专利名称：一种提高铝合金棱角部位耐蚀性能的阳极氧化方法
技术领域：
本发明属于铝合金表面处理技术领域。涉及一种新的铝合金阳极氧化工艺。针对形状复杂、棱角部位不能进行打磨和倒角处理的的铝合金零件，该工艺可显著提高其棱角部位的耐蚀性能。
背景技术：
现代工业中，对铝及其合金进行阳极氧化可以得到多孔的，具有保护作用的三氧化二铝膜。通过改变阳极氧化工艺条件，可以增加膜的硬度，提高膜的耐蚀性、耐磨性，并增强铝及其合金材料的绝缘性。铝及其合金的阳极氧化膜硬度高、绝缘性好、耐磨、耐蚀性优良、结合力强、抗热性优于铝合金基体，且具有很强的吸附性和良好的光学特性。所以铝合金经阳极氧化后，在建筑业、航空航天业、交通运输业、膜分离领域及许多高尖端领域得到广泛地应用。其阳极氧化工艺也越来越趋于成熟和完善。
早期铝阳极氧化处理是以电解液种类为中心进行转移和发展的。最初采用了以溴酸、铬酸等酸类为电解液的阳极氧化，尤其是硫酸阳极氧化工艺的问世，使得阳极氧化工艺得到长足的发展。后来，人们发现氧化电源也会对阳极氧化膜的性能产生较大影响。直流电与交流电是现代工业中采用较广泛的阳极氧化电源。人们对阳极氧化膜的形态进行研究，发现阳极氧化膜呈一种疏松多孔的非晶态结构，封孔处理对提高膜的耐蚀性能起着至关重要的作用。因此，各种封闭工艺也相继问世，如水合封孔、金属盐封孔、有机涂层封孔(电泳或浸渍涂漆)和常温封孔(低温封孔)等处理方法。
近10年来，铝阳极氧化技术取得了许多新的成就。譬如在公开号为CN 1100761A的专利中，提出了宽温高速阳极氧化法，又如在常温下氧化的新思路，解决了为降温而能耗巨大的问题。还有采用脉冲阳极氧化新工艺，或者采取两步阳极氧化法，使氧化膜的质量得到了大幅提高。最近，通过加入添加剂使交流氧化膜质量达到了直流电氧化的水平。此外，为克服普通阳极氧化技术的一些缺陷，吉村长藏[参见金属表面技术(日)，1989，40(1)150]、曾凌三等[参见材料保护，1997，30(3)13]在电解液中添加了Al2O3、SiC、TiO2等粉体，高桥英明等[参见金属表面技术(日)，1987，38(1)67]采用了二次氧化的复合阳极氧化。新的电解工艺和电源的发明促进了阳极氧化技术的不断发展。
但是，以前的阳极氧化工艺，都是针对铝合金零件的表面部位进行的，工艺已经比较成熟。在酸性环境中，采用以往的阳极氧化工艺，对铝合金进行阳极氧化，虽然表面的氧化膜耐蚀性很好，然而棱角部位却极易发生腐蚀，致使铝合金零件的使用寿命缩短。尤其是复杂的铝合金零件，由于棱角部位在实际操作过程中不能进行打磨和倒角处理，采用传统的阳极氧化工艺时导致耐蚀性降低。主要表现为，满足铝合金表面部位耐蚀性的阳极处理条件，并不一定适用于其棱角部位。铝合金表面部位有效的封闭剂，对其棱角部位不能发挥作用。因此，研究棱角部位氧化膜形貌及其耐蚀性能，改进铝合金阳极氧化工艺，可避免造成大量的资源浪费和经济损失。
本发明在研究过程中发现，铝合金的阳极氧化膜在棱角部位产生裂纹，呈不连续状态。裂纹宽度在1～10μm之间，是表面部位氧化膜孔径的10～100倍。由于膜层出现裂纹，铝合金棱角部位的氧化膜变薄、不连续，导致棱角部位耐蚀性下降。在酸性介质中，其棱角部位的腐蚀加剧。
由于裂纹的出现，以往针对铝合金表面的氧化工艺和封闭工艺已经不能作为有效的解决途径。
发明内容
本发明的目的是提供一种通过新的阳极氧化工艺，着重解决铝合金棱角部位耐蚀性差的问题，提高铝合金零件的整体耐蚀性能，从而延长使用寿命的提高铝合金棱角部位耐蚀性能的阳极氧化方法。
本发明的技术解决方案是，铝合金零件经碱洗除油，中和出光后，用本发明的氧化工艺进行阳极氧化处理，得到Al2O3氧化膜。继之，通过本发明的封闭工艺进行封闭处理。
本发明的方案是工艺流程碱洗除油→热水洗→去离子水洗→中和出光→去离子水洗→阳极处理→去离子水洗→干燥→浸涂→烘干。
预处理工艺参数碱洗除油NaOH 50～80g/L，70～75℃，7～8min，
热水洗80℃以上，30～40s、一次，去离子水洗室温，30～40s、一次，中和出光HNO330％，室温，30～35s；氧化处理工艺参数电解液组成(g/L)H2SO4(98％) 180～220，溶液温度(℃) 15～22，电流密度(A/dm2) 2～3，氧化时间(min) 30～40；封闭处理封闭液环氧丙烯酸酯树脂20～25％，去离子水60～65％，丁醇7～14％，戊醇2～4％，二甲苯 1～2％。
封闭方法每浸涂一次后需烘干封闭，浸涂次数3～5次，封闭温度200～220℃，封闭时间1～4min。
本发明所达到的有益效果是，当需要保护的铝合金零件形状复杂，其棱角部位不能进行打磨处理时，可以采用本阳极氧化工艺。阳极处理工艺的工序合理、操作简单、成本低廉，可以形成有效的阳极氧化膜。尤其是在铝合金棱角部位产生的裂纹宽度适宜，膜厚适中。同时，本发明中的封闭工艺采用水溶性环保型封闭液，与其它有机物封闭相比，对铝合金零件厚度影响不大，不会大幅增加铝合金零件的厚度，且用量少，封闭效果好。封闭液经烘干后，既封闭了铝合金表面部位的膜孔，又填充了棱角部位的裂纹，从而提高了氧化膜的整体保护性能，延长了铝合金零件的使用寿命。
图1是本发明的工艺流程图。
图2是铝合金试样示意图。
图3是铝合金阳极氧化后棱角部位的显微形貌。
其中a棱部位为形貌观察点；1为棱部位的裂纹，裂纹宽度为4.375μ。
具体实施例方式
(1)实施实例与比较实例取厚1mm的铝合金板，切割成50mm×30mm的矩形片，中部截取24.6mm×13.6mm的矩形孔，切割方式采用线切割。试样形状示意图如图2示出。图2中标出的a点为观察分析点。采用直流电源，用铝丝做挂具，挂具与铝板接触紧密牢固，阴极采用铅板，平行放置在试样的两侧，阴、阳极面积比为1.8。
实施实例与比较实例的预处理条件相同，预处理工艺参数如下碱洗除油(NaOH 50g/L、70℃、8min)→热水洗(80℃以上、30s、一次)→去离子水洗(室温、30s、一次)→中和出光(HNO330％、室温、30s)→去离子水洗(室温、30、一次)实施实例阳极处理电解液组成(g/L)H2SO4(98％)180溶液温度(℃) 20±1电流密度(A/dm2) 2.5氧化时间(min)35封闭处理封闭液环氧丙烯酸酯树脂(25％)，去离子水(65％)，其余为丁醇(7％)、戊醇(2％)和二甲苯(1％)。
封闭方法每浸涂一次后需烘干封闭浸涂次数5次封闭温度200～220℃封闭时间1～4min操作者可以根据所需封闭的铝合金零件的实际使用环境，适量增加或减少封闭液溶剂的含量，相应减少或增加封闭次数。
比较实例1～7
比较实例1比较实例1属于传统的硫酸阳极氧化工艺。
阳极处理电解液组成H2SO4(98％) 10～12％溶液温度(℃) 20±1电流密度(A/dm2) 1～3氧化时间(min) 30～50封闭处理封闭方法 沸水封闭封闭液 去离子水pH值 6～9封闭温度(℃) 95～100封闭时间(min) 20～40比较实例2比较实例2属于混合酸阳极氧化工艺。
阳极处理电解液组成H2SO4(98％) 6％草酸 2％溶液温度(℃) 19±1电流密度(A/dm2) 2氧化时间(min)35封闭处理封闭方法 沸水封闭封闭液 去离子水pH值 6.8封闭温度(℃) 95～100封闭时间(min)30比较实例3阳极处理
电解液组成H2SO4(98％) 10％溶液温度(℃) 18±1电流密度(A/dm2) 2氧化时间(min) 35封闭处理封闭方法 高温金属盐封闭封闭液NiSO41.1g/LNH4F2g/L钼酸铵 1g/L硫酸锌 1g/LpH值 6封闭温度(℃) 80℃以上封闭时间(min) 25比较实例4阳极处理电解液组成H2SO4(98％) 10％溶液温度(℃) 18±1电流密度(A/dm2) 2氧化时间(min) 35封闭处理封闭方法 混合封闭法(先沸水封闭，再用有机物封闭)沸水封闭液 去离子水pH值 6.8沸水封闭温度(℃) 95～100沸水封闭时间(min) 25有机物封闭剂 非水溶性、非烘干型封闭剂丙烯酸树脂，稀释剂按4∶1的重量比进行涂装，封闭后自然晾干24h。
比较实例5
阳极处理工艺参数电解液组成H2SO4(98％) 10％溶液温度(℃) 18±1电流密度(A/dm2) 2氧化时间(min) 35封闭处理工艺参数封闭方法 混合封闭法(先沸水封闭，再用有机物封闭)沸水封闭液去离子水pH值 6.8沸水封闭温度(℃) 95～100沸水封闭时间(min) 25有机物封闭剂 非水溶性、非烘干型封闭剂环氧云母氯化铁，固化剂，稀释剂按4∶1∶0.8的重量比涂装，封闭后自然晾干24h。
比较实例6阳极处理工艺参数电解液组成H2SO4(98％) 10％溶液温度(℃) 18±1电流密度(A/dm2) 2氧化时间(min) 35封闭处理工艺参数封闭方法 混合封闭法(先沸水封闭，再用有机物封闭)沸水封闭液 去离子水pH 6.8沸水封闭温度(℃) 95～100沸水封闭时间(min) 25有机物封闭剂 非水溶性、非烘干型封闭剂聚氨酯，固化剂，稀释剂按4∶1∶0.8的重量比涂装，封闭后自然晾干24h。
比较实例7阳极处理工艺参数
电解液组成H2SO4(98％) 10％溶液温度(℃) 18±1电流密度(A/dm2) 2氧化时间(min) 35封闭处理工艺参数封闭方法 混合封闭法(先沸水封闭，再用有机物封闭)沸水封闭液 去离子水pH值 6.8沸水封闭温度(℃) 95～100沸水封闭时间(min) 25有机物封闭剂 非水溶性、非烘干型封闭剂环氧树脂，固化剂，二丁酯，滑石粉，丙酮按4∶1∶1∶1∶1的重量比涂装，封闭后自然晾干24h。
(2)性能检测铝合金试样经阳极氧化后烘干，放置24h之后，在HCl(50mL)+K2Cr2O7(6g)+H2O(75mL)溶液中，通过化学浸泡试验检测了耐蚀性能。由于棱角部位比表面部位易发生腐蚀，逸出氢气泡，因此根据棱角部位出现气泡的时间长短，确定阳极氧化膜层的耐蚀性能等级(见表1)。
采用上述评价方法对本发明的实施实例和比较实例的铝合金试样进行比较，结果汇总于表2。
表1 化学浸泡实验膜层耐蚀性能等级
表2 化学浸泡实验比较结果
通过化学浸泡实验比较结果(表2)，可以得出实施实例，即本发明工艺对铝合金试样的保护性最佳，而且操作简单，成本低廉，清洁环保，明显提高了铝合金棱角部位的耐蚀性能。
权利要求
1.一种提高铝合金棱角部位耐蚀性能的阳极氧化方法，其特征在于包括以下步骤在铝合金的表面上形成阳极氧化膜，并用封闭剂对阳极氧化膜进行封闭处理，填充棱角部位的裂纹和表面的氧化膜孔；封闭后进行烘干处理，使裂纹和膜孔彻底封闭
2.根据权利要求1所述的一种提高铝合金棱角部位耐蚀性能的阳极氧化方法，其特征在于，阳极氧化膜的形成工艺由碱洗除油、热水洗、去离子水洗、中和出光去离子水洗、氧化、去离子水洗组成，碱洗除油工艺参数为NaOH 50～80g/L、70～75℃、7～8min；热水洗工艺参数为80-120℃、30～40s、1-3次；离子水洗工艺参数为去离子水洗、15-40℃、30～40s、1-3次；中和出光工艺参数为HNO3 30％、15-40℃、30～35s；氧化工艺参数为电解液组成(g/L)H2SO4(98％)180～220，溶液温度(℃)15～22，电流密度(A/dm2) 2～3，氧化时间(min) 30～40。
3.根据权利要求1所述的一种提高铝合金棱角部位耐蚀性能的阳极氧化方法，其特征在于，按重量百分比，有机物封闭剂的组成为环氧丙烯酸酯树脂20～25％，去离子水60～65％，丁醇7～14％，戊醇2～4％，二甲苯 1～2％；封闭工艺参数为封闭方法每浸涂一次后需烘干封闭，浸涂次数3～5次，封闭温度200～220℃，封闭时间1～4min。
全文摘要
一种提高铝合金棱角部位耐蚀性能的阳极氧化方法属于铝合金表面处理技术领域。其流程包括碱洗除油、中和出光、阳极处理、浸涂、烘干。阳极处理工艺的工序合理、操作简单、成本低廉，可以形成有效的阳极氧化膜。同时，本发明中的封闭工艺采用水溶性环保型封闭液，与其它有机物封闭相比，不会大幅增加铝合金零件的厚度，且用量少，封闭效果好。封闭液经烘干后，既封闭了铝合金表面部位的膜孔，又填充了棱角部位的裂纹，从而提高了氧化膜的整体保护性能，延长了铝合金零件的使用寿命。本阳极氧化工艺主要适用于当需要保护的铝合金零件形状复杂，其棱角部位不能进行打磨处理时。
文档编号C25D11/04GK1687487SQ200510200240
公开日2005年10月26日 申请日期2005年4月21日 优先权日2005年4月21日
发明者梁成浩, 赵宏娜, 王 华 申请人:大连理工大学