一种基于铝合金表面的高胶接和耐腐蚀的阳极氧化方法

摘要

本发明提供了一种基于铝合金表面的高胶接和耐腐蚀的阳极氧化方法，包括如下步骤：在氢氧化钠、磷酸钠和碳酸钠的混合溶液中脱脂处理铝合金表面；依次经碱洗、酸洗和超声清洗所述脱脂处理的铝合金表面；以硫酸和硫酸铝的混合溶液阳极氧化清洗处理的铝合金表面；用混合添加剂封闭处理所述阳极氧化的铝合金表面后烘干，得铝合金表面阳极氧化膜。所述方法制备的基于铝合金表面的阳极氧化膜为表面不存在挂粉、孔径在2‑20nm的氧化膜，且因氧化膜在封闭过程中发生水化作用而体积膨胀，使氧化膜孔洞呈内部封堵、表面开口的多孔形态，具有高的胶接性和耐腐蚀性。

权利要求

1.一种基于铝合金表面的高胶接和耐腐蚀的阳极氧化方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

(1)在氢氧化钠、磷酸钠和碳酸钠的混合溶液中脱脂处理铝合金表面；

(2)依次经碱洗、酸洗和超声清洗所述脱脂处理的铝合金表面；

(3)以硫酸和硫酸铝的混合溶液阳极氧化清洗处理的铝合金表面；

(4)用混合添加剂封闭处理所述阳极氧化的铝合金表面后烘干，得铝合金表面阳极氧化膜；

2

所述阳极氧化包括在1.0‑2.0A/dm的电流密度和15‑25℃下，将清洗处理的铝合金表面阳极氧化10‑50mim；

所述添加剂A包括硼酸盐、柠檬酸盐和磷酸盐的一种或几种；所述添加剂B包括膦酰基羧酸共聚物、膦酰基磺酸共聚物、马来酸酐丙烯酸共聚物和异丙烯膦酸均聚物的一种或几种；

所述硫酸和硫酸铝按g/L为单位的质量体积浓度比为160‑200：1‑15；

所述混合添加剂包括100‑500ppm的添加剂A和10‑100ppm的添加剂B；

所述封闭处理的温度和时间分别为90‑100℃和5‑50min。

2.如权利要求1所述的一种基于铝合金表面的高胶接和耐腐蚀的阳极氧化方法，其特征在于，所述氢氧化钠、磷酸钠和碳酸钠以g/L为单位的质量体积浓度比为5‑10：10‑20：20‑

40。

3.如权利要求1所述的一种基于铝合金表面的高胶接和耐腐蚀的阳极氧化方法，其特征在于，所述脱脂处理的温度和时间分别为50‑70℃和1‑4min。

4.如权利要求1所述的一种基于铝合金表面的高胶接和耐腐蚀的阳极氧化方法，其特征在于，所述碱洗包括以60‑100g/L的氢氧化钠于65‑75℃清洗铝合金表面1‑3min。

5.如权利要求1所述的一种基于铝合金表面的高胶接和耐腐蚀的阳极氧化方法，其特征在于，所述酸洗包括以160‑200g/L的硫酸于10‑30℃清洗铝合金表面4‑20min。

6.如权利要求1所述的一种基于铝合金表面的高胶接和耐腐蚀的阳极氧化方法，其特征在于，所述超声清洗包括于30‑50Hz下，以超声机超声清洗所述铝合金表面1‑5min。

说明书

一种基于铝合金表面的高胶接和耐腐蚀的阳极氧化方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种金属表面处理方法，具体涉及一种基于铝合金表面的高胶接和耐腐蚀的阳极氧化方法。

背景技术

[0002] 铝合金因具有高的比强度、比模量、断裂韧度和耐腐蚀性，已被广泛应用于各行业，特别是轻量化要求高的航空航天、轨道交通和新能源汽车领域。

[0003] 铝合金的应用与连接密不可分，铝制零部件间的连接方式有诸如焊接、铆接、机械连接或胶接，其中的胶接因具有结构增重小、时间短、成本低、效率高和不对胶接构件产生
新的应力集中等优点而受到人们的青睐；

[0004] 胶接强度一方面取决于胶黏剂的内聚强度，另一方面取决于胶黏剂与粘接材料间的结合强度；从实际应用角度来讲，胶层的断裂面多发生在胶层和粘接材料的界面，因此只
有提高胶黏剂与粘接材料之间的界面结合强度，胶层才能充分发挥自身的粘接性能。

[0005] 现有技术中采用的阳极氧化铝合金的方法来提高胶黏剂和铝合金的界面结合强度，因为经阳极氧化的铝合金形成的多孔型阳极氧化膜可以渗入胶黏剂，经高温烘烤固化
形成的胶层会在氧化层内部形成“钉扎”，从而大大增强与铝合金的界面结合强度；但是，由
于多孔氧化膜的孔洞为开口状态，外部腐蚀介质如Cl‑等的渗入易造成铝合金的腐蚀。

[0006] 因此，需要提供一种对现有的铝合金阳极氧化的改进方法。

发明内容

[0007] 为了满足现有技术的需要，本发明提供一种基于铝合金表面的高胶接和耐腐蚀的阳极氧化方法；制备的基于铝合金表面阳极氧化膜为表面不存在挂粉、孔径在2‑20nm的氧
化膜，且因铝合金氧化过程中体积膨胀使得铝合金表面阳极氧化膜呈内部封堵、表面开口
的多孔形态，具有高的胶接性和耐腐蚀性。

[0008] 本发明通过如下技术方案实现：

[0009] 一种基于铝合金表面的高胶接和耐腐蚀的阳极氧化方法，包括如下步骤：

[0010] (1)在氢氧化钠、磷酸钠和碳酸钠的混合溶液中脱脂处理铝合金表面；

[0011] (2)依次经碱洗、酸洗和超声清洗所述脱脂处理的铝合金表面；

[0012] (3)以硫酸和硫酸铝的混合溶液阳极氧化清洗处理的铝合金表面；

[0013] (4)用混合添加剂封闭处理所述阳极氧化的铝合金表面后烘干，得铝合金表面阳极氧化膜。

[0014] 优选的，所述氢氧化钠、磷酸钠和碳酸钠以g/L为单位的质量体积浓度比为5‑10：10‑20：20‑40。

[0015] 优选的，所述脱脂处理的温度和时间分别为50‑70℃和1‑4min。

[0016] 优选的，所述碱洗包括以60‑100g/L的氢氧化钠于65‑75℃清洗铝合金表面1‑3min。

[0017] 优选的，所述酸洗包括以160‑200g/L的硫酸于10‑30℃清洗铝合金表面4‑20min。

[0018] 优选的，所述超声清洗包括于30‑50Hz下，以超声机超声清洗所述阳极氧化的铝合金表面1‑5min。

[0019] 优选的，所述硫酸和硫酸铝按g/L为单位的质量体积浓度比为160‑200：1‑15。

[0020] 优选的，所述阳极氧化包括在1.0‑2.0A/dm2的电流密度和15‑25℃下，将清洗处理的铝合金表面作为阳极氧化10‑50mim。

[0021] 优选的，所述混合添加剂包括100‑500ppm的添加剂A和10‑100ppm的添加剂B。

[0022] 优选的，所述添加剂A包括硼酸盐、柠檬酸盐、磷酸盐和醋酸盐的一种或几种；所述添加剂B包括膦酰基羧酸共聚物、膦酰基磺酸共聚物、马来酸酐丙烯酸共聚物和异丙烯膦酸
均聚物的一种或几种。

[0023] 优选的，所述封闭处理的温度和时间分别为90‑100℃和5‑50min。

[0024] 与最接近的现有技术比，本发明的技术方案具有如下有益效果：

[0025] 本发明提供的一种基于铝合金表面的高胶接和耐腐蚀的阳极氧化方法，采用将氢氧化钠、磷酸钠和碳酸钠的混合溶液中脱脂处理的铝合金表面依次经碱洗、酸洗和超声清
洗后以硫酸和硫酸铝的混合溶液阳极氧化，然后用混合添加剂封闭处理，烘干得到铝合金
表面阳极氧化膜的技术方案，制备的基于铝合金表面的阳极氧化膜为表面不存在挂粉、孔
径在2‑20nm的氧化膜，且因铝合金氧化过程中体积膨胀使得铝合金表面阳极氧化膜呈内部
封堵、表面开口的多孔形态，具有高的胶接性和耐腐蚀性。

附图说明

[0026] 图1是本发明所制备的基于铝合金表面阳极氧化膜的微观形貌图；

[0027] 图2是表面存在封闭挂粉的铝合金表面阳极氧化膜的微观形貌图；

[0028] 图3是表面存在挂灰的铝合金表面阳极氧化膜的微观形貌图。

具体实施方式

[0029] 下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步说明：

[0030] 实施例采用的铝合金为牌号A356铝合金板材，尺寸为：125mm×80mm×4mm，化学成分及含量(wt％)分别为：Mg 0.3，Si 7.0，Fe 0.2，Cu 0.2，Mn 0.1，Zn 0.1，Ti 0.2，余量为
Al。

[0031] 实施例1

[0032] 一种基于铝合金表面的高胶接和耐腐蚀的阳极氧化方法1，所述方法包括如下步骤：

[0033] (1)在质量体积浓度比(单位：g/L)为5：10：20的氢氧化钠、磷酸钠和碳酸钠的混合溶液中于50℃脱脂处理铝合金表面1min；

[0034] (2)依次以60g/L的氢氧化钠于65℃清洗铝合金表面1min、160g/L的硫酸于10℃清洗铝合金表面4min和超声机于30Hz超声清洗铝合金表面1min；

[0035] (3)以质量体积浓度比(单位：g/L)为160：1的硫酸和硫酸铝的混合溶液，于1.0A/2
dm的电流密度和15℃下，将清洗处理的铝合金表面作为阳极氧化10mim。

[0036] (4)用100ppm的添加剂醋酸盐和10ppm的添加剂膦酰基羧酸共聚物组成的混合添加剂于90℃封闭处理所述氧化的铝合金表面5min后烘干，得铝合金表面阳极氧化膜。

[0037] 实施例1制备的基于铝合金表面阳极氧化膜的表面不存在挂粉，呈现多孔形态，微观形貌如图1所示；采用Dow Betamate 4600 F结构胶对铝合金进行粘接、烘烤后，搭接剪切
实验显示其粘接强度为30.3MPa；经质量分数5％、温度35℃的氯化钠盐溶液喷雾500h后，表
面未出现腐蚀现象。

[0038] 实施例2

[0039] 一种基于铝合金表面的高胶接和耐腐蚀的阳极氧化方法2，所述方法包括如下步骤：

[0040] (1)在质量体积浓度比(单位：g/L)为10：20：40的氢氧化钠、磷酸钠和碳酸钠的混合溶液中于70℃脱脂处理铝合金表面4min；

[0041] (2)依次以100g/L的氢氧化钠于75℃清洗铝合金表面3min、200g/L的硫酸于30℃清洗铝合金表面20min和超声机于40Hz超声清洗铝合金表面2min；

[0042] (3)以质量体积浓度比(单位：g/L)为200：15的硫酸和硫酸铝的混合溶液，于2.0A/2
dm的电流密度和25℃下，将清洗处理的铝合金表面作为阳极氧化50mim；

[0043] (4)用500ppm的添加剂硼酸盐、柠檬酸盐和100ppm的添加剂膦酰基羧酸共聚物、异丙烯膦酸均聚物组成的混合添加剂于100℃封闭处理所述氧化的铝合金表面50min后烘干，
得铝合金表面阳极氧化膜。

[0044] 实施例2制备的基于铝合金表面阳极氧化膜的表面不存在挂粉，呈现多孔形态；采用Dow Betamate 4600 F结构胶对铝合金进行粘接、烘烤后，搭接剪切实验显示其粘接强度
为29.7MPa；经质量分数5％、温度35℃的氯化钠盐溶液喷雾500h后，表面未出现腐蚀现象。

[0045] 实施例3

[0046] 一种基于铝合金表面的高胶接和耐腐蚀的阳极氧化方法3，所述方法包括如下步骤：

[0047] (1)在质量体积浓度比(单位：g/L)为9：14：35的氢氧化钠、磷酸钠和碳酸钠的混合溶液中于55℃脱脂处理铝合金表面2min；

[0048] (2)依次以70g/L的氢氧化钠于67℃清洗铝合金表面2min、170g/L的硫酸于21℃清洗铝合金表面9min和超声机于45Hz超声清洗铝合金表面4min；

[0049] (3)以质量体积浓度比(单位：g/L)为188：8的硫酸和硫酸铝的混合溶液，于1.4A/2
dm的电流密度和21℃下，将清洗处理的铝合金表面作为阳极氧化30mim；

[0050] (4)用280ppm的添加剂硼酸盐、柠檬酸盐、磷酸盐和60ppm的添加剂膦酰基羧酸共聚物、异丙烯膦酸均聚物、马来酸酐丙烯酸共聚物组成的混合添加剂于93℃封闭处理所述
氧化的铝合金表面30min后烘干，得铝合金表面阳极氧化膜。

[0051] 实施例3制备的基于铝合金表面阳极氧化膜的表面不存在挂粉，呈现多孔形态；采用Dow Betamate 4600 F结构胶对铝合金进行粘接、烘烤后，搭接剪切实验显示其粘接强度
为30.1MPa；经质量分数5％、温度35℃的氯化钠盐溶液喷雾500h后，表面未出现腐蚀现象。

[0052] 实施例4

[0053] 一种基于铝合金表面的高胶接和耐腐蚀的阳极氧化方法4，所述方法包括如下步骤：

[0054] (1)在质量体积浓度比(单位：g/L)为7：18：37的氢氧化钠、磷酸钠和碳酸钠的混合溶液中于66℃脱脂处理铝合金表面3min；

[0055] (2)依次以90g/L的氢氧化钠于70℃清洗铝合金表面3min、179g/L的硫酸于26℃清洗铝合金表面11min和超声机于50Hz超声清洗铝合金表面5min；

[0056] (3)以质量体积浓度比(单位：g/L)为193：12的硫酸和硫酸铝的混合溶液，于1.6A/2
dm的电流密度和23℃下，将清洗处理的铝合金表面作为阳极氧化45mim；

[0057] (4)用420ppm的添加剂硼酸盐、柠檬酸盐、磷酸盐、醋酸盐和80ppm的添加剂膦酰基羧酸共聚物、异丙烯膦酸均聚物、马来酸酐丙烯酸共聚物、膦酰基磺酸共聚物组成的混合添
加剂于98℃封闭处理所述氧化的铝合金表面40min后烘干，得铝合金表面阳极氧化膜。

[0058] 实施例4制备的基于铝合金表面阳极氧化膜的表面不存在挂粉，呈现多孔形态；采用Dow Betamate 4600 F结构胶对铝合金进行粘接、烘烤后，搭接剪切实验显示其粘接强度
为31.5MPa；经质量分数5％、温度35℃的氯化钠盐溶液喷雾500h后，表面未出现腐蚀现象。

[0059] 现有技术所制备的铝合金表面阳极氧化膜1的微观形貌如图2所示，表面存在挂粉，无内部封堵、表面开口的多孔形态；采用Dow Betamate 4600 F结构胶对铝合金进行粘
接、烘烤后，搭接剪切实验显示其粘接强度为14.1MPa；经质量分数5％、温度35℃的氯化钠
盐溶液喷雾500h后，表面未出现腐蚀现象。

[0060] 现有技术所制备的铝合金表面阳极氧化膜2的微观形貌如图3所示，表面存在含硅挂灰；采用Dow Betamate 4600 F结构胶对铝合金进行粘接、烘烤后，搭接剪切实验显示其
粘接强度为25.3MPa；经质量分数5％、温度35℃的氯化钠盐溶液喷雾500h后，表面出现腐蚀
现象。

[0061] 以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进
行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请
待批的本发明的权利要求保护范围之内。