一种高锰铝合金阳极氧化及电解着色方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于高锰铝合金阳极氧化领域，具体涉及到一种高锰铝合金阳极氧化及电 解着色方法。
【背景技术】
[0002] 非能动压水核电厂钢制安全壳冷却系统空气导流板中首次采用铝合金制造并要 求阳极氧化后电解着黑色。所使用的铝合金中锰含量高达0.5-1. 0%，属于高锰铝合金，锰 含量过高，将影响阳极氧化膜膜厚均匀性和电解着色后的颜色均匀性。容易产生氧化膜厚 度局部不足，电解着色色差明显，遮盖力不足或者露底，甚至出现局部难着色等缺陷。
[0003] 空气导流板要求氧化膜厚度为20-170微米，氧化膜电解着黑色。基于核电站安全 设计的要求氧化膜应具备从CV安全壳吸热并释放到屏蔽厂房中，要求电解着黑色的氧化 膜应具有良好的热传导性能。热辐射系数多0. 94、氧化膜比热多0. 19BTU/lb"；F、氧化膜 密度彡149.Tibyft3、氧化膜热传导彡13. 4BTU/hr-ft-°F。
[0004] 传统的铝合金阳极氧化工艺多为定电压氧化，氧化温度一般为18_22°C，氧化膜厚 度约为10-18微米。传统定压氧化常温氧化工艺虽然上膜速率高，但是氧化膜相对疏松，氧 化过程中温度过高将造成氧化膜密度、硬度、耐蚀性等降低，当氧化膜厚度接近18微米时， 氧化膜的上膜速率与溶解速率相当，氧化膜厚度不能提高。传统的电解着色工艺多为单镍 盐电解着色，着色过程中对杂质影响十分敏感，造成着色色差难以控制，对于高锰铝合金， 电解着色后往往呈现古铜色，不能获得理想的黑褐色氧化膜。采用的电压和电流密度过高， 在较短的着色时间内不能保证着色均匀，并且产生的氢气造成了严重的氧化膜开裂，脱落 等缺陷。
【发明内容】
[0005] 本发明为了解决现有技术中存在的问题，提供一种高锰铝合金阳极氧化及电解着 色方法，该方法解决了高锰铝合金电解着黑色的技术难题，保证了氧化膜的物理性能和热 力学性能。在提高生产效率，降低生产能耗基础上，增加了阳极氧化膜质量的可靠性和稳定 性，增强核电运行的安全性。
[0006] 为了解决以上技术问题，本发明的技术方案为：
[0007] -种高锰铝合金阳极氧化及电解着色方法，包括如下步骤：
[0008] (1)将待氧化工件表面进行打磨、擦洗和除油后，进行碱蚀和中和处理；
[0009] (2)将待氧化工件表面进行低温阳极氧化，氧化的温度为13_15°C，氧化的时间为 35-50min；
[0010] 低温氧化能够保证氧化膜的致密性和热传导性，确保氧化膜的热力学性能符合要 求。
[0011] (3)将工件表面进行镍、锡双盐电解着色，电解着色的电压为16-18V，电流密度为 0. 3-0. 4A/dm2；
[0012] 双盐着色能够稳定的控制工件上色，着色电压过高将击穿底材上的氧化膜，过低 将造成上色速率降低。着色时间过长，将导致氧化膜在酸洗溶液中将被溶解降低膜厚，电流 密度过高虽有利于着色，但是氧化膜微孔中产生的氢气不利于散出，被封闭的氢气最终将 导致氧化膜破裂。
[0013] (4)将着色后的工件封孔处理，封孔剂为镍离子封孔剂，镍离子的浓度为 1. 〇-l. 3g/L〇
[0014] 优选的，步骤（1)中，擦洗使用的溶剂为丙酮或酒精。擦洗是为了除去工件表面的 油漆、油脂和字迹，丙酮和酒精可以较好地溶解有机物，而且具有较好的挥发性，减少了残 留。
[0015] 优选的，步骤（1)中，采用硫酸溶液进行除油，硫酸溶液浓度为60-80g/L，除油时 间为l-3min。采用酸性除油，能够较快较好的去除铝合金表面的油污且不会损伤铝合金工 件的表面。
[0016] 优选的，步骤（1)中，采用氢氧化钠溶液进行碱蚀，氢氧化钠的浓度为40-60g/L， 碱蚀的温度为40-60°C，碱蚀的时间为l_3min。严格控制碱蚀温度和碱蚀时间，碱蚀温度过 高或时间过长，将造成铝合金表面过蚀或砂面，碱蚀温度过低或时间过短，将造成表面腐蚀 不均，表层氧化皮未完全去除等表面缺陷。
[0017] 优选的，步骤（1)中，中和使用的溶液为硝酸溶液，硝酸的浓度为110_130g/L，中 和的时间为2-3min。铝合金表面经过碱蚀后，表面会附着一层灰褐色的挂灰，中和是为了彻 底去除工件表面可能残留的碱液，消除工件表面不溶于碱液的灰黑色杂物，获得洁净、光亮 的金属表面。
[0018] 进一步优选的，硝酸溶液中的铝离子浓度不高于100g/L。硝酸中和的目的是分解 附着在铝材表面的固体物，产物中有硝酸铝，如果铝离子浓度过高，将抑制该反应的发生。
[0019] 优选的，步骤（2)中，低温阳极氧化采用的是脉冲电源，其正向脉冲为15-16V，持 续时间为18〇s，频率为3000-5000HZ。
[0020] 进一步优选的，所述脉冲电源的反向脉冲为8-10V，持续时间为10s，频率与正向 脉冲的频率一致。正向脉冲控制上膜速率，反向脉冲消除杂质和附着不牢的氧化产物，以确 保氧化膜的致密性。保证同一频率，就是能够准确的消除在该频率上产生的物质。正向脉 冲能够控制最优的上膜速率，反向脉冲能够溶解工件表面附着不牢固的氧化膜和杂质，提 高氧化膜的纯度和抗变色能力。
[0021] 优选的，步骤（3)中，电解着色液的pH值为0. 8-1. 2。在该pH值下，电解着色的效 果最好，着色均匀，色差最小。
[0022] 进一步优选的，步骤（3)中，所述电解着色液中硫酸溶液的浓度为16_22g/L，硫酸 镍浓度为15_22g/L，硫酸亚锡浓度为8-12g/L。加入的硫酸是为了改变酸度（pH值），由于 溶液中是硫酸镍和硫酸亚锡，因此采用硫酸不会造成污染，使用其它酸是有害的。
[0023] 优选的，步骤（3)中，电解着色的时间15_20min。在该条件下着色后，工件的表面 为深黑色，色泽均匀。电解着色采用较低电流密度，可以有效地通过增加着色时间提高颜色 深度。克服了传统工艺对于高锰铝合金染色颜色较浅、着色不均匀，氧化膜容易脱落，表面 由于铝离子沉积造成的白点和高电流密度带来氧化膜破裂、脱落等缺陷。
[0024] 优选的，步骤（4)中，封孔步骤中使用的封孔剂溶液的浓度为5_8g/L。
[0025] 优选的，步骤⑷中，封孔步骤中封孔槽液的pH值为5. 3-5. 8，封孔时间为 12-20min。封孔液的浓度、pH值和封闭时间应严格控制，如果封孔剂浓度过高和pH过高， 封闭时间过长，不仅会在表面产生封闭灰，高温加热将使氧化膜泛黄。
[0026] 本发明的有益技术效果为：
[0027] 1、采用的低温（温度为13_15°C)脉冲进行氧化，脉冲电源能耗较低，正向脉冲能 够控制最优的上膜速率，反向脉冲能够溶解工件表面附着不牢固的氧化膜和杂质，提高氧 化膜的纯度和抗变色能力，正向脉冲为15-16V，持续时间为180s，为氧化膜获得了最优上 膜速率。低温氧化能够有效消除氧化产生的热量，增加氧化膜的厚度（20微米以上）、致密 性和耐磨性，改变了传统工艺能耗高，热量损失大，工件烧损率高、氧化膜厚度薄并且疏松 等缺陷。
[0028] 2、采用的低压正弦波交流电源，镍、锡双盐电解着色工艺，分析纯级的镍、锡盐能 够有效的消除氢离子的放电，消除氧化膜脱落风险。
[0029] 3、电解着色采用较低电流密度，可以有效地通过增加着色时间提高颜色深度。克 服了传统工艺对于高锰铝合金染色颜色较浅、着色不均匀，氧化膜容易脱落，表面由于铝离 子沉积造成的白点和高电流密度带来氧化膜破裂、脱落等缺陷。
【具体实施方式】
[0030] 下面结合【具体实施方式】对本发明作进一步说明。
[0031] 实施例1
[0032] 采用5454-H32高锰铝合金，板材尺寸为4000mmX2200mmX3. 2mm，成分和性能如 表1所示：
[0033] 表 1
[0034]
[0035] (1)采用丙酮去除表面较厚的油脂，对于机械损伤，采用1000#砂纸进行打磨，获 得较为平整的表面。
[0036] (2)酸性除油，硫酸溶液浓度为70g/L，时间为2分钟。表面油污去除后，应采用流 动的冷水进行喷淋水洗，去除残留的酸液，而后采用除盐水（纯水）进行二次冲洗，保证工 件底部pH值为6-8。禁止用手直接接触工件。
[0037] (3)碱蚀槽氢氧化钠浓度为50g/L，槽液中铝离子浓度不得高于100g/L，碱蚀温度