专利名称：：一种微弧氧化的电解液及微弧氧化方法
技术领域：
：本发明涉及一种微弧氧化的电解液，还涉及一种微弧氧化的方法。
背景技术：
：目前，轻金属材料，例如铝、镁、钛及其合金，以其重量轻、比强度高、辗性和延展性好、易于加工的特点广泛用于航天、航空、汽车、建筑以及电子行业。但美中不足的是轻金属的表面质软、不耐磨损、不耐高温，并且尤其是铝的腐蚀电位较低，全面腐蚀比较严重。为了克服轻金属表面性能方面的缺陷，扩大应用范围，延长使用寿命，因此需要对轻金属材料表面进行氧化，使其表面生成一层保护膜，用以解决或提高表面性能和装饰性的功能。在轻金属材料表面进行微弧氧化获得微弧氧化膜具有很多优点前处理简单、膜层生长速度快、硬度高、电解液不污染环境。因而微弧氧化技术的应用越来越广泛。为了使轻金属材料表面的微弧氧化膜具有更美观的装饰效果，希望能使微弧氧化膜具备彩色的效果。为了使微弧氧化膜具备彩色的效果，有人在研究中在微弧氧化的电解液中直接添加颜料或者染料，但是，这样会使微弧氧化膜在轻金属材料表面的附着力变差，并且上色不均匀，达不到希望的效果。还有人在研究中将在表面上形成了微弧氧化膜的轻金属材料浸入放置了染色剂的染色槽中进行着色。但是，这样进行染色的微弧氧化膜颜色不均匀，附着力差，容易脱落，并且很难达到预期的染色效果。
发明内容4本发明的目的在于克服上述现有技术中使微弧氧化膜表面的颜色不均匀、附着力差的缺陷，提供一种能够形成彩色微弧氧化膜且该彩色微弧氧化膜表面的颜色均匀、附着力好的微弧氧化的电解液，还提供一种微弧氧化的方法。本发明提供了一种微弧氧化的电解液，该电解液为含有磷酸盐和硅酸盐的水溶液，且电解液的pH值为6-12，其中，所述电解液还含有硫酸钠、硫酸钴、偏钒酸铵、硫酸铜和高锰酸钾中的一种或几种。本发明还提供了一种微弧氧化的方法，该方法包括将轻金属材料置于盛有电解液的电解槽中，以轻金属材料为阳极，以不锈钢板为阴极，在微弧氧化的条件下使轻金属材料表面形成微弧氧化膜，其中，所述电解液为本发明提供的彩色微弧氧化的电解液。根据本发明提供的微弧氧化的电解液以及微弧氧化的方法，可以使轻金属材料的微弧氧化膜获得黑色、白色、黄色、褐色、青褐色、灰色、及各种颜色中带斑点等十几种颜色，而且颜色很均匀，使轻金属产品具有美观的装饰效果。同时，轻金属材料表面获得的微弧氧化膜的耐污性和致密性均很好，因而，大大提升了铝合金的附加价值和实际使用价值。具体实施例方式本发明提供的彩色微弧氧化的电解液为含有磷酸盐和硅酸盐的水溶液，且电解液的pH值为6-12，其中，所述电解液还含有调色剂，所述调色剂为硫酸钠、硫酸钴、偏钒酸铵、硫酸铜和高锰酸钾中的一种或几种。根据本发明提供的电解液，所述磷酸盐和硅酸盐为所述电解液中的主成膜剂，主要影响微弧氧化膜的成膜速度。在一定的范围内，随着磷酸盐或硅酸盐浓度的增加，微弧氧化成膜速度加快。根据本发明提供的电解液，硫酸钠、硫酸钴、偏钒酸铵、硫酸铜和高锰酸钾均作为调色剂，通过选择调色剂或者改变这些调色剂在溶液中的组成，可以改变轻金属材料表面微弧氧化膜的颜色，得到具有不同色彩的微弧氧化膜。例如，使用高锰酸钾可以得到黄色，使用硫酸钴可以得到褐色等。根据本发明提供的电解液，电解液的pH值为6-12，所述电解液的pH值可以通过本领域技术人员公知的方法来调节，例如通过加入碱来调节，所述碱可以采用氢氧化钠、碳酸钠和氢氧化钾中的一种或几种，所述碱在电解液中的含量为0.1-10g/L，优选为l-6g/L。根据本发明提供的电解液，在优选情况下，所述电解液中磷酸盐的含量为5-50g/L、优选为20-40g/L，所述硅酸盐的含量为5-50g/L、优选为5-10g/L，调色剂的含量为0.1-20g/L、优选为l-8g/L。在所述电解液中，各种调色剂的含量为，所述硫酸钠的含量为0.1-10g/L、优选为0.1-2g/L，所述硫酸钴的含量为0.1-10g/L、优选为4-8g/L，所述偏钒酸铵的含量为0.1-10g/L、优选为4-10g/L，所述硫酸铜的含量为0.1-10g/L、优选为l-6g/L，所述高锰酸钾的含量为0.1-10g/L、优选为l-5g/L。根据本发明提供的电解液，在优选情况下，所述磷酸盐为三偏磷酸钠、六偏磷酸钠、三聚磷酸钠、多聚磷酸钠和磷酸钠中的一种或几种；所述硅酸盐为硅酸钠和/或硅酸钾。根据本发明提供的电解液，在优选情况下，所述电解液还含有添加剂，所述添加剂为硫酸镍、钼酸钠、鸭酸钠、氯化铁、硼砂、丙三醇和乙二胺中的一种或几种。其中，硫酸镍、鸨酸钠、钼酸钠、氯化铁和硼砂可以改善轻金属表面微弧氧化膜的表面性能，例如硬度、细致度、均匀性和耐污性，而丙三醇和/或乙二醇可以起到稳定溶液的作用，使电解过程中不易产生溶液飞根据本发明提供的电解液，在优选情况下，在所述电解液中，各种添加剂的含量为，所述硫酸镍的含量为0.1-10g/L、优选为l-3g/L，钼酸钠的含量6为0.1-2g/L，钨酸钠的含量为0.1-10g/L、优选为0.1-lg/L，氯化铁的含量为0.1-10g/L、优选为0.1-2g/L，硼砂的含量为0.1-10g/L、优选为6-10g/L，丙三醇的含量为0.1-10g/L、优选为l-2g/L，乙二胺的含量为0.1-10g/L、优选为l-2g/L。本发明提供的微弧氧化的方法包括将轻金属材料置于盛有电解液的电解槽中，以轻金属材料为阳极，以不锈钢板为阴极，在微弧氧化的条件下使轻金属材料表面形成微弧氧化膜，其中，所述电解液为本发明提供的微弧氧化的电解液。根据本发明提供的方法，在优选情况下，所述微弧氧化的条件包括，电流密度为0.5-10A/dm2，电压为0-800V，电解液的温度为15-60°C，微弧氧化的时间为2-30分钟。在上述条件下可以获得厚度为2-100微米的彩色微弧氧化膜。微弧氧化的具体过程为，将铝合金工件浸入电解液中作为阳极，以不锈钢板的电解槽作为阴极，将电压从O逐渐升高，升至5-50V时，工件表面产生阳极氧化，生成有一定电阻率的多孔性氧化铝薄膜，即阳极氧化膜。电压继续升高，升至300V左右时，工件表面产生光晕放电，此时工件表面形成陶瓷膜。当电压升高到400V左右时，工件表面形成的陶瓷膜即被高电压所击穿而形成火花放电通道，成为一个个红色的火花亮点时升时灭，当电压进一步升高到500-600V时，火花颜色由红变白，亮点由小变大。电压可高升至800V，不断地产生火花放电。如此，在电化学、化学、等离子体物理等作用下，在铝合金工件表面原位生长出一层A1203陶瓷膜。根据本发明提供的方法，在优选情况下，所述轻金属材料可以为铝或铝合金，例如铝合金材料可以是牌号为2024、5052、6061、6063的铝合金材料。根据本发明提供的方法，在优选情况下，对轻金属表面形成的彩色微弧7氧化膜的微孔进行封闭，然后干燥。对轻金属表面形成的彩色微弧氧化膜的微孔进行封闭的方法可以采用本领域技术人员所公知的各种方法，例如水封闭法、镍封、有机硅封孔等方法。本发明优选采用水封闭法，该方法包括用70-90。C的纯水浸泡附着有彩色微弧氧化膜的轻金属0.5-10分钟。对轻金属表面形成的彩色微弧氧化膜的微孔进行封闭后，接着干燥。干燥可以采用10-5(TC的风吹干。本发明对轻金属进行微弧氧化的具体步骤还包括前处理，即对轻金属材料进行脱脂。对轻金属材料进行脱脂的方法为本领域技术人员公知的各种方法，例如该方法包括，将轻金属材料浸泡于脱脂溶液中5-10分钟，然后用水冲洗干净。脱脂溶液的组分及配方含量为本领域技术人员公知的各种组分及配方含量，例如本发明所选用的脱脂溶液为含有氢氧化钠20-50克/升，磷酸钠30-50克/升和硅酸钠10-30克/升的水溶液，并且脱脂溶液的温度为60-85°C。下面采用实施例的方式对本发明进行进一步详细地描述。实施例1处理工件铝合金手机电池盖；材料型号A160611、前处理将上述铝合金工件浸泡于脱脂溶液中10分钟，然后用水冲洗干净。脱脂溶液为含有氢氧化钠30克/升，磷酸钠40克/升和硅酸钠20克/升的水溶液，脱脂溶液的温度为7(TC。2、微弧氧化将脱脂后的铝合金工件浸入微弧氧化电解液中，以铝合金工件为阳极，不锈钢板为阴极，在25'C左右的条件下采用0-600伏特的电压，5A/dn^的电流密度进行微弧氧化10分钟，完成后取出用纯水清洗干净。该微弧氧化电解液为含有六偏磷酸钠20g/L，三偏磷酸钠15g/L，硅酸钠8g/L，高锰酸钾lg/L和氢氧化钠6g/L的水溶液。将上述进行微弧氧化后的铝合金工件浸入温度为85t:的热纯水中封闭5分钟，然后取出吹干。最终得到附着有厚度为9微米的黄色微弧氧化膜的铝合金产品。经过目视观察，颜色很均匀。对比例1按照实施例1中描述的方法对铝合金工件进行微弧氧化，不同的是，电解液中不含有高锰酸钾，得到附着有厚度为9微米的微弧氧化膜的铝合金产1=1叩o然后将上述附着有微弧氧化膜的铝合金产品浸入放置了染色剂的染色槽中进行着色，着色的温度为60°C，时间为3分钟，染色剂为牌号为永光K213的棕色染色剂。经过目视观察，颜色不均匀，水洗易脱落。实施例2按照实施例1中描述的方法对铝合金工件进行微弧氧化，不同的是，微弧氧化电解液为含有六偏磷酸钠10g/L，三偏磷酸钠12.5g/L，硫酸钴6g/L的水溶液；微弧氧化的时间为7分钟。最终获得附着有厚度为8微米的褐色微弧氧化膜的铝合金产品。经过目视观察，颜色很均匀。实施例3按照实施例1中描述的方法对铝合金工件进行微弧氧化，不同的是，电解液为含有六偏磷酸钠10g/L，三偏磷酸钠12.5g/L，硫酸钴4g/L的水溶液；9微弧氧化的时间为4分钟。最终获得附着有厚度为6微米的青褐色带斑点的微弧氧化膜的铝合金产品。经过目视观察，颜色很均匀。实施例4按照实施例1中描述的方法对铝合金工件进行微弧氧化，不同的是，电解液为含有六偏磷酸钠20g/L，三偏磷酸钠20g/L，硅酸钠6g/L，硫酸铜5g/L，钨酸钠0.5g/L的水溶液；微弧氧化的时间为20分钟。最终获得附着有厚度为15微米的灰白色带斑点的微弧氧化膜的铝合金产品。经过目视观察，颜色很均匀。实施例5按照实施例1中描述的方法对铝合金工件进行微弧氧化，不同的是，电解液为含有六偏磷酸钠20g/L，三偏磷酸钠15g/L，硅酸钠8g/L，硫酸铜0.5g/L，高锰酸钾1.2g/L和氢氧化钠6g/L的水溶液。最终获得附着有厚度为9微米的灰色的微弧氧化膜的铝合金产品。经过目视观察，颜色很均匀。性能测试(1)耐污性测试分别用棉布沾取测试溶剂异丙醇、人工汗、汽油后，在产品表面摩擦2分钟，产品表面应无变色、无脱落；再将测试溶剂唇膏、护手霜、粉底霜、食用油、杀虫剂、防晒液分别在产品表面涂覆均匀，放置24小时后用水冲洗，产品表面应无变色、无污痕为合格。其中，人工汗的配方为尿素lg/L，氯化钠5g/L，乳酸1.14g/L，余量为水，pH值为6.5。(2)表面粗糙度测试测试仪器3D轮廓仪(北京汇德信科技有限公司，KLOCKE)测试产品表面的Ra值(粗糙度值的算术平均值，测试方法仪器自动扫描，显示结果)。(3)RCA纸带耐磨测试使用型号为F350008的RCA纸带耐磨仪，在175克力下磨擦产品表面的微弧氧化膜层，磨至露出铝合金材料表面时，记录橡胶轮转动的圈数；(4)铅笔硬度测试(ASTMD3363-74)仪器铅笔硬度计F130027检验方法按照ASTMD3363，负荷750克，铅笔三菱UNI(5)中性盐雾腐蚀测试将产品样品置于盐雾腐蚀试验箱(上海源正实验仪器有限公司，FQY050)内，在35。C下用浓度为5士0.5重量X的氯化钠水溶液在产品样品表面连续喷雾8小时，然后取出进行观测，并记录产品样品表面的腐蚀面积占膜层总面积的百分含量作为盐雾腐蚀比例。(6)电绝缘性用万用表对样品表面的两点测试电阻。将实施例1-4所得到的形成有微弧氧化膜的铝合金工件的产品分别按照上述性能测试方法进行耐污性、耐刮性、表面粗糙度、RCA纸带耐磨、铅笔硬度、中性盐雾腐蚀和电绝缘性的测试，测试的结果列于表l中。ii表l<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>从表1的结果可以看出，采用本发明提供的微弧氧化的电解液和微弧氧化的方法对铝合金工件进行微弧氧化，采用本发明提供的微弧氧化的电解液和微弧氧化的方法不仅可以在轻金属材料表面形成彩色微弧氧化膜，而且该彩色微弧氧化膜的各种表面性能如耐污性、耐磨性、耐腐蚀性、表面致密度的性能均很高，并且硬度很高。权利要求1、一种微弧氧化的电解液，该电解液为含有磷酸盐和硅酸盐的水溶液，且电解液的pH值为6-12，其特征在于，所述电解液还含有调色剂，所述调色剂为硫酸钠、硫酸钴、偏钒酸铵、硫酸铜和高锰酸钾中的一种或几种。2、根据权利要求l所述的电解液，其中，磷酸盐的含量为5-50g/L，所述硅酸盐的含量为5-50g/L，所述调色剂的含量为0.1-20g/L。3.，士日+E士T7^ll面^V,Gt二^"rVi出為P、、,fe"甘rh7T米ffl^七hrViA县水。A/lArr/Tj、'iixo/^n人t'j;5c^]、厶〃iao2utj^ti/tj十fix，六n"'，w平欧:ntLU'jrt里yv厶v/—4(Jg/_L，所述硅酸盐的含量为5-10g/L，所述调色剂的含量为l-8g/L。4、根据权利要求1-3中任意一项所述的电解液，其中，所述磷酸盐为三偏磷酸钠、六偏磷酸钠、三聚磷酸钠、多聚磷酸钠和磷酸钠中的一种或几种；所述硅酸盐为硅酸钠和/或硅酸钾。5、根据权利要求1或2所述的电解液，其中，所述电解液还含有添加剂，所述添加剂为硫酸镍、钼酸钠、钨酸钠、氯化铁、硼砂、丙三醇和乙二胺中的一种或几种。6、根据权利要求5所述的电解液，其中，所述添加剂的含量为0.1-20g/L。7、根据权利要求6所述的电解液，其中，所述添加剂的含量为l-10g/L。8、一种彩色微弧氧化的方法，该方法包括将轻金属材料置于盛有电解液的电解槽中，以轻金属材料为阳极，以不锈钢板为阴极，在微弧氧化的条件下使轻金属材料表面形成微弧氧化膜，其特征在于，所述电解液为权利要求1-7中任意一项所述的微弧氧化的电解液。9、根据权利要求8所述的方法，其中，所述微弧氧化的条件包括，电流密度为0.5-10A/dm2，电压为0-800V，电解液的温度为15-60°C，微弧氧化的时间为2-30分钟。10、根据权利要求8所述的方法，其中，所述轻金属材料为铝或铝合金。全文摘要本发明提供了一种微弧氧化的电解液，该电解液为含有磷酸盐和硅酸盐的水溶液，且电解液的pH值为6-12，其中，所述电解液还含有调色剂，所述调色剂为硫酸钠、硫酸钴、偏钒酸铵、硫酸铜和高锰酸钾中的一种或几种。本发明提供的微弧氧化的电解液以及微弧氧化的方法，可以使轻金属材料的微弧氧化膜获得多种颜色，而且颜色很均匀，使轻金属产品具有美观的装饰效果。同时，轻金属材料表面获得的微弧氧化膜的耐污性和致密性均很好，因而，大大提升了铝合金的附加价值和实际使用价值。文档编号C25D11/02GK101445949SQ20071019540公开日2009年6月3日申请日期2007年11月27日优先权日2007年11月27日发明者清宫,军林,林宏业,磊王,鑫王,南赵申请人:比亚迪股份有限公司