耐腐蚀铝合金型材及其制备方法与流程

文档序号:15090025发布日期:2018-08-04 13:12阅读:236来源:国知局
本发明涉及金属材料
技术领域
,具体涉及一种耐腐蚀铝合金型材及其制备方法。
背景技术
:铝是银白色金属,密度为2.70,熔点为657℃。铝及其合金材料由于其高的强度/重量比、易成型加工以及优异的物理、化学性能,在电子、电力、航空、化工、建材、交通等许多工业部门及日常生活中,得到广泛的应用。铝合金材料硬度低、耐磨性差,常发生磨损腐蚀,外表光泽不能保持长久。总结起来,铝合金常见的腐蚀形式主要有:点蚀、晶间腐蚀、应力腐蚀、接触腐蚀和剥蚀。为了提高其抗腐蚀能力,增强其表面装饰效果,延长其使用寿命,铝合金在使用前往往需经过相应的表面处理。铝合金的表面处理方法基本上可以分为氧化、电镀和涂层等。而氧化中的阳极氧化和化学氧化是目前最为常用的表面处理方法。然而,铝合金在硫酸、磷酸、草酸等单一电解液中制备的阳极氧化膜的显微硬度普遍偏低,耐磨性和耐腐蚀性能较差,综合力学性能不高,无法满足工业生产的要求。因此需要探索一种耐腐蚀铝合金的制备方法,提高铝合金的显微硬度、耐磨性和耐腐蚀性能。技术实现要素:针对现有技术中存在的上述不足,本发明所要解决的技术问题是提供一种耐腐蚀铝合金型材及其制备方法,耐腐蚀铝合金型材显微硬度高,耐磨性和耐腐蚀性能好。本发明目的是通过如下技术方案实现的:一种耐腐蚀铝合金型材的制备方法,包括以下步骤:(1)除油;(2)碱蚀;(3)中和;(4)阳极氧化;(5)封孔。优选地,所述耐腐蚀铝合金型材的制备方法,包括以下步骤:(1)除油:将铝合金基体在15-20℃、浓度为100-140g/l的硫酸溶液中浸渍3-5分钟,取出,用水洗净;(2)碱蚀:将步骤(1)处理的铝合金基体在温度为35-45℃、浓度为30-50g/l的氢氧化钠溶液中浸渍3-5分钟,取出,用水洗净;(3)中和:将步骤(2)处理的铝合金基体在15-20℃、浓度为100-140g/l的硫酸溶液中浸渍2-4分钟,取出,用水洗净;(4)阳极氧化:将步骤(3)处理的铝合金基体在电解液中进行阳极氧化,铝合金为阳极,铝板为阴极,其中氧化电压为15-20v,电流密度为1-2a/dm2,电解液温度为15-20℃,氧化时间20-40分钟;(5)封孔:将步骤(4)处理的铝合金基体在85-95℃的封孔液中浸渍15-30分钟,取出沥干表面水分,在80-90℃干燥2-4小时,得到耐腐蚀铝合金型材。所述电解液由下述方法制备得到,所述份均为重量份:将硫酸10-20份、有机酸2-5份、多元醇0.1-0.3份加入到100份水中,以100-300转/分搅拌5-10分钟,得到电解液。优选地,所述电解液由下述方法制备得到,所述份均为重量份:将硫酸10-20份、有机酸2-5份、多元醇0.1-0.3份加入到100份水中,以100-300转/分搅拌5-10分钟,再加入氮化硼0.05-0.5份,以100-300转/分搅拌20-30分钟,得到电解液。所述封孔液由下述方法制备得到,所述份均为重量份:将硝酸铈1-2份和水100份混合,以100-300转/分搅拌10-20分钟,得到封孔液。优选地,所述有机酸为改性水杨酸和/或没食子酸。更优选地,所述有机酸为改性水杨酸和没食子酸的混合物,所述改性水杨酸和没食子酸的质量比为1:(3-5)。所述多元醇为丙三醇、异丙醇、季戊四醇中的一种。优选地,所述多元醇为季戊四醇。所述改性水杨酸由下述方法制备得到,所述份均为重量份:(1)将1-3份壳寡糖和80-120份水混合,得到壳寡糖水溶液,用质量分数为10%的氢氧化钠水溶液调节壳寡糖水溶液的ph值为7.5-8.5,再加入1-2份水杨酸,在60-70℃以100-300转/分搅拌80-120分钟,得到反应产物;(2)设置旋转蒸发仪转速100转/分,将反应产物在真空度为0.05-0.2mpa,温度为60-70℃旋转蒸发至无水分,得到固体;(3)将固体和乙醇按质量比1:(80-100)混合,在15-25℃以100-300转/分搅拌10-20分钟,再以3000-5000转/分离心8-12分钟,得到的沉淀在60-70℃干燥至恒重,得到改性水杨酸。一种耐腐蚀铝合金型材,采用上述方法制备得到。本发明耐腐蚀铝合金型材及其制备方法,通过阳极氧化,在铝合金基体上形成致密的氧化膜,得到的耐腐蚀铝合金型材的显微硬度、耐磨性和耐腐蚀性能好,可应用于电子、电力、航空、化工、建材、交通等各个领域。具体实施方式在本发明中,若非特指,所有设备和原料均可从市场购得或是本行业常用的,下述实施例中的方法,如无特别说明,均为本领域常规方法。氧化膜的显微硬度测试:采用fischerhm2000型显微硬度仪(德国菲希尔测试仪器有限公司生产)测试氧化膜的维氏硬度,荷载为500mn,加载时间为20s,平行试样的个数为3个,每个平行试样选取10个均匀分布的不同测试点进行测量,取平均值为试样的显微硬度。采用摩擦磨损试验机(瑞士csem公司生产,型号tht07-135)研究氧化膜的耐磨性,在温度为25℃测试,摩擦小球为直径6mm的zro2陶瓷耐磨球,摩擦速度为4cm/s,载荷为5n,摩擦长度为8mm,为避免单次摩擦转数过多而造成阳极氧化膜磨穿和总摩擦转数过少而造成磨损量太少无法测量,所有试样均摩擦2次350转,记录摩擦试验前后的质量,按以下公式计算质量损失率:[(m1-m2)/m1]×100%,其中m1为摩擦试验前铝合金型材的质量,m2为摩擦试验后铝合金型材的质量。耐腐蚀性测试:参照田连朋、左禹等《铝合金阳极氧化膜醋酸镍封闭方法耐腐性研究》,腐蚀与防护,2006.27(2),2.4节中的方法进行测试,具体如下:采用三电极体系,以饱和甘汞电极为参比电极,铂电极为辅助电极,测试氧化膜在1mol/lnacl酸性(ph=3.0)溶液中的交流阻抗谱(测试信号为幅值10mv的正弦波,测量的频率由100khz至0.01hz,测试软件为powersine)来评价氧化膜的耐蚀性能。通过向nacl溶液中加入盐酸来调节ph值,测试温度为20℃。具体结果以频率为100hz的阻抗值来评价氧化膜的耐腐蚀性能。硫酸,采用天津市迪博化工有公司生产的纯度98wt%的浓硫酸。氢氧化钠,永华化学科技(江苏)有限公司生产。氮化硼,采用清河县渤钻金属材料有限公司生产的货号为no-n-003-1de氮化硼,平均粒径100nm。硝酸铈,cas号:13093-17-9,上海帅燊实业有限公司提供。水杨酸,上海麦克林生化科技有限公司提供,产品编号:s817529。没食子酸,cas号:149-91-7,张家界久瑞生物科技有限公司提供。季戊四醇,上海麦克林生化科技有限公司提供,产品编号:p815603。丙三醇,上海麦克林生化科技有限公司提供,产品编号:g6201。异丙醇,上海麦克林生化科技有限公司提供,产品编号:i811924。壳寡糖,陕西森朗生物化工有限公司生产,分子量2000,脱乙酰度90.5%。乙醇,采用永华化学科技(江苏)有限公司生产的无水乙醇。铝合金基材,实施例中采用2024铝合金,体积为50mm×50mm×1mm,2024铝合金化学组分见下表:表12024铝合金化学组分元素sifecumnmgznnicral质量分数,%0.50.54.50.531.40.30.10余量实施例1一种耐腐蚀铝合金型材的制备方法,包括以下步骤:(1)除油:将铝合金基体在18℃、浓度为120g/l的硫酸溶液中浸渍4分钟,取出,用水洗净;(2)碱蚀:将步骤(1)处理的铝合金基体在温度为40℃、浓度为40g/l的氢氧化钠溶液中浸渍4分钟,取出,用水洗净;(3)中和:将步骤(2)处理的铝合金基体在18℃、浓度为120g/l的硫酸溶液中浸渍3分钟,取出,用水洗净;(4)阳极氧化:将步骤(3)处理的铝合金基体在电解液中进行阳极氧化,铝合金为阳极,铝板为阴极,其中氧化电压为18v,电流密度为1.5a/dm2,电解液温度为18℃,氧化时间30分钟;(5)封孔:将步骤(4)处理的铝合金基体在90℃的封孔液中浸渍20分钟,取出沥干表面水分,在85℃干燥3小时,得到耐腐蚀铝合金型材。所述电解液由下述方法制备得到,所述份均为重量份:将硫酸15份、有机酸3份、多元醇0.2份加入到100份水中,以200转/分搅拌8分钟,得到电解液。所述封孔液由下述方法制备得到,所述份均为重量份:将硝酸铈1.5份和水100份混合,以200转/分搅拌15分钟,得到封孔液。所述多元醇为丙三醇。所述有机酸为改性水杨酸,所述改性水杨酸由下述方法制备得到,所述份均为重量份:(1)将2份壳寡糖和100份水混合,得到壳寡糖水溶液,用质量分数为10%的氢氧化钠水溶液调节壳寡糖水溶液的ph值为8.0,再加入1.5份水杨酸,在65℃以200转/分搅拌100分钟,得到反应产物;(2)设置旋转蒸发仪转速100转/分,将反应产物在真空度为0.1mpa,温度为65℃旋转蒸发至无水分,得到固体;(3)将固体和乙醇按质量比1:90混合,在20℃以200转/分搅拌15分钟,再以4000转/分离心10分钟,得到的沉淀在65℃干燥至恒重,得到改性水杨酸。实施例2一种耐腐蚀铝合金型材的制备方法,包括以下步骤:(1)除油:将铝合金基体在18℃、浓度为120g/l的硫酸溶液中浸渍4分钟,取出,用水洗净;(2)碱蚀:将步骤(1)处理的铝合金基体在温度为40℃、浓度为40g/l的氢氧化钠溶液中浸渍4分钟,取出,用水洗净;(3)中和:将步骤(2)处理的铝合金基体在18℃、浓度为120g/l的硫酸溶液中浸渍3分钟,取出,用水洗净;(4)阳极氧化:将步骤(3)处理的铝合金基体在电解液中进行阳极氧化,铝合金为阳极,铝板为阴极,其中氧化电压为18v,电流密度为1.5a/dm2,电解液温度为18℃,氧化时间30分钟;(5)封孔:将步骤(4)处理的铝合金基体在90℃的封孔液中浸渍20分钟,取出沥干表面水分,在85℃干燥3小时,得到耐腐蚀铝合金型材。所述电解液由下述方法制备得到,所述份均为重量份:将硫酸15份、有机酸3份、多元醇0.2份加入到100份水中,以200转/分搅拌8分钟,再加入氮化硼0.1份,以200转/分搅拌25分钟,得到电解液。所述封孔液由下述方法制备得到,所述份均为重量份:将硝酸铈1.5份和水100份混合,以200转/分搅拌15分钟,得到封孔液。所述多元醇为丙三醇。所述有机酸为改性水杨酸,所述改性水杨酸由下述方法制备得到,所述份均为重量份:(1)将2份壳寡糖和100份水混合,得到壳寡糖水溶液,用质量分数为10%的氢氧化钠水溶液调节壳寡糖水溶液的ph值为8.0,再加入1.5份水杨酸,在65℃以200转/分搅拌100分钟,得到反应产物;(2)设置旋转蒸发仪转速100转/分,将反应产物在真空度为0.1mpa,温度为65℃旋转蒸发至无水分,得到固体;(3)将固体和乙醇按质量比1:90混合,在20℃以200转/分搅拌15分钟,再以4000转/分离心10分钟,得到的沉淀在65℃干燥至恒重,得到改性水杨酸。实施例3与实施例2基本相同,区别仅在于,所述多元醇为异丙醇。实施例4与实施例2基本相同,区别仅在于:所述多元醇为季戊四醇。对比例1一种耐腐蚀铝合金型材的制备方法,包括以下步骤:(1)除油:将铝合金基体在18℃、浓度为120g/l的硫酸溶液中浸渍4分钟,取出,用水洗净;(2)碱蚀:将步骤(1)处理的铝合金基体在温度为40℃、浓度为40g/l的氢氧化钠溶液中浸渍4分钟,取出,用水洗净;(3)中和:将步骤(2)处理的铝合金基体在18℃、浓度为120g/l的硫酸溶液中浸渍3分钟,取出,用水洗净;(4)阳极氧化:将步骤(3)处理的铝合金基体在电解液中进行阳极氧化,铝合金为阳极,铝板为阴极,其中氧化电压为18v,电流密度为1.5a/dm2,电解液温度为18℃,氧化时间30分钟;(5)封孔:将步骤(4)处理的铝合金基体在90℃的封孔液中浸渍20分钟,取出沥干表面水分,在85℃干燥3小时,得到耐腐蚀铝合金型材。所述电解液由下述方法制备得到,所述份均为重量份:将硫酸15份、有机酸3份、多元醇0.2份加入到100份水中,以200转/分搅拌8分钟,再加入氮化硼0.1份,以200转/分搅拌25分钟,得到电解液。所述封孔液由下述方法制备得到,所述份均为重量份:将硝酸铈1.5份和水100份混合,以200转/分搅拌15分钟,得到封孔液。所述多元醇为季戊四醇。所述有机酸为水杨酸。实施例5一种耐腐蚀铝合金型材的制备方法,包括以下步骤:(1)除油:将铝合金基体在18℃、浓度为120g/l的硫酸溶液中浸渍4分钟,取出,用水洗净;(2)碱蚀:将步骤(1)处理的铝合金基体在温度为40℃、浓度为40g/l的氢氧化钠溶液中浸渍4分钟,取出,用水洗净;(3)中和:将步骤(2)处理的铝合金基体在18℃、浓度为120g/l的硫酸溶液中浸渍3分钟,取出,用水洗净;(4)阳极氧化:将步骤(3)处理的铝合金基体在电解液中进行阳极氧化,铝合金为阳极,铝板为阴极,其中氧化电压为18v,电流密度为1.5a/dm2,电解液温度为18℃,氧化时间30分钟;(5)封孔:将步骤(4)处理的铝合金基体在90℃的封孔液中浸渍20分钟,取出沥干表面水分,在85℃干燥3小时,得到耐腐蚀铝合金型材。所述电解液由下述方法制备得到,所述份均为重量份:将硫酸15份、有机酸3份、多元醇0.2份加入到100份水中,以200转/分搅拌8分钟,再加入氮化硼0.1份,以200转/分搅拌25分钟,得到电解液。所述封孔液由下述方法制备得到,所述份均为重量份:将硝酸铈1.5份和水100份混合,以200转/分搅拌15分钟,得到封孔液。所述多元醇为季戊四醇。所述有机酸为没食子酸。得到耐腐蚀铝合金型材的显微硬度517hv,质量损失率4.13%,阻抗值1.74×106ω/cm2。实施例6一种耐腐蚀铝合金型材的制备方法,包括以下步骤:(1)除油:将铝合金基体在18℃、浓度为120g/l的硫酸溶液中浸渍4分钟,取出,用水洗净;(2)碱蚀:将步骤(1)处理的铝合金基体在温度为40℃、浓度为40g/l的氢氧化钠溶液中浸渍4分钟,取出,用水洗净;(3)中和:将步骤(2)处理的铝合金基体在18℃、浓度为120g/l的硫酸溶液中浸渍3分钟,取出,用水洗净;(4)阳极氧化:将步骤(3)处理的铝合金基体在电解液中进行阳极氧化,铝合金为阳极,铝板为阴极,其中氧化电压为18v,电流密度为1.5a/dm2,电解液温度为18℃,氧化时间30分钟;(5)封孔:将步骤(4)处理的铝合金基体在90℃的封孔液中浸渍20分钟,取出沥干表面水分,在85℃干燥3小时,得到耐腐蚀铝合金型材。所述电解液由下述方法制备得到,所述份均为重量份:将硫酸15份、有机酸3份、多元醇0.2份加入到100份水中,以200转/分搅拌8分钟,再加入氮化硼0.1份,以200转/分搅拌25分钟,得到电解液。所述封孔液由下述方法制备得到,所述份均为重量份:将硝酸铈1.5份和水100份混合,以200转/分搅拌15分钟,得到封孔液。所述有机酸为改性水杨酸和没食子酸的混合物,所述改性水杨酸和没食子酸的质量比为1:4。所述多元醇为季戊四醇。所述改性水杨酸由下述方法制备得到,所述份均为重量份:(1)将2份壳寡糖和100份水混合,得到壳寡糖水溶液,用质量分数为10%的氢氧化钠水溶液调节壳寡糖水溶液的ph值为8.0,再加入1.5份水杨酸,在65℃以200转/分搅拌100分钟,得到反应产物;(2)设置旋转蒸发仪转速100转/分,将反应产物在真空度为0.1mpa,温度为65℃旋转蒸发至无水分,得到固体;(3)将固体和乙醇按质量比1:90混合,在20℃以200转/分搅拌15分钟,再以4000转/分离心10分钟,得到的沉淀在65℃干燥至恒重,得到改性水杨酸。得到耐腐蚀铝合金型材的显微硬度601hv,质量损失率3.46%,阻抗值2.41×106ω/cm2。测试例1对实施例1-4和对比例1得到的耐腐蚀铝合金型材的显微硬度进行测试,具体测试结果见表2。表2耐腐蚀铝合金型材显微硬度测试结果表显微硬度,hv实施例1395实施例2459实施例3467实施例4528对比例1482测试例2对实施例1-4和对比例1得到的耐腐蚀铝合金型材的耐磨性进行测试,具体测试结果见表3。表3耐腐蚀铝合金型材耐磨性测试结果表质量损失率,%实施例15.24实施例24.67实施例34.55实施例44.03对比例14.21测试例3对实施例1-4和对比例1得到的耐腐蚀铝合金型材的耐腐蚀性进行测试,具体测试结果见表4。表4耐腐蚀铝合金型材耐腐蚀性测试结果表阻抗值,ω/cm2实施例19.24×105实施例21.06×106实施例31.18×106实施例41.87×106对比例11.62×106实施例2在电解液中加入无机粉体氮化硅,可显著提高氧化膜的性能。实施例2-4电解液中分别采用不同的多元醇,发现实施例4采用季戊四醇得到的氧化膜的性能较好。这是由于多元醇可以降低电解液对膜的溶解速度,同时提高允许的温度范围,而且可以加快膜的生长速度、增加膜的致密度和厚度,不同的多元醇对阳极氧化的影响不同。实施例4采用改性的水杨酸,得到的氧化膜的性能优于对比例1,可能是改性后的水杨酸分子结构发生了改变,分子上接枝的有机官能团更有利于提升氧化膜的性能。当前第1页12
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