利要求1所述的铝材表面处理工艺，其特征在于，其中步骤7中，微弧氧化的电压为恒压300V，正向占空比20％，时间为40min。
8.一种防腐耐磨铝材，其特征在于，所述铝材由权利要求1-7任一项所述的铝材表面处理工艺处理得到。
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|---|---|---|---|
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