專利名稱：一種含鎂高硅變形鋁合金表面電解著色膜的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于表面處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種含鎂高硅變形鋁合金表面電解著色膜的制備方法。
背景技術(shù)：
含鎂高硅變形鋁合金，是一種含硅量高達(dá)10_15wt%的含鎂高硅變形鋁合金，是我國(guó)研發(fā)的具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新型鋁合金，是一種典型的資源節(jié)約型、環(huán)境友好型的高性能低成本新材料。它具有優(yōu)于6XXX系變形鋁合金的室溫強(qiáng)度和與之相當(dāng)?shù)乃苄?，在民用和工業(yè)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用空間。但在鋁基體中添加高含量硅元素，能夠改善其鑄造性能，增加材料硬度和強(qiáng)度，卻也降低了其耐蝕性。對(duì)于建筑鋁型材和其它工業(yè)鋁型材，表面處理是進(jìn)一步提高鋁型材表面硬度、耐腐蝕性能和美觀程度不可缺少的工藝過(guò)程。工業(yè)上常用的鋁及其合金的表面處理工藝為陽(yáng)極氧化、電解著色和電泳涂裝，其中以陽(yáng)極氧化最為普遍。鋁及其合金的陽(yáng)極氧化同時(shí)包含金屬鋁表面溶解和氧化鋁在表面生成兩個(gè)過(guò)程，最終結(jié)果是在材料表面生成一層微米級(jí)的三氧化二鋁薄膜，起到提高硬度和耐蝕性作用。與普通鋁合金相比，含鎂高硅變形鋁合金經(jīng)過(guò)陽(yáng)極氧化處理，表面金屬鋁溶解后，露出不被氧化的單質(zhì)硅，生成的氧化鋁薄膜不易覆蓋單質(zhì)硅，單質(zhì)硅硬度低，硅顆粒造成的間隙容易腐蝕，需要在預(yù)處理步驟時(shí)進(jìn)行去灰處理， 因此，對(duì)含鎂高硅變形鋁合金材料的表面處理有更高要求，目前尚未解決，同時(shí)目前常用的普通鋁合金的表面錫鹽電解著色的方法，在鋁合金表面形成的電解著色膜是以銀白色和青銅色色調(diào)為主，裝飾性不強(qiáng)。

發(fā)明內(nèi)容
為了彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)對(duì)含鎂高硅變形鋁合金表面處理的國(guó)際空白，針對(duì)含鎂高硅變形鋁合金耐蝕性差的不足之處，本發(fā)明提供一種電解著色膜的制備方法，用以提高含鎂高硅變形鋁合金的耐蝕性和裝飾性。本發(fā)明的電解著色膜的制備過(guò)程為預(yù)處理、直流陽(yáng)極氧化和交流電解著色。具體按以下步驟進(jìn)行 (1)預(yù)處理
預(yù)處理包括機(jī)械處理、除油、堿蝕、酸洗、去灰五道工序。以往鋁合金陽(yáng)極氧化的預(yù)處理為四道工序，沒(méi)有去灰工序。但含鎂高硅變形鋁合金由于高硅鋁合金材料本身含硅量較高， 堿蝕之后在合金表面形成一層灰黑色的疏松的灰狀物表面層，酸洗后仍殘留，該灰狀物要靠去灰工藝除去。選取含鎂高硅變形鋁合金工件，將其先后經(jīng)300#水砂紙打磨、600#水砂紙打磨、 800#水砂紙打磨和1000#水砂紙打磨，再用拋光機(jī)拋光，使工件形成光澤表面；然后將其放入丙酮中超聲10 min進(jìn)行除油處理；之后將其置于堿槽中于60-65°C堿蝕2-aiiin，堿槽中的混合堿液成分為5g/L Na0H、20g/L Na3PO4和20g/L Na2CO3 ；將堿蝕后工件在Imin內(nèi)移往清水槽中清洗，停留Imin后，再將其放入酸槽中于98-100°C恒溫酸洗2-3 min，酸槽中混合酸液的成分為600 g/L質(zhì)量濃度為85%的H3PO4,400 g/L質(zhì)量濃度為98%的&S04，5g/ L Na2CO3 ；將酸洗后的工件在清水槽中浸泡lmin，然后在空氣中晾干；對(duì)晾干后的工件進(jìn)行去灰處理，將工件在常溫下于去灰槽液中浸泡2-3s，去灰槽液的配方為90 g/L質(zhì)量濃度為 98% 的 H2SO4,15 30 g/L NaF 和 50 g/L 質(zhì)量濃度為 68% 的 HNO30 去灰反應(yīng)比較復(fù)雜，主要反應(yīng)有
Si + 4HN03 = SiO2- + 4N02 + 2H20(1)
SiO2 + 6HF = H2SiF6 + 2H20(2)
Al + 4HN03 = Al (NO3) 3 + NO + 2H20(3)
3M + 8HN03 = 3M (NO3)2 + 2N0 + 4H20(4)
Al2O3 + 6HNO3 = 2A1 (NO3) 3 + 3H20(5)
反應(yīng)(4)中M代表鋁件中的錳、銅等金屬元素。硝酸的作用是氧化單質(zhì)硅、溶解氧化鋁膜而生成硝酸鋁，對(duì)提高化學(xué)拋光質(zhì)量起主要作用。氫氟酸的作用溶解二氧化硅，對(duì)于有盲孔的工件，酸洗后要充分清洗，使盲孔中不殘存酸液。(2)陽(yáng)極氧化
以經(jīng)過(guò)預(yù)處理的鋁合金工件為陽(yáng)極，以石墨或鉛板為陰極，以150-180 g/L的溶液作為電解槽液，在常溫下進(jìn)行直流陽(yáng)極氧化10-30min，電流密度為1. 2-1. 8A/dm2。(3)交流電解著色
將經(jīng)過(guò)陽(yáng)極氧化的鋁合金工件置于電解著色槽的槽液中，保持溫度20-25°C，控制交流電壓12-25V，進(jìn)行交流電解著色10-15min。電解著色液的配方為8-12g/L SnS04，10-15g/L 質(zhì)量濃度為 98%m&S04，6-10g/ L H3BO3,10-14g/L穩(wěn)定劑I，0. 8-1. 2g/L穩(wěn)定劑II。通過(guò)改變工藝參數(shù)，著色時(shí)間、溫度、交流電壓，可以得到香檳色，茶色，深茶色，青銅色或黑色五種不同顏色并且均勻性較好的著色膜。所述的穩(wěn)定劑I為檸檬酸，穩(wěn)定劑II為對(duì)苯二酚。本發(fā)明的主要著色物質(zhì)為錫，使用原料為硫酸亞錫。在酸性不強(qiáng)的介質(zhì)中，亞錫離子(Sn2+)極易水解，生成不溶于酸、堿的沉淀(反應(yīng)6、7)。在酸性溶液中，Sn2+易被水中的溶解氧氧化成沒(méi)有著色能力的Sn4+離子(反應(yīng)8)。 SnSO4 + H2O = Sn(OH)2 J, + H2 SO4(6)
2SnS04 + O2 + 6H20 = Sn(OH)4 I + 2H2S04(7)
Sn2+ + O2 + H2+ = Sn4+ + H2O(8) 本發(fā)明的有益效果是
本發(fā)明通過(guò)控制電解著色工藝參數(shù)，在含鎂高硅變形鋁合金表面制備一層顏色由淺到深的著色膜，其顏色分別為香檳色、茶色、深茶色、青銅色和黑色，提高了含鎂高硅變形鋁合金表面的裝飾性，以滿足不同的需求；
本發(fā)明制備的電解著色膜膜層均致密，色澤均勻。著色膜厚度10_15μπι。熱穩(wěn)定試驗(yàn)和熱震試驗(yàn)證實(shí)，著色膜在400°C以下穩(wěn)定。根據(jù)GB-T6461-2002《金屬基體上無(wú)機(jī)覆層腐蝕試驗(yàn)后的評(píng)級(jí)》，經(jīng)過(guò)中性鹽霧處理，電解著色膜的評(píng)級(jí)為9級(jí)。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明實(shí)施例中所用的化學(xué)試劑為市場(chǎng)中購(gòu)買的分析純?cè)噭?shí)施例1 (1)預(yù)處理
選取含硅量10wt%的含鎂高硅變形鋁合金工件，將其先后經(jīng)300#水砂紙打磨、600#水砂紙打磨、800#水砂紙打磨、1000#水砂紙打磨，再用拋光機(jī)拋光，使工件形成光澤表面；然后將其放入丙酮中超聲10 min進(jìn)行除油處理；之后將其置于堿槽中于6(T65°C堿蝕2lmin， 堿槽中的混合堿液成分為5g/L Na0H、20g/L Na3P0dP20g/L Na2CO3 ；將堿蝕后工件在lmin 內(nèi)移入清水槽中清洗，停留Imin后，再將其放入酸槽中于98 100°C恒溫酸洗纊3 min，酸槽中混合酸液的成分為600 g/L質(zhì)量濃度為85%的H3PO4,400 g/L質(zhì)量濃度為98%的H2SO4, 5g/L Na2CO3 ；將酸洗后的工件在清水槽中浸泡lmin，然后在空氣中晾干；對(duì)晾干后的工件進(jìn)行去灰處理，將工件在常溫下于去灰槽液中浸泡&，去灰槽液的配方為90 g/L質(zhì)量濃度為98%的H2SO4,15 g/L NaF和50 g/L質(zhì)量濃度為68%的HNO30(2)陽(yáng)極氧化
以經(jīng)過(guò)預(yù)處理的鋁合金工件為陽(yáng)極，以鉛板為陰極，以160 g/L的H2SO4溶液作為電解槽液，在常溫下進(jìn)行直流陽(yáng)極氧化lOmin，電流密度為1. 5A/dm2。(3)交流電解著色
將經(jīng)過(guò)陽(yáng)極氧化的鋁合金工件置于電解著色槽的槽液中，保持溫度2(T25°C，控制交流電壓12V，進(jìn)行交流電解著色5min。電解著色液的配方為8 g/L SnS04，10g/L質(zhì)量濃度為98%&&S04，6g/L H3BO3, 10g/L穩(wěn)定劑I，0. 8g/L穩(wěn)定劑II，得到厚度為10 μ m的香檳色電解著色膜。實(shí)施例2 (1)預(yù)處理
選取含硅量12wt%的含鎂高硅變形鋁合金工件，將其先后經(jīng)300#水砂紙打磨、600#水砂紙打磨、800#水砂紙打磨、IOOOs水砂紙打磨，再用拋光機(jī)拋光，使工件形成光澤表面；然后將其放入丙酮中超聲10 min進(jìn)行除油處理；之后將其置于堿槽中于6(T65°C堿蝕2lmin， 堿槽中的混合堿液成分為5g/L Na0H、20g/L Na3P0dP20g/L Na2CO3 ；將堿蝕后工件在lmin 內(nèi)移入清水槽中清洗，停留Imin后，再將其放入酸槽中于98 100°C恒溫酸洗纊3 min，酸槽中混合酸液的成分為600 g/L質(zhì)量濃度為85%的H3PO4,400 g/L質(zhì)量濃度為98%的H2SO4, 5g/L Na2CO3 ；將酸洗后的工件在清水槽中浸泡lmin，然后在空氣中晾干；對(duì)晾干后的工件進(jìn)行去灰處理，將工件在常溫下于去灰槽液中浸泡3s，去灰槽液的配方為90 g/L質(zhì)量濃度為98%的H2SO4,15 30 g/L NaF和50 g/L質(zhì)量濃度為68%的HNO30(2)陽(yáng)極氧化
以經(jīng)過(guò)預(yù)處理的鋁合金工件為陽(yáng)極，以石墨為陰極，以160 g/L的H2SO4溶液作為電解槽液，在常溫下進(jìn)行直流陽(yáng)極氧化15min，電流密度為1. 5A/dm2。(3)交流電解著色
將經(jīng)過(guò)陽(yáng)極氧化的鋁合金工件置于電解著色槽的槽液中，保持溫度2(T25°C，控制交流電壓15V，進(jìn)行交流電解著色lOmin。電解著色液的配方為9 g/L SnSO4,11 g/L質(zhì)量濃度為98%的H2SO4, 7g/L H3BO3,llg/L穩(wěn)定劑I，0. 9g/L穩(wěn)定劑II，得到厚度為12ym的茶色電解著色膜。實(shí)施例3 (1)預(yù)處理
選取含硅量15wt%的含鎂高硅變形鋁合金工件，將其先后經(jīng)300#水砂紙打磨、600#水砂紙打磨、800#水砂紙打磨、1000#水砂紙打磨，再用拋光機(jī)拋光，使工件形成光澤表面；然后將其放入丙酮中超聲10 min進(jìn)行除油處理；之后將其置于堿槽中于6(T65°C堿蝕2lmin， 堿槽中的混合堿液成分為5g/L Na0H、20g/L Na3P0dP20g/L Na2CO3 ；將堿蝕后工件在lmin 內(nèi)移入清水槽中清洗，停留Imin后，再將其放入酸槽中于98 100°C恒溫酸洗纊3 min，酸槽中混合酸液的成分為600 g/L質(zhì)量濃度為85%的H3PO4,400 g/L質(zhì)量濃度為98%的H2SO4, 和5g/L Na2CO3 ；將酸洗后的工件在清水槽中浸泡lmin，然后在空氣中晾干；對(duì)晾干后的工件進(jìn)行去灰處理，將工件在常溫下于去灰槽液中浸泡2-3s，去灰槽液的配方為90 g/L質(zhì)量濃度為98%的H2SO4, 20 g/L NaF和50 g/L質(zhì)量濃度為68%的HNO30(2)陽(yáng)極氧化
以經(jīng)過(guò)預(yù)處理的工件為陽(yáng)極，以石墨為陰極，以160 g/L WH2SO4溶液作為電解槽液，在常溫下進(jìn)行直流陽(yáng)極氧化20min，電流密度為1. 5A/dm2。(3)交流電解著色
將經(jīng)過(guò)陽(yáng)極氧化的鋁合金工件置于電解著色槽的槽液中，保持溫度2(T25°C，控制交流電壓18V，進(jìn)行交流電解著色12min。電解著色液的配方為10 g/L SnSO4,12g/L質(zhì)量濃度為98%的&S04，8g/L H3BO3, 12g/L穩(wěn)定劑I，1.0g/L穩(wěn)定劑II，得到厚度為13 μ m的深茶色電解著色膜。實(shí)施例4 (1)預(yù)處理
選取含硅量13wt%的含鎂高硅變形鋁合金工件，將其先后經(jīng)300#水砂紙打磨、600#水砂紙打磨、800#水砂紙打磨、1000#水砂紙打磨，再用拋光機(jī)拋光，使工件形成光澤表面；然后將其放入丙酮中超聲10 min進(jìn)行除油處理；之后將其置于堿槽中于6(T65°C堿蝕2lmin， 堿槽中的混合堿液成分為5g/L Na0H、20g/L Na3P0dP20g/L Na2CO3 ；將堿蝕后工件在lmin 內(nèi)移入清水槽中清洗，停留Imin后，再將其放入酸槽中于98 100°C恒溫酸洗纊3 min，酸槽中混合酸液的成分為600 g/L質(zhì)量濃度為85%的H3PO4,400 g/L質(zhì)量濃度為98%的H2SO4, 5g/L Na2CO3 ；將酸洗后的工件在清水槽中浸泡lmin，然后在空氣中晾干；對(duì)晾干后的工件進(jìn)行去灰處理，將工件在常溫下于去灰槽液中浸泡2s，去灰槽液的配方為90 g/L質(zhì)量濃度為98%的H2SO4, 25 g/L NaF和50 g/L質(zhì)量濃度為68%的HNO30(2)陽(yáng)極氧化
以經(jīng)過(guò)預(yù)處理的鋁合金工件為陽(yáng)極，以鉛板為陰極，以160 g/L的H2SO4溶液作為電解槽液，在常溫下進(jìn)行直流陽(yáng)極氧化25min，電流密度為1. 5A/dm2。(3)交流電解著色
將經(jīng)過(guò)陽(yáng)極氧化的鋁合金工件置于電解著色槽的槽液中，保持溫度2(T25°C，控制交流電壓2IV，進(jìn)行交流電解著色I(xiàn)Omin。電解著色液的配方為11 g/L SnSO4,13g/L質(zhì)量濃度為98%的&S04，9g/L H3BO3, 13g/L穩(wěn)定劑1,1. lg/L穩(wěn)定劑II，得到厚度為14 μ m的青銅色電解著色膜。
實(shí)施例5
(1)預(yù)處理
選取硅含量12wt%的含鎂高硅變形鋁合金工件，將其先后經(jīng)300#水砂紙打磨、600#水砂紙打磨、800#水砂紙打磨、1000#水砂紙打磨，再用拋光機(jī)拋光，使工件形成光澤表面；然后將其放入丙酮中超聲10 min進(jìn)行除油處理；之后將其置于堿槽中于6(T65°C堿蝕2lmin， 堿槽中的混合堿液成分為5g/L Na0H、20g/L Na3P0dP20g/L Na2CO3 ；將堿蝕后工件在lmin 內(nèi)移入清水槽中清洗，停留Imin后，再將其放入酸槽中于98 100°C恒溫酸洗纊3 min，酸槽中混合酸液的成分為600 g/L質(zhì)量濃度為85%的H3PO4,400 g/L質(zhì)量濃度為98%的H2SO4, 5g/L Na2CO3 ；將酸洗后的工件在清水槽中浸泡lmin，然后在空氣中晾干；對(duì)晾干后的工件進(jìn)行去灰處理，將工件在常溫下于去灰槽液中浸泡2s，去灰槽液的配方為90 g/L質(zhì)量濃度為98%的H2SO4, 30 g/L NaF和50 g/L質(zhì)量濃度為68%的HNO30(2)陽(yáng)極氧化
以經(jīng)過(guò)預(yù)處理的鋁合金工件為陽(yáng)極，以石墨或鉛板為陰極，以160 g/L的溶液作為電解槽液，在常溫下進(jìn)行直流陽(yáng)極氧化15min，電流密度為1. 5A/dm2。(3)交流電解著色
將經(jīng)過(guò)陽(yáng)極氧化的鋁合金工件置于電解著色槽的槽液中，保持溫度22°C，控制交流電壓25V，進(jìn)行交流電解著色15min。電解著色液的配方為12 g/L SnSO4, 15g/L質(zhì)量濃度為98%的&S04，10g/L H3BO3, 14g/L穩(wěn)定劑I，1.2g/L穩(wěn)定劑II，得到厚度為15 μ m的黑色電解著色膜。
權(quán)利要求
1.一種含鎂高硅變形鋁合金表面電解著色膜的制備方法，其特征在于首先選取含鎂高硅變形鋁合金工件，將其先后經(jīng)300#水砂紙打磨、600#水砂紙打磨、800#水砂紙打磨、1000#水砂紙打磨，再用拋光機(jī)拋光，使工件形成光澤表面；然后將其放入丙酮中超聲 10 min進(jìn)行除油處理；之后將其置于堿槽里的堿液中于60-65°C條件下堿蝕2_;3min ；將堿蝕后工件在Imin內(nèi)移入清水槽中清洗，停留Imin后，再將其放入酸槽里的混合酸液中 98-100°C恒溫酸洗2-3 min ；將酸洗后的工件在清水槽中浸泡lmin，然后在空氣中晾干；對(duì)晾干后的工件進(jìn)行去灰處理，將工件在常溫下于去灰槽液中浸泡2-3s ；然后將經(jīng)過(guò)預(yù)處理的高硅鋁合金工件作為陽(yáng)極，以石墨或鉛板為陰極，以150-180 g/L的H2SO4溶液作為電解槽液，在常溫下進(jìn)行直流陽(yáng)極氧化10-30min，電流密度為1. 2-1. 8A/dm2 ；其特征在于將經(jīng)過(guò)陽(yáng)極氧化的高硅鋁合金工件置于電解著色槽的槽液中，保持溫度20-25°C，控制交流電壓 12-25V，進(jìn)行交流電解著色10-15min ；電解著色液的配方為8-12 g/L SnSO4,10_15g/L質(zhì)量濃度為98%的H2SO4,6-10g/L H3BO3,10_14g/L穩(wěn)定劑I，0. 8-1. 2g/L穩(wěn)定劑II，在鋁合金工件表面形成香檳色、茶色、深茶色、青銅色或黑色的電解著色膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種含鎂高硅變形鋁合金表面電解著色膜的制備方法，其特征在于所述的堿槽中的混合堿液成分為5g/L Na0H、20g/L Na3PO4*20g/L Na2CO3 ；所述的酸槽中混合酸液的成分為600 g/L質(zhì)量濃度為85%的H3PO4,400 g/L質(zhì)量濃度為98%的 H2SO4, 5g/LNa2C03 ；所述的去灰槽液的配方為90 g/L質(zhì)量濃度為98%的&S04，15 30 g/L NaF和50 g/L質(zhì)量濃度為68%的HNO3;所述的穩(wěn)定劑I為檸檬酸，穩(wěn)定劑II為對(duì)苯二酚。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種含鎂高硅變形鋁合金表面彩色電泳涂膜的制備方法，其特征在于所述的種含鎂高硅變形鋁合金含硅量達(dá)10-15wt%。
全文摘要
本發(fā)明屬于表面處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種含鎂高硅變形鋁合金表面電解著色膜的制備方法，本發(fā)明的技術(shù)方案包括預(yù)處理，直流陽(yáng)極氧化和交流電解著色，其要點(diǎn)是控制交流電壓12-25V，進(jìn)行交流電解著色10-15min，調(diào)節(jié)電解液成分配比，在含鎂高硅變形鋁合金表面制備顏色分別為香檳色、茶色、深茶色、青銅色和黑色的電解著色膜，提高了含鎂高硅變形鋁合金表面的裝飾性的同時(shí)，提高了含鎂高硅變形鋁合金表面的耐磨性、耐蝕性、熱穩(wěn)定性，本發(fā)明的電解著色膜各項(xiàng)性能均達(dá)到或優(yōu)于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。
文檔編號(hào)C25D11/16GK102260896SQ201110213380
公開(kāi)日2011年11月30日 申請(qǐng)日期2011年7月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月28日
發(fā)明者于福曉, 尚妍, 李光祿, 牛盾, 王林山 申請(qǐng)人:東北大學(xué)