专利名称：铝合金表面化学纹理直接蚀刻的方法
技术领域：
本发明涉及的是金属表面化学处理的方法，尤其是一种在铝合金表面化学纹理直接蚀刻的方法。
目前，铝合金表面的砂状纹理装饰处理通常采用的机械喷砂工艺。该工艺方法是用高压气流通过一特制的喷枪，将金刚砂等硬质微粒喷射到铝合金表面，通过高压气流使金刚砂或其它硬质微粒撞击铝合金表面而形成粗糙的砂状粗化面。该工艺能在用同一种硬质微粒对各种铝合金表面喷射出质地几乎一样的砂状粗化表面。它适用于各种铝合金制面板、机柜等表面的砂状粗化面装饰。但这种工艺也有它的缺点和局限性，这主要表现在机械喷砂对异形件及大型工件喷砂不易均匀，对小型及薄型工件不易加工且薄型工件加工易变形；铝及铝合金工件在喷砂后表面有一层由金属粉沫，金属氧化物和金刚砂或其它硬质微粒所组成的疏松的覆盖层，通过喷砂的铝合金工件是不能直接使用的，必需通过化学抛光、电解抛光或其它后处理后才能使用。这是必引起加工过程的复杂，同时化学抛光和电解抛光曾加了对环境的污染对工作人员的毒害，喷射所用的微粒也会造成对环境的污染和对工作人员的毒害。也使加工成本的上升使它的使用受到了一定的限制。
中国发明专利公开的专利申请号为99105761．9的《金属表面处理方法及具有由此而得的表面的金属构件》，该专利申请采用被粗化金属在第一步骤先使金属表面形成蚀坑的同时，再形成一层被膜，然后在第二步骤中通过化学或电化学方法使被膜溶解从而得到较粗的粗化面。上述铝系金属的粗化处理第一步骤和第二步骤都是酸性处理。这种方法处理的铝合金其表面粗糙度为RZ=3．7μM。专利申请的说明书中对于铝合金的碱性粗化曾这样认为“对象金属材料为两性金属即铝系材料或锌系材料的情形，可采用锌离子、镍离子、钴离子、钼酸离子、钨酸离子、铬酸离子、钒酸离子及钛离子等金属离子或重金属离子的碱性水溶液(pH约为7~14)作为被膜处理液。此被膜处理液所接触的金属材料是在表面上蚀刻的同时，于被膜处理液中所含有的金属离子是随着材料金属的蚀刻而取代析出，可被视作形成有各自的金属被膜或金属氧化物被膜，如此，可得符合本发明目的的适当的凹凸表面”。92年我们对这种方法即做了大量的研究工作，通过实验我们认为由这一含金属离子的碱性处理方法所处理的铝合金表面除少数几种牌号的铝合金(如LY-12Y，LF-21等)有较大的粗糙度外，对绝大多数铝合金都只能形成磨砂表面，要达到一定的粗糙度是非常困难的。
本发明的目的是针对上述铝合金表面砂状或丝状粗化处理工艺中存在的不足，提供一种可提高铝合金表面砂状或丝状粗糙度的铝合金表面化学纹理直接蚀刻的方法。本发明的铝合金表面化学纹理直接蚀刻的方法包括对被加工铝合金进行常规化学除油、水洗、出光等工序，其特征在于铝合金表面高粗糙度砂状或丝状粗化面是通过酸性预处理工序后，再经碱性粗化处理工序来实现的，所述的酸性预处理工序是将除油和水洗后的铝合金置于一温度为30-60度，由0．2-1．5摩尔氢离子／升、0．5-2．4氯离子／升、0-0．8摩尔过氧化氢／升、至少一种为0．06-0．4摩尔正电位金属离子／升配制而成的酸性预处理液中，进行1-3分钟的酸性预处理，使铝合金表面形成密集的微坑蚀和一层由相对于铝合金而言电位较正的密集的不连续的正电位金属覆盖层；所述的碱性粗化处理是将经酸性预处理工序后的铝合金置于一温度为60-80度，由0．2-0．9摩尔氢氧化钠／升、0-2摩尔无水碳酸钠、至少含有一种0．1-1．6摩尔氧化性离子／升配制而成的碱性粗化液内进行2-4分钟的碱性粗化处理，便可使铝合金表面形成粗糙度较高的粗化面。
所述的金属离子可以是锌离子、铁离子、铜离子、汞离子、铬离子、镍离子等。
所述的氧化性离子可以是铬酸根离子、氯酸根离子、过硫酸根离子、过硼酸根离子、硝酸根离子、铁离子、铜离子等。
本发明的铝合金表面化学纹理直接蚀刻的方法的设计原理是将通过常规化学除油后的铝合金进行酸性预处理液，铝合金一方面通过酸性蚀刻液在其表面形成微坑状的微粗化面，另一方面由于在酸性预处理液中加入了相对于铝电位来说电位较正的金属离子，这些金属离子在蚀刻过程中会被铝置换出来并附着在铝合金表面，这一步要控制被置换出来的金属离子的量使其不能完全密实地覆盖在整个铝合金表面，它而是散在地、密集地附着在整个铝合金表面，并有一定的附着力。通过酸性预处理后的铝合金表面一方面有密集的微坑蚀，另一方面在铝合金的整个表面上同时形成了一层由相对于铝合金而言电位较正的密集的不连续的正电位金属覆盖层，这些被置换出来的较正电位金属就象无数的小岛一样密集地不连续地附着在铝表面上，我们也称它为‘正电岛’，这些电位较正的金属‘小岛’在以后的蚀刻过程中构成了很多的微电池，电位较正的部分被得到‘暂时的保护’，而相对电位较负的部分则被蚀刻。这些‘正电岛’能对铝合金局部表面起一种“暂时的保护作用”，特别是与碱性粗化处理配合进行，它有很重要的作用。
碱性粗化处理是将酸性预处理后的铝合金工件，进行再蚀刻的过程，由于铝合金表面的‘正电岛’对铝合金表面局部的“暂时的保护作用”，使铝面有‘正电岛’附着的地方暂时不被蚀刻，而其它没有‘正电岛’附着的地方则被直接蚀刻，从而使铝合金表面的微坑蚀加大加深，进而提高铝表面的粗糙度。
至于经上述粗化处理后铝合金表面的保护被膜的形成技术，这一技术在许多资料上都有较祥尽的且实用的技术介绍。对铝合金表面要求不同和使用环境的不同亦有不同的保护性被膜处理方式，可根据用户要求而自由选择。由于通过本发明处理的铝面有高的粗化面和大的真实表面，因此不管采用何种保护性被膜其结合力都是不成问题的。
本发明对铝合金的纹理处理具有如下特点1、溶液配制容易，且稳定性好，调整方便，可长期使用。
2、原料易得，价格低，且不含氟化物。
3、处理后的铝合金件，砂状粗化度均匀(优于机械喷砂)，同批次效果一致性好。
4、处理后的铝合金件，只需在一般出光液中处理即有较高的光洁度，不需要再进行化学抛光、电解抛光等后处理即可使用，缩短了生产周期，降低了生产成本。
5、与机械喷砂相比，具有不需购买价昂的设备、不受工件形状大小的影响、劳动强度低、且无粉尘污染，装饰效果优于机械喷砂，操作简单易于掌握。
通过本发明处理的铝合金工件表面具有1、砂状纹理粗细均匀，色泽美观，同批次效果一致性好。
2、使用不同的蚀刻介质可以将铝材蚀刻成多种效果，并能在相应的铝材上(主要是防锈铝和纯铝)同时具有丝状纹理和砂状纹理双重效果，其化学拉丝细而匀，外观自然而不同于机械拉丝的生硬。
3、处理后的铝件有很强的装饰效果，色调柔和，目视舒适，其装饰效果和国内产品用铝材装饰效果相比处于领先地位，其高雅柔和的色调达到了国外一些产品上用铝材同等水平。
4、通过本发明处理的铝合金表面粗糙度高，可达RZ=70μM。且其粗糙度可根据需要在一定范围内调节。
本发明的化学纹理直接蚀刻方法处理成本低，每平方分米仅0．05～0．1元成本(双面)，这对于专业厂家来说有高的经济效益，并能以低的成本获得高的艺术装饰效果。
本发明各工序所使用的处理液都不含氟化物和毒害性金属铬盐等严重污染环境的有害物质。且溶液含酸含碱量低，对设备腐蚀性小，工作温度适中。由于其工作液可连续调整使用，并不存在大量癈液的排放。
本发明的具体方法由以下实施例详细给出。
实施例试件材料6063，试件形状及大小直径2cm，长32cm的空心铝合金管材。其处理方法如下一、酸性预处理工序将铝合金管材进行常规化学除油、水洗后，即放入由氢离子1．3摩尔／升、氯离子2．4摩尔／升、铁离子和锌离子0．3摩尔／升组成的酸性预处理液中，酸性预处理液的工作温度为50度，处理时间为2分钟。通过酸性预处理后的铝合金管材表面可见有密布的微坑蚀和密集的点状物。
二、碱性粗化处理工序将通过酸性预处理工序的铝合金管材水洗后放入由氢氧化钠0．6摩尔／升、无水碳酸钠0．3摩尔／升、氯酸根离子和硝酸根离子0．35摩尔／升组成的碱性粗化处理液中，进行再蚀刻，其工作温度是65度，处理时间是1．5分钟。经过上述工序处理后的铝合金管材可在1∶1硝酸液中或在硫酸-过氧化氢液中进行出光处理，然后清洗干净并干燥即可。
本实施例的处理方法可使铝合金管材表面的粗糙度达到RZ=40μM，且可使铝合金管材的表面粗糙度达到良好的一致性，其高雅柔和的色调完全达到国外同类铝合金材产品的装饰效果。
权利要求
1.一种铝合金表面化学纹理直接蚀刻的方法包括对被加工铝合金进行常规化学除油、水洗、出光等工序，其特征在于铝合金表面高粗糙度砂状或丝状粗化面是通过酸性预处理工序后，再经碱性粗化处理工序来实现的，所述的酸性预处理工序是将除油和水洗后的铝合金置于一温度为30-60度，由0．2-1．5摩尔氢离子／升、0．5-2．4氯离子／升、0-0．8摩尔过氧化氢／升、至少一种为0．06-0．4摩尔正电位金属离子／升配制而成的酸性预处理液中，进行1-3分钟的酸性预处理，使铝合金表面形成密集的微坑蚀和一层由相对于铝合金而言电位较正的密集的不连续的正电位金属覆盖层；所述的碱性粗化处理是将经酸性预处理工序后的铝合金置于一温度为60-80度，由0．2-0．9摩尔氢氧化钠／升、0-2摩尔无水碳酸钠、至少含有一种0．1-1．6摩尔氧化性离子／升配制而成的碱性粗化液内进行2-4分钟的碱性粗化处理，便可使铝合金表面形成粗糙度较高的粗化面。
2.根据权利要求1所述的铝合金表面化学纹理直接蚀刻的方法，其特征在于金属离子可以是锌离子、铁离子、铜离子、汞离子、铬离子、镍离子等。
3.根据权利要求1所述的铝合金表面化学纹理直接蚀刻的方法，其特征在于所述的氧化性离子可以是铬酸根离子、氯酸根离子、过硫酸根离子、过硼酸根离子、硝酸根离子、铁离子、铜离子等。
全文摘要
一种铝合金表面化学纹理直接蚀刻的方法包括:对被加工铝材进行常规化学除油、水洗、出光、出光等工序,其特征在于:铝合金表面高粗糙度砂状或丝状粗化面是通过酸性预处理工序和碱性粗化处理工序来实现。通过本发明处理的铝面有砂状纹理粗细均匀,色泽美观,同批次效果一致性极好,粗糙度可达R
文档编号C23F1/00GK1279302SQ0011731
公开日2001年1月10日 申请日期2000年8月7日 优先权日2000年8月7日
发明者杨丁 申请人:杨丁