一种铝合金表面处理方法转让专利
申请号 : CN202110058740.0
文献号 : CN112647105B
文献日 : 2021-12-28
发明人 : 郝云霞
申请人 : 江苏同生特钢制造有限公司
摘要 :
权利要求 :
1.一种铝合金表面处理方法,所述方法为铝合金微弧氧化陶瓷膜的封孔处理,其特征在于包括如下处理步骤:
(1)铝合金表面预处理;
(2)以经过表面预处理的铝合金为阳极,在电解液中进行微弧氧化,在铝合金表面形成微弧氧化膜;
(3)一次机械抛光除去微弧氧化膜表面的多孔表层;
(4)一次热处理;
(5)真空填充铝溶胶: 称取7‑8g拟薄水铝石在搅拌条件下分批加入到100‑120mL去离‑2 ‑4
子水中,加入1‑2M硝酸溶液,持续搅拌3‑4 h,在10 10 MPa真空泵条件下,将所述铝溶胶~
填充于微弧氧化膜的孔道内,然后50‑60℃干燥,干燥时间为36‑48h,重复填充2‑4次;
(6)二次热处理: 所述二次热处理为高温水蒸气热处理,115‑120℃过热水蒸气,时间为10‑15min;
(7)二次机械抛光;
(8)酸洗,水洗。
2.如权利要求1所述的一种铝合金表面处理方法,其特征在于所述铝合金表面预处理包括有喷砂‑水洗‑碱洗‑水洗‑酸洗‑水洗。
3.如权利要求2所述的一种铝合金表面处理方法,其特征在于所述喷砂:硬度为385HV的石英砂,所述石英砂的粒径2‑3mm,空气压力为0.3‑0.5Mpa;碱洗:NaOH 40‑50g/L,酒石酸钠2‑4g/L,温度40‑55℃,时间3‑5min;
酸洗:HNO3 250‑300g/L,温度25‑30℃,时间3‑5min。
4.如权利要求1所述的一种铝合金表面处理方法,其特征在于所述微弧氧化包括有1‑
2g/L氢氧化钠、8‑12g/L硅酸钠、3‑5ml/L丙三醇和2‑4g/L乙二胺四乙酸二钠,电流密度6‑2
10A/dm ,频率为450‑500Hz,占空比为30‑40%,正负脉冲比为1:1,时间为20‑40min,获得的微弧氧化膜的表面粗糙度为Ra=2‑3微米。
5.如权利要求1所述的一种铝合金表面处理方法,其特征在于所述机械抛光为人造金刚石砂轮,打磨厚度5‑8μm,金刚石的打磨速度为14‑16m/s,砂轮表面金刚石的粒径2‑5微米。
6.如权利要求1所述的一种铝合金表面处理方法,其特征在于所述一次热处理:2℃/min升至300‑320℃,惰性气氛下恒温1‑2h,自然冷却。
7.如权利要求1所述的一种铝合金表面处理方法,其特征在于所述二次机械抛光为含有α‑Al2O3的抛光液,所述α‑Al2O3的粒径为500‑800nm,抛光时间3‑5min,抛光厚度3‑5μm。
8.如权利要求1所述的一种铝合金表面处理方法,其特征在于所述酸洗为硝酸15‑
17vol.%,HF 1‑1.5vol.%,室温,5‑10min。
说明书 :
一种铝合金表面处理方法
技术领域
技术背景
列优良 性能的陶瓷膜。在航空、舰船、纺织、汽车等行业中获得广泛的应用。但是在微弧氧
化过程 中电弧的作用使表面形成的陶瓷膜发生熔化,在陶瓷膜表面形成气体的共同作用
下形成大量 微米级的微孔。这些微孔在陶瓷膜中大量存在,部分微孔与金属基体相连,使
液体容易通过 微孔达到金属基体,导致金属腐蚀,严重的会导致氧化膜龟裂、脱落,从而影
响微弧氧化膜 的性能。因此必须对微弧氧化膜进行封孔处理。
氧化膜, 沸水封孔难以实现对微弧氧化膜的有效封孔;树脂喷涂固化封孔设备投入较多,
成本较高; 阳极氧化膜封孔剂的种类较多,没有进行相应的微弧氧化膜封孔试验,严重影
响微弧氧化膜 封孔质量。
采用浸泡的方式进行封孔,封孔后封孔剂在微弧氧化膜表面的微孔中形成吸附结晶填充物
而达到封孔的目的。所述溶剂为去离子水,硅酸钠、镍盐、促进剂的配比为:硅酸钠5‑15g/L,
镍盐2‑8g/L,促进剂0.1‑2g/L。所述硅酸钠为五水硅酸钠或九水硅酸钠,所述镍盐为氟化
镍、醋酸镍或其混合物,所述促进剂为硼酸、硫脲、氟锆酸钾或其混合物。本发明封孔剂溶液
不需加热,在常温下即可操作,封孔效果好,简单易行,对陶瓷膜的硬度没有影响,同时可提
高陶瓷膜的耐腐蚀性,上述封孔的方法存在明显的技术缺陷,需要引入Ni金属,而本领域技
术人员知晓的,在某些特定领域,会明显限定Ni金属的使用量,如人体渗镍中毒等。
b)微弧氧化处理:将铝合金型材置于电解液中进行微弧氧化,电解液包含以下组分:
Na2SiO3、Na2B4O7、KOH、丙三醇、Na2MoO4、EDTA‑2Na;微弧氧化完成后取出;c)后处理:对铝
合金型材进行清洗、干燥后,采用聚偏氟乙烯树脂对微弧氧化膜层表面进行封孔处理。本发
明所得表面改性铝合金型材,在微弧氧化处理之后用聚偏氟乙烯树脂进行封孔处理,封孔
效果好且表面致密平整,具有优异的耐磨性、耐蚀性和电绝缘性能,极大地提高了铝合金型
材的综合性能,上述存在的缺陷为聚偏氟乙烯树脂于微弧氧化的孔为物理吸附,吸附力有
限,极容易发生基材与树脂的剥离,且本领域技术人员知晓的微弧氧化陶瓷膜的孔隙率极
低,通常不会高于10%,在如此低的孔隙率条件下,聚偏氟乙烯树脂对于微弧氧化陶瓷膜的
封孔率极差,与其所上述专利耐磨性、耐蚀性和电绝缘性能优良,还不如说聚偏氟乙烯树贴
合在氧化膜表面,是聚偏氟乙烯树本身的性质,与封孔没有直接关系。
用有机硅原液与质量浓度为95%以上的酒精真空浸渗;最后放入保温炉中保温,完成封闭
处理,所述微弧氧化陶瓷膜的封闭处理方法,能够大幅提高微弧氧化膜层的耐磨耐蚀性能,
有效降低氧化膜层的沾染性,提高氧化膜层的电绝缘性能,提高膜层韧性,简而言之,上述
专利通过真空吸附有机硅原液,然后将浸渗后的试样放入保温炉中在120℃‑150℃下保温
15‑30min,发生封闭,而本领域技术人员知晓的通过后续的热处理,在有机硅原液变为硅化
物的过程中,必然发生收缩,导致氧化化物封孔剂与微弧氧化膜的孔道之间存在分析,降低
微弧氧化膜的耐腐蚀性能。
发明内容
热水蒸气处理进行封孔,有效提高微弧氧化膜的耐腐蚀性、耐磨性,通过抛光降低表面粗糙
度。
醇、2‑4g/L乙二胺四乙酸二钠,电流密度6‑10A/dm ,频率为450‑500Hz,占空比为30‑40%,正
负脉冲比为1:1,时间为20‑40min,获得的微弧氧化膜的表面粗糙度为Ra=2‑3微米。
入到100‑120mL去离子水中,加入1‑2M硝酸溶液,持续搅拌3‑4 h,在10 10 MPa真空泵条
o ~
件下,将所述铝溶胶填充于微弧氧化膜的孔道内,然后50‑60C干燥,重复填充2‑4次。
有润滑油迹或不同程度地覆盖着磨料和一些脏物,而通过有效的预处理可以保证微弧氧化
膜具有良好的耐腐蚀性能,并保证微弧氧化膜与基体表面具有良好的结合力。
工件表面粗糙度。
3C17H35COONa+C3H5(OH)3 ;(2)除去氧化膜:Al2O3+2NaOH→2NaAlO2+H2O,在除去氧化膜的过程
中,难免会发生氢氧化钠与铝基的反应,为了避免铝材与氢氧化换反应,需要严控碱洗时
间,同时本领域技术人员知晓的NaAlO2会明显发生水解反应:NaAlO2+2H2O→Al(OH)3+
NaOH,因此为了避免水解,需要增加酒石酸钠等类似络合剂,所述络合剂可以明显的一致
NaAlO2的水解反应。
Cu等金属的形成的氧化铜,所述灰色物质必须除去,否则对于后续微弧氧化的影响较大,因
此酸洗为不可或缺处理步骤。
Al2O3和γAl2O3形成,对于典型的微弧氧化膜结构通常包括有,有基材‑过渡层‑低密度硬度
层‑多孔表层,其中最表面的多孔表层的孔隙率较高,通常可以达到10‑15%,γ‑Al2O3,由于
所述多孔成的孔隙率较高,因此其硬度较低,通常为400‑500Hv,因此所述多孔层对于微弧
氧化膜的高耐磨性或耐腐蚀性时没有技术贡献的,因此需要打磨除去,所述多孔层的厚度
大约为30μm左右,越接触表层的微弧氧化膜,其孔隙率越高,硬度越低,需要后续打磨处理。
维持在2‑5%,依据微弧氧化的电解参数而定,所述低密度硬度层对微弧氧化膜的硬度贡献
为1500‑2000Hv。
4g/L乙二胺四乙酸二钠,电流密度6‑10A/dm ,频率为450‑500Hz,占空比为30‑40%,正负脉
冲比为1:1,时间为20‑40min。
为钝化剂,所述钝化剂可促进阻挡型氧化膜的形成,更容易使基体金属被钝化,从而发生击
‑
穿现象开始微弧氧化,其中丙三醇OH为导电剂可提高溶液的电导率,同时丙三醇可提高微
弧氧化液的分散性,乙二胺四乙酸二钠稳定剂可提高溶液以及溶液pH值的稳定性,同时用
于络合电解液中的金属离子。
度的增加,氧化膜及其致密层的增厚速度均加快,但致密层所占的比例逐渐降低,在恒流模
式下,当电流密度较大时火花放电强度逐渐增加但是火花数量逐渐降低,因此形成的膜层
相对粗糙。
着频率的升高而减小。
微孔都较小;在高占空比下火花放电变得剧烈,的膜层也相对粗糙。
氧化膜的表层的多孔层的硬度低、孔隙率高,因此需要打磨除去,从而更进一步的提高为弧
氧化膜的硬度和耐磨性,现有技术中通过控制电解液和电解参数,可以有效的控制所述多
孔的厚度和孔隙率,因此不需要对微弧氧化膜做进一步的后续抛光处理,在不需要露出中
间低密度硬度层的条件下,所述微弧氧化膜的耐磨性和耐腐蚀性已经满足市场需求了,但
是本申请需要对所述微弧氧化膜进行封孔处理,进一步提高微弧氧化膜的耐磨性、耐腐蚀
性,降低表面粗糙度,因此需要进行抛光处理,所述抛光打磨处理除去多孔层的厚度为2‑5
微米。
几十微米的大颗粒与大量几微米的小颗粒组成,每个大颗粒中间残留一个几微米大小的放
电气孔,类似火山口形貌,在微弧氧化过程中,所述火山口孔道附近会发生液体气化,形成
高温区域,即会造成微弧氧化膜存在明显热应力,通过前述的抛光过程中,抛光温度也较
高,所述局部的热量会造成阳极氧化膜与基材的结合力降低,需要进行热处理除去应力。
件下分批加入到100‑120mL去离子水中,加入1‑2M硝酸溶液,持续搅拌3‑4 h,在10 10
~
4 o
MPa真空泵条件下,将所述铝溶胶填充于微弧氧化膜的孔道内,然后50‑60C干燥,重复填充
2‑4次。在真空抽吸辅助条件下,所述铝溶胶进入微弧氧化膜的孔道内,然后通过干燥加热
处理,脱水形成非晶态的氧化铝,所述非晶态的氧化铝主要作为后续填充封孔的主要来源,
和本发明的关键成分。
铝,会明显的发生收缩,类似于在CNCN201110288402中为微弧氧化孔道中填充有机硅一样,
一旦发生干燥,氧化硅与微弧氧化孔道必然发生分离,实际上是达不到封孔效果的,本发明
采用高温水蒸气去处理,使用非晶态氧化铝转化为勃姆体的水合氧化铝,形成 Al2O3H2O
(AlOOH),所述其反应为:Al2O3+nH2O→Al2O3+nH2O,类似于阳极氧化膜的封孔,这里就会存在
这样一个技术问题,为何不采用类似微弧氧化膜的封孔手段,直接对微弧氧化膜进行蒸汽
封孔,这里需要作出如下解释,阳极氧化膜的孔道均匀,且孔径时非常小的,通常不高于
100nm,通过简单的水热,氧化铝与水化合成勃姆体型的水合氧化铝,由于水合氧化铝的密
3 3
度(3014kg/m)比氧化铝(3420kg/m)的体积增大30%左右,完全可以堵塞了氧化膜的孔隙,
但是微弧氧化的氧化铝孔道的孔径为微米级,单纯通过氧化膜自身的氧化铝是无法做到水
热封孔的,因此,本发明需要在微弧氧化膜的孔道内填充非晶态氧化铝,然后在通过膨胀作
用,实现微弧氧化膜的封孔。
o
用过热蒸汽为115‑120C。
氧化铝不会发生封孔作用,而以形成于微弧氧化膜粘合力极差的氧化皮层,所述彼此必须
除去,二次机械抛光为含有α‑Al2O3的抛光液,所述α‑Al2O3的粒径为500‑800nm,抛光时间3‑
5min,抛光厚度3‑5μm,并改善金属表面的粗糙度,满足市场手感需求,此外,采用小粒径的
氧化铝,是在微弧氧化膜表面不引入杂质的前提下,希望所述抛光液中部分破碎的小颗粒
氧化铝可以进一步的塞进如上述1%以下孔隙率的孔道内或者缝隙中。
具体实施方式
2
乙酸二钠,电流密度6A/dm,频率为450Hz,占空比为30%,正负脉冲比为1:1,时间为20min。
中,加入1M硝酸溶液,持续搅拌3 h,在10 MPa真空泵条件下,将所述铝溶胶填充于微弧氧化
o
膜的孔道内,然后50C干燥,干燥时间为36h,重复填充3次。
2
四乙酸二钠,电流密度8A/dm ,频率为475Hz,占空比为35%,正负脉冲比为1:1,时间为
30min。
水中,加入1.5M硝酸溶液,持续搅拌3.5h,在10 MPa真空泵条件下,将所述铝溶胶填充于微
o
弧氧化膜的孔道内,然后55C干燥,干燥时间为42h,重复填充3次。
2
乙酸二钠,电流密度10A/dm,频率为500Hz,占空比为40%,正负脉冲比为1:1,时间为40min。
中,加入2M硝酸溶液,持续搅拌4 h,在10 MPa真空泵条件下,将所述铝溶胶填充于微弧氧化
o
膜的孔道内,然后60C干燥,干燥时间为48h,重复填充2次。