专利名称：一种含镁高硅变形铝合金表面电解着色膜的制备方法
技术领域：
本发明属于表面处理技术领域，具体涉及一种含镁高硅变形铝合金表面电解着色膜的制备方法。
背景技术：
含镁高硅变形铝合金，是一种含硅量高达10_15wt%的含镁高硅变形铝合金，是我国研发的具有完全自主知识产权的新型铝合金，是一种典型的资源节约型、环境友好型的高性能低成本新材料。它具有优于6XXX系变形铝合金的室温强度和与之相当的塑性，在民用和工业领域具有广阔的应用空间。但在铝基体中添加高含量硅元素，能够改善其铸造性能，增加材料硬度和强度，却也降低了其耐蚀性。对于建筑铝型材和其它工业铝型材，表面处理是进一步提高铝型材表面硬度、耐腐蚀性能和美观程度不可缺少的工艺过程。工业上常用的铝及其合金的表面处理工艺为阳极氧化、电解着色和电泳涂装，其中以阳极氧化最为普遍。铝及其合金的阳极氧化同时包含金属铝表面溶解和氧化铝在表面生成两个过程，最终结果是在材料表面生成一层微米级的三氧化二铝薄膜，起到提高硬度和耐蚀性作用。与普通铝合金相比，含镁高硅变形铝合金经过阳极氧化处理，表面金属铝溶解后，露出不被氧化的单质硅，生成的氧化铝薄膜不易覆盖单质硅，单质硅硬度低，硅颗粒造成的间隙容易腐蚀，需要在预处理步骤时进行去灰处理， 因此，对含镁高硅变形铝合金材料的表面处理有更高要求，目前尚未解决，同时目前常用的普通铝合金的表面锡盐电解着色的方法，在铝合金表面形成的电解着色膜是以银白色和青铜色色调为主，装饰性不强。
发明内容
为了弥补现有技术对含镁高硅变形铝合金表面处理的国际空白，针对含镁高硅变形铝合金耐蚀性差的不足之处，本发明提供一种电解着色膜的制备方法，用以提高含镁高硅变形铝合金的耐蚀性和装饰性。本发明的电解着色膜的制备过程为预处理、直流阳极氧化和交流电解着色。具体按以下步骤进行 (1)预处理
预处理包括机械处理、除油、碱蚀、酸洗、去灰五道工序。以往铝合金阳极氧化的预处理为四道工序，没有去灰工序。但含镁高硅变形铝合金由于高硅铝合金材料本身含硅量较高， 碱蚀之后在合金表面形成一层灰黑色的疏松的灰状物表面层，酸洗后仍残留，该灰状物要靠去灰工艺除去。选取含镁高硅变形铝合金工件，将其先后经300#水砂纸打磨、600#水砂纸打磨、 800#水砂纸打磨和1000#水砂纸打磨，再用抛光机抛光，使工件形成光泽表面；然后将其放入丙酮中超声10 min进行除油处理；之后将其置于碱槽中于60-65°C碱蚀2-aiiin，碱槽中的混合碱液成分为5g/L Na0H、20g/L Na3PO4和20g/L Na2CO3 ；将碱蚀后工件在Imin内移往清水槽中清洗，停留Imin后，再将其放入酸槽中于98-100°C恒温酸洗2-3 min，酸槽中混合酸液的成分为600 g/L质量浓度为85%的H3PO4,400 g/L质量浓度为98%的&S04，5g/ L Na2CO3 ；将酸洗后的工件在清水槽中浸泡lmin，然后在空气中晾干；对晾干后的工件进行去灰处理，将工件在常温下于去灰槽液中浸泡2-3s，去灰槽液的配方为90 g/L质量浓度为 98% 的 H2SO4,15 30 g/L NaF 和 50 g/L 质量浓度为 68% 的 HNO30 去灰反应比较复杂，主要反应有
Si + 4HN03 = SiO2- + 4N02 + 2H20(1)
SiO2 + 6HF = H2SiF6 + 2H20(2)
Al + 4HN03 = Al (NO3) 3 + NO + 2H20(3)
3M + 8HN03 = 3M (NO3)2 + 2N0 + 4H20(4)
Al2O3 + 6HNO3 = 2A1 (NO3) 3 + 3H20(5)
反应(4)中M代表铝件中的锰、铜等金属元素。硝酸的作用是氧化单质硅、溶解氧化铝膜而生成硝酸铝，对提高化学抛光质量起主要作用。氢氟酸的作用溶解二氧化硅，对于有盲孔的工件，酸洗后要充分清洗，使盲孔中不残存酸液。(2)阳极氧化
以经过预处理的铝合金工件为阳极，以石墨或铅板为阴极，以150-180 g/L的溶液作为电解槽液，在常温下进行直流阳极氧化10-30min，电流密度为1. 2-1. 8A/dm2。(3)交流电解着色
将经过阳极氧化的铝合金工件置于电解着色槽的槽液中，保持温度20-25°C，控制交流电压12-25V，进行交流电解着色10-15min。电解着色液的配方为8-12g/L SnS04，10-15g/L 质量浓度为 98%m&S04，6-10g/ L H3BO3,10-14g/L稳定剂I，0. 8-1. 2g/L稳定剂II。通过改变工艺参数，着色时间、温度、交流电压，可以得到香槟色，茶色，深茶色，青铜色或黑色五种不同颜色并且均勻性较好的着色膜。所述的稳定剂I为柠檬酸，稳定剂II为对苯二酚。本发明的主要着色物质为锡，使用原料为硫酸亚锡。在酸性不强的介质中，亚锡离子(Sn2+)极易水解，生成不溶于酸、碱的沉淀(反应6、7)。在酸性溶液中，Sn2+易被水中的溶解氧氧化成没有着色能力的Sn4+离子(反应8)。 SnSO4 + H2O = Sn(OH)2 J, + H2 SO4(6)
2SnS04 + O2 + 6H20 = Sn(OH)4 I + 2H2S04(7)
Sn2+ + O2 + H2+ = Sn4+ + H2O(8) 本发明的有益效果是
本发明通过控制电解着色工艺参数，在含镁高硅变形铝合金表面制备一层颜色由浅到深的着色膜，其颜色分别为香槟色、茶色、深茶色、青铜色和黑色，提高了含镁高硅变形铝合金表面的装饰性，以满足不同的需求；
本发明制备的电解着色膜膜层均致密，色泽均勻。着色膜厚度10_15μπι。热稳定试验和热震试验证实，着色膜在400°C以下稳定。根据GB-T6461-2002《金属基体上无机覆层腐蚀试验后的评级》，经过中性盐雾处理，电解着色膜的评级为9级。
具体实施例方式本发明实施例中所用的化学试剂为市场中购买的分析纯试剂。实施例1 (1)预处理
选取含硅量10wt%的含镁高硅变形铝合金工件，将其先后经300#水砂纸打磨、600#水砂纸打磨、800#水砂纸打磨、1000#水砂纸打磨，再用抛光机抛光，使工件形成光泽表面；然后将其放入丙酮中超声10 min进行除油处理；之后将其置于碱槽中于6(T65°C碱蚀2lmin， 碱槽中的混合碱液成分为5g/L Na0H、20g/L Na3P0dP20g/L Na2CO3 ；将碱蚀后工件在lmin 内移入清水槽中清洗，停留Imin后，再将其放入酸槽中于98 100°C恒温酸洗纩3 min，酸槽中混合酸液的成分为600 g/L质量浓度为85%的H3PO4,400 g/L质量浓度为98%的H2SO4, 5g/L Na2CO3 ；将酸洗后的工件在清水槽中浸泡lmin，然后在空气中晾干；对晾干后的工件进行去灰处理，将工件在常温下于去灰槽液中浸泡&，去灰槽液的配方为90 g/L质量浓度为98%的H2SO4,15 g/L NaF和50 g/L质量浓度为68%的HNO30(2)阳极氧化
以经过预处理的铝合金工件为阳极，以铅板为阴极，以160 g/L的H2SO4溶液作为电解槽液，在常温下进行直流阳极氧化lOmin，电流密度为1. 5A/dm2。(3)交流电解着色
将经过阳极氧化的铝合金工件置于电解着色槽的槽液中，保持温度2(T25°C，控制交流电压12V，进行交流电解着色5min。电解着色液的配方为8 g/L SnS04，10g/L质量浓度为98%&&S04，6g/L H3BO3, 10g/L稳定剂I，0. 8g/L稳定剂II，得到厚度为10 μ m的香槟色电解着色膜。实施例2 (1)预处理
选取含硅量12wt%的含镁高硅变形铝合金工件，将其先后经300#水砂纸打磨、600#水砂纸打磨、800#水砂纸打磨、IOOOs水砂纸打磨，再用抛光机抛光，使工件形成光泽表面；然后将其放入丙酮中超声10 min进行除油处理；之后将其置于碱槽中于6(T65°C碱蚀2lmin， 碱槽中的混合碱液成分为5g/L Na0H、20g/L Na3P0dP20g/L Na2CO3 ；将碱蚀后工件在lmin 内移入清水槽中清洗，停留Imin后，再将其放入酸槽中于98 100°C恒温酸洗纩3 min，酸槽中混合酸液的成分为600 g/L质量浓度为85%的H3PO4,400 g/L质量浓度为98%的H2SO4, 5g/L Na2CO3 ；将酸洗后的工件在清水槽中浸泡lmin，然后在空气中晾干；对晾干后的工件进行去灰处理，将工件在常温下于去灰槽液中浸泡3s，去灰槽液的配方为90 g/L质量浓度为98%的H2SO4,15 30 g/L NaF和50 g/L质量浓度为68%的HNO30(2)阳极氧化
以经过预处理的铝合金工件为阳极，以石墨为阴极，以160 g/L的H2SO4溶液作为电解槽液，在常温下进行直流阳极氧化15min，电流密度为1. 5A/dm2。(3)交流电解着色
将经过阳极氧化的铝合金工件置于电解着色槽的槽液中，保持温度2(T25°C，控制交流电压15V，进行交流电解着色lOmin。电解着色液的配方为9 g/L SnSO4,11 g/L质量浓度为98%的H2SO4, 7g/L H3BO3,llg/L稳定剂I，0. 9g/L稳定剂II，得到厚度为12ym的茶色电解着色膜。实施例3 (1)预处理
选取含硅量15wt%的含镁高硅变形铝合金工件，将其先后经300#水砂纸打磨、600#水砂纸打磨、800#水砂纸打磨、1000#水砂纸打磨，再用抛光机抛光，使工件形成光泽表面；然后将其放入丙酮中超声10 min进行除油处理；之后将其置于碱槽中于6(T65°C碱蚀2lmin， 碱槽中的混合碱液成分为5g/L Na0H、20g/L Na3P0dP20g/L Na2CO3 ；将碱蚀后工件在lmin 内移入清水槽中清洗，停留Imin后，再将其放入酸槽中于98 100°C恒温酸洗纩3 min，酸槽中混合酸液的成分为600 g/L质量浓度为85%的H3PO4,400 g/L质量浓度为98%的H2SO4, 和5g/L Na2CO3 ；将酸洗后的工件在清水槽中浸泡lmin，然后在空气中晾干；对晾干后的工件进行去灰处理，将工件在常温下于去灰槽液中浸泡2-3s，去灰槽液的配方为90 g/L质量浓度为98%的H2SO4, 20 g/L NaF和50 g/L质量浓度为68%的HNO30(2)阳极氧化
以经过预处理的工件为阳极，以石墨为阴极，以160 g/L WH2SO4溶液作为电解槽液，在常温下进行直流阳极氧化20min，电流密度为1. 5A/dm2。(3)交流电解着色
将经过阳极氧化的铝合金工件置于电解着色槽的槽液中，保持温度2(T25°C，控制交流电压18V，进行交流电解着色12min。电解着色液的配方为10 g/L SnSO4,12g/L质量浓度为98%的&S04，8g/L H3BO3, 12g/L稳定剂I，1.0g/L稳定剂II，得到厚度为13 μ m的深茶色电解着色膜。实施例4 (1)预处理
选取含硅量13wt%的含镁高硅变形铝合金工件，将其先后经300#水砂纸打磨、600#水砂纸打磨、800#水砂纸打磨、1000#水砂纸打磨，再用抛光机抛光，使工件形成光泽表面；然后将其放入丙酮中超声10 min进行除油处理；之后将其置于碱槽中于6(T65°C碱蚀2lmin， 碱槽中的混合碱液成分为5g/L Na0H、20g/L Na3P0dP20g/L Na2CO3 ；将碱蚀后工件在lmin 内移入清水槽中清洗，停留Imin后，再将其放入酸槽中于98 100°C恒温酸洗纩3 min，酸槽中混合酸液的成分为600 g/L质量浓度为85%的H3PO4,400 g/L质量浓度为98%的H2SO4, 5g/L Na2CO3 ；将酸洗后的工件在清水槽中浸泡lmin，然后在空气中晾干；对晾干后的工件进行去灰处理，将工件在常温下于去灰槽液中浸泡2s，去灰槽液的配方为90 g/L质量浓度为98%的H2SO4, 25 g/L NaF和50 g/L质量浓度为68%的HNO30(2)阳极氧化
以经过预处理的铝合金工件为阳极，以铅板为阴极，以160 g/L的H2SO4溶液作为电解槽液，在常温下进行直流阳极氧化25min，电流密度为1. 5A/dm2。(3)交流电解着色
将经过阳极氧化的铝合金工件置于电解着色槽的槽液中，保持温度2(T25°C，控制交流电压2IV，进行交流电解着色IOmin。电解着色液的配方为11 g/L SnSO4,13g/L质量浓度为98%的&S04，9g/L H3BO3, 13g/L稳定剂1,1. lg/L稳定剂II，得到厚度为14 μ m的青铜色电解着色膜。
实施例5
(1)预处理
选取硅含量12wt%的含镁高硅变形铝合金工件，将其先后经300#水砂纸打磨、600#水砂纸打磨、800#水砂纸打磨、1000#水砂纸打磨，再用抛光机抛光，使工件形成光泽表面；然后将其放入丙酮中超声10 min进行除油处理；之后将其置于碱槽中于6(T65°C碱蚀2lmin， 碱槽中的混合碱液成分为5g/L Na0H、20g/L Na3P0dP20g/L Na2CO3 ；将碱蚀后工件在lmin 内移入清水槽中清洗，停留Imin后，再将其放入酸槽中于98 100°C恒温酸洗纩3 min，酸槽中混合酸液的成分为600 g/L质量浓度为85%的H3PO4,400 g/L质量浓度为98%的H2SO4, 5g/L Na2CO3 ；将酸洗后的工件在清水槽中浸泡lmin，然后在空气中晾干；对晾干后的工件进行去灰处理，将工件在常温下于去灰槽液中浸泡2s，去灰槽液的配方为90 g/L质量浓度为98%的H2SO4, 30 g/L NaF和50 g/L质量浓度为68%的HNO30(2)阳极氧化
以经过预处理的铝合金工件为阳极，以石墨或铅板为阴极，以160 g/L的溶液作为电解槽液，在常温下进行直流阳极氧化15min，电流密度为1. 5A/dm2。(3)交流电解着色
将经过阳极氧化的铝合金工件置于电解着色槽的槽液中，保持温度22°C，控制交流电压25V，进行交流电解着色15min。电解着色液的配方为12 g/L SnSO4, 15g/L质量浓度为98%的&S04，10g/L H3BO3, 14g/L稳定剂I，1.2g/L稳定剂II，得到厚度为15 μ m的黑色电解着色膜。
权利要求
1.一种含镁高硅变形铝合金表面电解着色膜的制备方法，其特征在于首先选取含镁高硅变形铝合金工件，将其先后经300#水砂纸打磨、600#水砂纸打磨、800#水砂纸打磨、1000#水砂纸打磨，再用抛光机抛光，使工件形成光泽表面；然后将其放入丙酮中超声 10 min进行除油处理；之后将其置于碱槽里的碱液中于60-65°C条件下碱蚀2_;3min ；将碱蚀后工件在Imin内移入清水槽中清洗，停留Imin后，再将其放入酸槽里的混合酸液中 98-100°C恒温酸洗2-3 min ；将酸洗后的工件在清水槽中浸泡lmin，然后在空气中晾干；对晾干后的工件进行去灰处理，将工件在常温下于去灰槽液中浸泡2-3s ；然后将经过预处理的高硅铝合金工件作为阳极，以石墨或铅板为阴极，以150-180 g/L的H2SO4溶液作为电解槽液，在常温下进行直流阳极氧化10-30min，电流密度为1. 2-1. 8A/dm2 ；其特征在于将经过阳极氧化的高硅铝合金工件置于电解着色槽的槽液中，保持温度20-25°C，控制交流电压 12-25V，进行交流电解着色10-15min ；电解着色液的配方为8-12 g/L SnSO4,10_15g/L质量浓度为98%的H2SO4,6-10g/L H3BO3,10_14g/L稳定剂I，0. 8-1. 2g/L稳定剂II，在铝合金工件表面形成香槟色、茶色、深茶色、青铜色或黑色的电解着色膜。
2.根据权利要求1所述的一种含镁高硅变形铝合金表面电解着色膜的制备方法，其特征在于所述的碱槽中的混合碱液成分为5g/L Na0H、20g/L Na3PO4*20g/L Na2CO3 ；所述的酸槽中混合酸液的成分为600 g/L质量浓度为85%的H3PO4,400 g/L质量浓度为98%的 H2SO4, 5g/LNa2C03 ；所述的去灰槽液的配方为90 g/L质量浓度为98%的&S04，15 30 g/L NaF和50 g/L质量浓度为68%的HNO3;所述的稳定剂I为柠檬酸，稳定剂II为对苯二酚。
3.根据权利要求1所述的一种含镁高硅变形铝合金表面彩色电泳涂膜的制备方法，其特征在于所述的种含镁高硅变形铝合金含硅量达10-15wt%。
全文摘要
本发明属于表面处理技术领域，具体涉及一种含镁高硅变形铝合金表面电解着色膜的制备方法，本发明的技术方案包括预处理，直流阳极氧化和交流电解着色，其要点是控制交流电压12-25V，进行交流电解着色10-15min，调节电解液成分配比，在含镁高硅变形铝合金表面制备颜色分别为香槟色、茶色、深茶色、青铜色和黑色的电解着色膜，提高了含镁高硅变形铝合金表面的装饰性的同时，提高了含镁高硅变形铝合金表面的耐磨性、耐蚀性、热稳定性，本发明的电解着色膜各项性能均达到或优于国家标准。
文档编号C25D11/16GK102260896SQ201110213380
公开日2011年11月30日 申请日期2011年7月28日 优先权日2011年7月28日
发明者于福晓, 尚妍, 李光禄, 牛盾, 王林山 申请人:东北大学