一种铝合金微弧氧化着绿色膜层的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于新材料领域，特别涉及一种铝合金微弧氧化着绿色膜层的方法。
【背景技术】
[0002] 铝是活泼金属，在干燥的空气中其表面会马上形成一层疏松、多孔的氧化铝薄膜， 虽然可以阻止铝的进一步氧化，但不能有效的起到防护性和装饰性的作用。同时，铝的电极 电位较低，导致其在潮湿的空气、酸和碱液中容易被腐蚀。所以，在铝及其铝合金表面制备 出一层具有颜色和一定防护性能的膜层具有十分重要的实际应用价值。
[0003] 铝及其合金表面新型着色技术包括：化学转化膜技术、电泳技术、粉末静电喷涂技 术和微弧氧化技术等。其中，微弧氧化作为一种新兴技术，越来越深入到人们的日常生活 中，虽然，该项技术还不是很完善，并且没有大批量投入到生产当中，但在一些领域已经得 到了广泛的应用。
[0004] 但随着铝合金表面微弧氧化陶瓷膜层技术的日益成熟和广泛应用，对铝合金表面 微弧氧化陶瓷膜层技术提出了装饰性的新需求，由于微弧氧化陶瓷膜层的颜色较为单一， 且大多数为白色和灰色，所以，生产不同颜色的陶瓷膜层十分重要。与其它着色技术相比， 微弧氧化着色技术生成的陶瓷膜层具有颜色均匀，不容易褪色，颜色质量好和良好的消光 性能等特点。目前，微弧氧化着色技术主要通过研宄工艺参数和添加着色剂制备出性能优 异的且具有不同颜色的陶瓷膜层，并解决研制寿命长，能好过大，电解液的重复利用等工业 难题。微弧氧化着色技术在装饰，材料防护和光学仪器等方面具有很大的应用前景和实际 意义。
[0005] 中国专利CN1554807A公开了一种铝合金铸件微弧氧化处理的电解溶液，该电解 溶液按重量与总体积比，包括磷酸钠10g/L-20g/L，硅酸钠5g/L-10g/L，氢氧化钾lg/L-4g/ L，钼酸钠10g/L-15g/L，且电解溶液的pH值为8-12。采用该电解溶液对铝合金铸件表面 进行微弧氧化处理，提高了铝合金铸件表面的耐磨性。但采用该发明提供的电解溶液对 铝合金进行微弧氧化后，所得到的微弧氧化膜的耐污性、耐刮性和致密性较差。中国专利 CN102797024B公开了一种铝合金微弧氧化着蓝色膜层的方法，电解液的组成浓度为：硅酸 钠5-llg/L，氢氧化钾0. 5-2.Og/L;氟化钠0. 3-0. 6g/L，硫酸钴0. 4-1.lg/L，采用该方法处 理后铝合金，表面呈现蓝色，且均匀致密，但耐蚀性有待提高。
【发明内容】
[0006] 为解决上述问题，本发明以6063铝合金为基体，在硅酸钠-氢氧化钾 (Na2Si03-K0H)作为主电解液体系中加入甘油和氟化钾（KF)，以偏钒酸铵（NH4V03)为着色 剂，配制着色电解液，制备绿色微弧氧化陶瓷膜层，该膜层具有硬度高、韧性好、孔隙率低， 膜层均匀、耐磨、耐蚀性能和绝缘性能好的特点。
[0007] 为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
[0008] 一种铝合金微弧氧化着绿色膜层的方法，包括步骤如下：
[0009] (1)选择铝合金作为基体，配制电解液体系，电解液的组成浓度为：偏钒酸铵 3-9g/L，硅酸钠 4-12g/L，氢氧化钾 2-6g/L;氟化钾 0? 3-0. 6g/L，丙三醇 3-6mL/L，pH8-10。
[0010] (2)在清洁后的铝合金表面用电解液进行微弧氧化处理，电参数为：正向电压 400-450V，负向电压是30-80V;频率是300-500HZ;正、负占空比分别是20-40%、15-25% ; 控制温度60摄氏度以下，处理时间为15分钟。
[0011] 优选的是，步骤（1)中所述铝合金为6063铝合金。
[0012] 优选的是，步骤（1)中电解液的组成浓度为：硅酸钠6-10g/L，氢氧化钾2-6g/L; 氟化钾0. 5g/L，偏钒酸铵5-8/L。
[0013] 优选的是，步骤（1)中电解液的组成浓度为：硅酸钠8g/L，氢氧化钾4g/L;氟化钾 0. 5g/L，偏钒酸铵6g/L。
[0014] 优选的是，步骤（2)中电参数为：正向、负向电压分别是440V、40V，频率是400Hz; 正、负占空比分别是30%、20%。
[0015] 根据上述的方法制备的铝合金件。
[0016] 采用上述方法对铝合金表面进行着色处理。
[0017] 本发明的设计原理：
[0018] 本试验采用NH4V03作为添加剂，是因为，一方面，V元素根据其价位的不同，其氧化 物会呈现出不同的颜色；另一方面，NH4V03较难溶于水，根据物理化学知识可知，溶质的溶 解度越小，其吸附能力就越强，由于nh4vo3和电解液的相互作用力相对比较弱，在强电场的 作用下，nh4vo3更容易吸附在膜层的表面，有利于反应的进行。通过分析对比不同电解液成 分（NH4V03、Na2SiOjPKF)和电参数（正、负电压和正占空比）对绿色膜层的颜色、膜厚、相 组成、微观组织、结合力强度和耐蚀性能等的影响。
[0019] 本发明的有益效果是：
[0020] 1.工艺流程简单，前期处理简单。利用微弧氧化着色技术在6063铝合金基体试样 表面制备出颜色均匀、膜层质量较好的绿色膜层，已达到满足一定装饰性的要求。该膜层具 有硬度高、韧性好、孔隙率低，膜层均匀、耐磨、耐蚀性能和绝缘性能好的特点。
[0021] 2.微弧氧化过程中，电解液成分的不同对着色有着不同的效果。随着順^03浓度 的升高，膜层的颜色逐渐变深，膜层中微孔的孔径逐渐变大，膜层的厚度在一定范围内线性 增大，膜层与基体的结合力逐渐变大，膜层的耐蚀性能先增大后又减小。随着Na2Si03浓度 的升高，膜层的颜色由浅变深再变浅，当Na2Si03浓度较高时，膜层便面比较粗糙，膜层的厚 度在一定范围内线性增大，膜层与基体的结合力先增大后减小，膜层的耐蚀性能先增大后 又减小。随着KF浓度的升高，膜层的颜色由浅变深再变浅，膜层的厚度在一定范围内逐渐 增大，膜层与基体的结合力在一定范围内先增大后不变，膜层的耐蚀性能先增大后又减小。 通过分析对比得出：当NH4V03、Na2SiO#PKF的浓度分别为为6g/L、8g/L和0. 5g/L时，膜层 质量最好。
[0022] 3.在微弧氧化着色的过程中，正、负电压，正、负占空比和成膜的时间等可视为影 响铝合金微弧氧化陶瓷膜层组织结构和性能的外部因素。正向电压有利于膜层的生长速