一种铝合金表面处理剂和铝合金表面处理方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及金属表面加工技术领域，具体涉及一种铝合金表面处理剂和铝合金表面处理方法。
【背景技术】
[0002]现有技术中，通常会将金属外壳包覆一层塑料层，利用塑料层起到隔热、防撞、抗刮等保护作用，但是金属与塑料之间的结合难度高，给金属与塑料结合的表面处理工艺增加了难度。目前，主要通过对金属进行表面蚀孔处理，增加金属与塑料的结合强度，其中蚀孔处理主要包括:阳极氧化法和化学腐蚀法。但阳极氧化法孔径和孔深较小，化学腐蚀法需要合理根据金属成分及表面结构配置腐蚀液，且需合理控制腐蚀程度，反应过程难以控制，并且处理后的孔隙率普遍较低。
[0003]专利申请号为201410378321.5的专利文件公开了一种多孔金属处理液及复合体材料的制备方法，其适用于粉末烧结技术形成的表面具有孔洞的多孔金属基材，且多孔金属处理液的表面张力较大，不利于液体对金属表面孔洞进行浸润，从而影响孔洞内化学腐蚀的进行。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是针对现有技术中的上述不足，提供一种铝合金表面处理剂和铝合金表面处理方法，聚羧酸盐与非聚羧酸的有机羧酸盐的复合作用能够减少铝合金表面处理剂的表面张力，避免溶剂中颗粒物聚集沉降，便于其对铝合金表面孔洞进行浸润、腐蚀；同时利用了阳极氧化法和化学腐蚀法对铝合金进行表面处理，结合两者的优点，提高铝合金表面的孔隙率，并且通过铝合金表面处理液的扩孔处理，增加孔径与孔深。
[0005]本发明的目的通过以下技术方案实现。
[0006]一种铝合金表面处理剂，包括以下重量份数的组份:
无机强碱弱酸盐200?400份
有机羧酸盐100?170份
非离子型表面活性剂25?60份溶剂1000份
其中，所述的有机羧酸盐由50?70份重量份数聚羧酸盐和50?100份重量份数非聚羧酸的羧酸盐组成。
[0007]上述配比的成分中，无机强碱弱酸盐和有机羧酸盐可以在水中电离，使溶液呈碱性，因此该铝合金表面处理剂能对铝合金表面进行腐蚀，增加孔洞的深度与孔径，增强铝合金与塑料的结合强度。其中有机羧酸盐起到阴离子型表面活性剂的作用，羧酸根离子为亲水基，极容易与非离子型表面活性剂产生复合作用，降低该铝合金表面处理剂的表面张力，铝合金表面处理剂能够在金属表面均匀铺张，可深入并腐蚀微孔级孔洞，进一步增强铝合金与塑料的结合强度。其中，聚羧酸盐一般作为减水剂用于水泥行业，但本发明引入的聚羧酸盐能够起到阻垢剂的作用，在碱性条件下，发生电离，与金属离子发生络合作用，阻止溶剂中颗粒物聚集沉降，并维持其悬浮状态，避免颗粒沉降影响铝合金表面处理剂对孔洞的腐蚀。
[0008]其中，所述无机强碱弱酸盐为酸钠、碳酸氢钠、碳酸钾、碳酸氢钾、硫化钠、硫氢化钠、硫化钾、硫氢化钾、亚硫酸钠、乙酸钠、磷酸钠、次氯酸钠中的至少一种。
[0009]其中，所述聚羧酸盐为以丙烯酸、马来酸为主体的多元体共聚物的碱性金属盐中的至少一种，优选地，所述聚羧酸盐为马来酸-丙烯酸共聚物钠盐、丙烯酸均聚物钠盐、丙烯酸-丙烯酸酯-磺酸共聚物钠盐、马来酸-丙烯酸共聚物钾盐、丙烯酸均聚物钾盐、丙烯酸-丙烯酸酯-磺酸共聚物钾盐中的至少一种；所述的非聚羧酸的羧酸盐为乳酸钠、酒石酸钠、乙醇酸钠、柠檬酸三钠、葡萄糖酸钠、氮川三乙酸钠、乙二胺四乙酸钠、羟乙基乙二胺三乙酸钠、二乙三胺五乙酸钠、羟基乙醇酸、草酸钠、马来酸钠、丙二酸钠、琥珀酸钠中的至少一种。
[0010]本发明的使铝合金表面处理剂呈碱性的有效成分为有机和无机的碱性金属盐，通过水解产生氢氧根离子。采用碱性金属盐的好处在于:由于水解反应为可逆反应，因此在腐蚀过程中，氢氧根离子浓度降低，促进水解反应的进行，令溶液的PH下降速度较为缓慢，便于对腐蚀过程进行检测以及调控。由于无机的碱性金属盐的碱性比有机的碱性金属盐强，碱剂的主要成分为无机的碱性金属盐，为铝合金表面处理剂水解出足够的氢氧根离子，有机羧酸盐的主要作用为电离产生脂肪酸根离子，脂肪酸根中的羧基为亲水基，在碱性溶液中能够起到很好的润滑效果，从而使铝合金表面处理液能够深入孔洞，发生化学腐蚀，孔洞的腐蚀效果更加显著。
[0011 ] 其中，所述的非离子型表面活性剂为吐温20、吐温40、吐温60、司盘20、司盘40、司盘60中的至少一种。
[0012]非离子表面活性剂在溶液中不是以离子状态存在，所以它的稳定性高，不易受强电解质存在的影响，也不易受酸、碱的影响，因此也不会因为腐蚀过程中由于氢氧根离子的消耗而影响其作用，能够维持基本的降低溶液的表面张力的作用，与其他类型表面活性剂能混合使用，相容性好，在各种溶剂中均有良好的溶解性，在固体表面上不发生强烈吸附。其中吐温与司盘系列的非离子表面活性剂源于天然产品，具有易生物降解、低毒性等特点。
[0013]其中，所述溶剂为水、甲醇、乙醇、乙醚中的至少一种。水性溶剂有利于碱性金属盐的电离与水解，也因此需要表面活性剂的参与，降低水性溶剂的表面张力。
[0014]一种铝合金表面处理方法，包括如下步骤:
(1)对铝合金基材表面进行预处理；
(2)将步骤(I)预处理后的铝合金基材进行硫酸阳极氧化处理；
(3)使用如上所述的一种铝合金表面处理剂对步骤(2)硫酸阳极氧化处理后的铝合金基材表面进行扩孔处理。
[0015]在硫酸电解液中阳极氧化时，作为阳极的铝合金基材，在阳极化初始的短暂时间内，其表面受到均匀氧化，生成极薄而又非常致密的膜，由于硫酸溶液的作用，膜的最弱点(如晶界、杂质密集点、晶格缺陷等)发生局部溶解而产生大量孔隙，使基体金属能与进入孔隙的硫酸溶液接触，电流也因此得以继续传导，从而新的氧化层以孔洞为中心展开，最后汇合，使局部溶解的旧膜如同得到“修补”似的。随着氧化反应的延长，膜的不断修补与溶解，从而使铝合金基材表面生成薄而致密的内阻挡氧化层和厚而多孔的外氧化层。
[0016]硫酸阳极氧化工艺与其它阳极氧化工艺相比，具有工艺配方简单，溶液组成稳定，无需频频调节，可在常温下操作，工艺容易掌握等优点。硫酸阳极氧化工艺所获膜层可达Sym以上，具有较好的耐蚀、耐磨、耐候性能，膜层多孔，孔隙率可达15%以上。
[0017]利用本发明的铝合金表面处理剂对多孔的氧化膜层进一步进行扩孔处理，有别于传统的化学腐蚀产生孔洞的方法，在多孔氧化膜的基础上进行腐蚀，增加孔洞内部深度和表面粗糙度，得到一种可与塑料稳固相连的多孔铝合金。
[0018]其中，所述步骤(I)的预处理包括以下步骤:
Α、脱脂:在40°C?50°C的温度条件下对铝合金基材进行脱脂处理180s?360s后，水洗；
B、碱蚀:将经步骤A脱脂处理后的铝合金基材置于浓度为40g/L?60g/L的氢氧化钠溶液中，浸泡温度为40°C?60°C，浸泡时间为10?30s ;
C、中和:将经步骤B碱蚀处理后的铝合金基材水洗后，置于室温下浓度为130g/L?150g/L的硝酸溶液中进行浸泡，浸泡时间为10?30s，对铝合金基材进行水洗。
[0019]预处理使铝合金基材表面更加洁净，防止表面杂质对后续的孔洞的产生与加工处理产生不良影响。
[0020]其中，所述步骤(2)的具体步骤为:将经过预处理的铝合金基材作为阳极放入180g/L?200g/L的硫酸溶液中，在温度15°C?20°C，电压12V?25V的条件下电解5min?30min，招合金基材表面产生2 μπι?15 μm厚度的氧化招膜层。
[0021]适当提高电压(多12V)有利于加速膜的生成速度，缩短阳极氧化时间，增加膜层的孔隙率，但电压高于25V时，阳极氧化过程中产生大量的热，膜孔内热效应加大，局部温度上升显著，从而加快了氧化膜的溶解速度，成膜速度下降，遇到复杂结构铝合金基材还会造成电流分布不均，进而出现容易擦去的疏松、发脆或开裂的氧化膜，严重时还可能引起烧蚀铝合金基材的后果。
[0022]当溶液温度高于20°C时，膜层溶解速度上升，造成膜的生成率、膜层硬度和膜层厚度降低，耐磨和耐蚀性能下降，氧化膜层变得疏松甚至可能出现粉状膜层；当溶液温度低于15°C时，氧化膜的厚度虽最大厚度较高，耐磨性也较好，但膜层脆性增大，孔隙率较小。
[0023]硫酸浓度高于200g/L时，所获氧化膜孔隙率高，但其硬度和耐磨性较差，开始时氧化膜的生长速度虽然较快，但随着时间的延长，膜的成长速度反而比硫酸浓度低时的成长速度更低，不容易获得较厚的氧化膜。若此时溶液温度又较高时，更易出现粉末状的膜层。这是因为硫酸浓度太高时，特别是电压也较高时，氧化膜中SO3^