本申请涉及铝合金的表面处理技术领域，具体讲，涉及一种铝合金的表面处理方法及相应的铝合金。
背景技术：
将铝合金在酸性溶液和适当的电压下进行氧化，能得到多孔型阳极氧化铝膜。其生产工艺一般包括：机械抛光——化学处理去掉某些合金表面的铜成分——清洗去油(对于已经阳极化的零件，若需要重新阳极化，是用碱或者专用药剂去掉原来的阳极化表层)——放入稀硫酸中作为阳极进行通电，生成表面多孔性的氧化层(为白色半透明薄膜)——染色——固定(加热或者用铬酸盐溶液使表面氧化层的孔封闭)。
铝的表面技术中，阳极氧化是应用最广与最成功的技术，也是研究和开发最深入与最全面的技术。铝的阳极氧化膜具有一系列优越的性能，可以满足多种多样的需求，因此被誉为铝的一种万能的表面保护膜。具体地，其具有以下特性：1)耐蚀性。铝阳极氧化膜可以有效保护铝基体不受腐蚀，阳极氧化膜显然比自然形成的氧化膜性能更好，膜厚和封孔质量直接影响使用性能。2)硬度和耐磨性。铝阳极氧化膜的硬度比铝基体高得多，基体的硬度为HV100，普通阳极氧化膜的硬度约HV300，而硬度氧化膜可达到HV500。耐磨性与硬度的关系是一致的。3)装饰性。铝阳极氧化膜可保护抛光表面的金属光泽，阳极氧化膜还可以染色和着色，获得和保持丰富多彩的外观。4)有机涂层和电镀层附着性。铝阳极氧化膜是铝表面接受有机涂层和电镀层的一种方法，它有效地提高表面层的附着力和耐蚀性。5)电绝缘性。铝是良导体，铝阳极氧化膜是高电阻的绝缘膜。绝缘击穿电压大于30V/mm，特殊制备的高绝缘膜甚至达到大约200V/mm。6)透明性。铝阳极氧化膜本身透明度很高，铝的纯度愈高，则透明度愈高。铝合金材料的纯度和合金成分都对透明性有影响。7)功能性。利用阳极氧化膜的多孔性，在微孔中沉积功能性微粒，可以得到各种功能性材料。正在开发中的功能部件功能有电磁功能、催化功能、传感功能和分离功能等。
阳极氧化是铝和铝合金最常用的表面处理工艺，但目前普遍使用的阳极氧化表面光泽为哑光，无法实现表面全光的光泽效果。
鉴于此，特提出本申请。
技术实现要素：
本申请的首要目的在于提出一种铝合金的表面处理方法。
本申请的第二目的在于提出所述处理方法得到的铝合金。
为了完成本申请的目的，采用的技术方案为：
一种铝合金的表面处理方法，所述方法至少包括以下步骤：
步骤一、对铝合金工件进行硬质阳极氧化；
步骤二、对硬质阳极氧化后的铝合金工件进行染色；
步骤三、对染色后的铝合金工件进行封孔；
步骤四、对封孔后的铝合金工件进行打蜡抛光；以及
步骤五、对打蜡抛光后的铝合金工件进行磁流变抛光。
优选地，步骤一中，所述硬质阳极氧化采用硫酸和草酸的混合酸液作为电解液，其中硫酸浓度为120-150g/L，草酸浓度为10-15g/L。
优选地，步骤二中，所述硬质阳极氧化的电压为40-75V，电流密度为3.0-4.0A/mm2，阳极氧化槽体温度为8-11℃，硬质阳极氧化时间为40-70min。
优选地，所述得到的硬质阳极氧化膜厚25μm以上，维氏硬度350HV以上。
优选地，步骤二中，采用偶氮染料的水溶液进行染色。
优选地，所述偶氮染料与水的质量比为1：8-10，染色温度为70-80℃，染色时间为30-700s。
优选地，步骤三中，采用无镍封孔剂的水溶液进行封孔。
优选地，所述封孔剂的浓度为8-10g/L，封孔温度为85-100℃，封孔时间为30-50分钟。
优选地，步骤四中，采用小白蜡为抛光蜡，采用布轮或毛毡轮进行抛光，抛光轮转速为2500-3500rad/min，抛光时间为3-5min。
优选地，步骤五中，所述磁流变抛光在磁流变液中进行，所述磁流变液为含有磁性颗粒、基液和稳定剂的悬浮液。其中磁性颗粒为铁粉，粒度为1-10μm，含铁量大于97％，有效磁导率大于3；基液为烷氧基醇和去离子水的混合液；稳定剂为表面活性剂，其选自磷酸酯、脂肪酸、司盘、吐温中的至少一种。在磁流变液中烷氧基醇的质量分数为30％-60％，铁粉的质量分数为30％-60％，表面活性剂的质量分数为3％-8％，其余为去离子水。
优选地，磁流变抛光转速为4500-5500rad/min，抛光时间为3-5min。
本申请还涉及所述处理方法得到的铝合金工件。
本申请的技术方案至少具有以下有益的效果：
本申请涉及一种铝合金的表面处理方法，所述方法采用硬质阳极氧化、染色、封孔、打蜡拋光、磁流变抛光等工艺步骤，使铝合金工件表面实现全光光泽面的外观效果。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本申请。应理解，这些实施例仅用于说明本申请而不用于限制本申请的范围。
本申请涉及一种铝合金的表面处理方法，该方法使铝合金工件表面获得全光光泽的外观效果，有效提升铝合金材质的外观竞争力。
具体地，所述方法至少包括以下步骤：
步骤一、对铝合金工件(后可简称为“铝件”)进行硬质阳极氧化；
步骤二、对硬质阳极氧化后的铝件进行染色；
步骤三、对染色后的铝件进行封孔；
步骤四、对封孔后的铝件进行打蜡抛光；以及
步骤五、对打蜡抛光后的铝件进行磁流变抛光。
作为本申请处理方法的一种改进，在步骤一前需要对铝件表面进行机械预处理和阳极氧化前处理。
其中机械预处理主要分为“镜面研磨”和“喷砂”两个步骤，具体操作方式如下：
镜面研磨是将抛光液涂抹于软布轮、毛毡轮或聚氨酯(PU)皮轮上，利用机械转动使软布轮、毛毡轮或PU皮轮摩擦铝件表面，获得光亮如镜的表面加工过程。具体地，镜面研磨可在全自动镜面研磨机上进行，先进行粗抛光将粗糙和不规则表面修正成型，再进行镜面研磨，将铝件表面极微小的不平磨光。镜面研磨主要作用是去除铝件表面残留的数控刀具加工刀纹、毛刺、凹凸，使铝件表面得到镜面级别光亮的表面。镜面研磨能够使铝件表面减薄0.03mm。
“喷砂”是使用精华的压缩空气将干砂流或其他磨粒喷到铝件表面，从而去除表面缺陷，呈现出均匀一致无光砂面的一种操作方法。喷砂主要起到去除铝件表面的毛刺及其它缺陷污垢、改善铝合金机械性能等作用。所用砂粒一般为金刚砂、氧化铝颗粒、氧化锆颗粒、玻璃珠等。本申请采用氧化锆颗粒进行喷砂，氧化锆颗粒粒度可选用120#、150#、170#、205#，喷砂气压力为2.5-3.0Kg。
机械预处理完成后，由于铝件的原始表面一般存在自然氧化膜、油污和其它污染物，因此在进行阳极氧化之前需要对铝件表面进行阳极氧化前处理。阳极氧化前处理主要包括以下几个步骤：1、酸性脱脂；2、碱洗；3、除灰中和；4、超声水洗；5、化学抛光；
其中，酸性脱脂的目的是清除铝件表面的油脂和灰尘等污染物，使后面的碱洗比较均匀，以提高阳极氧化膜的质量。酸性脱脂在常温下进行，是在以硫酸和磷酸为基的酸性溶液中进行脱脂，其中磷酸在酸性溶液中的含量为30～40g/L，硫酸在酸性溶液中的含量为7～10g/L，酸性脱脂时间为3～5分钟。
碱洗的目的是进一步去除铝件表面的脏污和自然氧化膜，以显露出纯净的金属基体，为随后在阳极氧化过程中实现均匀导电，生成均匀阳极氧化膜打下良好的表面基础。碱洗是将铝件放入以氢氧化钠为主成分的碱性溶液中进行浸蚀反应，其中氢氧化钠在碱性溶液中的含量为40-55g/L，碱洗温度为40-50℃，碱洗时间为2-5分钟。
除灰中和的目的是除去碱洗后残留在铝件表面的杂质层，该杂质层的主要成分为不溶于碱性溶液的铜、铁、硅等金属间化合物及其碱洗产物，以防止它们对后续阳极氧化槽液的污染。除灰中和是采用一定浓度的硝酸溶液作为除灰中和槽液，通常采用质量分数为10％-25％的硝酸溶液，在常温下浸渍1-3分钟。
超声水洗的目的是彻底清除除灰中和后铝件表面残留的硝酸溶液，一般超声清洗两遍，每遍约2-3分钟。
化学抛光的目的是去除铝件表面轻微的模具痕、擦划伤条纹、机械抛光中的摩擦条纹、热变形层等，使粗糙的表面趋于光滑而获得近似镜面光亮的表面。化学抛光采用由磷酸、硫酸和硝酸组成的三酸化学抛光液，其特点是磷酸相对含量较低而硫酸相对含量较高，抛光温度偏高，相对传统化学抛光可更有效去除铝件表面杂质，得到更纯更光亮的表面效果。三酸化学抛光液中磷酸的浓度为25-30g/L，硫酸的浓度为30-35g/L，硝酸的浓度为7-10g/L，化学抛光温度为90-100℃，时间为15-30秒。
机械预处理和阳极氧化前处理完成后，对铝件进行硬质阳极氧化。作为本申请处理方法的一种改进，该硬质阳极氧化是以铝件为阳极，石墨板为阴极，以硫酸和草酸的混合酸为电解液，利用电解作用使铝件表面形成多孔型氧化铝膜层的过程。优选地，混合酸液中硫酸浓度为120-150g/L，草酸浓度为10-15g/L。硬质阳极氧化的电压为40-75V，电流密度为3.0-4.0A/mm2，阳极氧化槽体温度为8-11℃，硬质阳极氧化时间为40-70min。硬质阳极氧化过程中用磁力搅拌器搅拌电解液。得到的硬质阳极氧化膜厚25μm以上，维氏硬度350HV。
与普通阳极氧化相比，硬质阳极氧化可以增加得到的氧化膜的硬度和厚度，且生成的氧化膜附着力强(形成的氧化膜有50％渗透在铝合金内部，50％附着在铝合金表面，呈双向生长)，绝缘性和耐磨性好。本申请中，采用硬质阳极氧化是为了得到硬度较高的氧化膜层，在进行后续的阳极膜层抛光处理后，达到全光光泽效果。
作为本申请处理方法的一种改进，根据所需的颜色，对硬质阳极氧化后的铝件进行染色处理，染色原理为多孔铝合金氧化膜层对染料色粉的物理吸附着色，本申请中使用偶氮染料进行染色，具体方法为将需要的目标颜色色粉与去离子纯水以1：8-10的质量比混合，将温度加热到70-80℃，然后将硬质阳极氧化后的铝件浸入该偶氮染料溶液中染色。染色时间根据颜色效果设定，一般在30-700秒不等。偶氮染料为偶氮基两端连接芳基的一类有机化合物，是纺织品服装在印染工艺中应用最广泛的一类合成染料，用于多种天然和合成纤维的染色和印花，也用于油漆、塑料、橡胶等的着色。常见的偶氮染料种类有苏丹红、苯胺黄等。
作为本申请处理方法的一种改进，将染色后的铝件置于含有封孔剂的溶液中进行高温封孔处理。封孔的目的是将封孔剂及水合物沉浸入已填充染料色粉的阳极氧化铝膜层中，对氧化铝膜中的孔洞进行封闭处理，隔绝内部铝材与空气中其它物质的进一步反应。封孔剂大体分为有机封孔剂和无机封孔剂。其中有机封孔剂选自乙烯树脂、酚醛、改进型环氧树脂及聚氨树脂等，它们多是用于钢铁基体锌或铝涂层的封孔，工作温度不高，处于大气氧化、工业气氛、海水等环境。对于高温氧化介质，则用沥青基铝浆、铝硅酮树脂及某些硅酸盐、铬酸盐等无机封孔剂，最高工作温度可达980℃。选择封孔剂的主要依据是所处介质的腐蚀情况及工作温度。由于早期的镍盐封闭剂含Ni2+、F-，对人体和环境有毒害作用，本申请中使用无镍封孔剂。优选地，封孔剂的浓度为8-10g/L，封孔温度为85-100℃，封孔时间为30-50分钟。
作为本申请处理方法的一种改进，对经过硬质阳极氧化并染色封孔的铝件进行打蜡抛光。打蜡抛光的目的是通过在硬质氧化膜表面抛光，初步得到具有全光光泽的表面效果。抛光蜡为弱碱性研磨剂，选用小白蜡为抛光蜡，采用布轮或毛毡轮进行抛光，抛光轮转速为2500-3500转每分钟，抛光时间为3-5分钟。
作为本申请处理方法的一种改进，对打蜡抛光后的铝件进行磁流变抛光。磁流变效应的定义为：磁流变液在不加磁场时为可流动的液体，而在强磁场的作用下，其流变特性发生了急剧的转变，表现为类似固体的性质，撤掉磁场时又恢复其流动特性的现象。磁流变抛光技术正是利用磁流变抛光液在在梯度磁场中发生流变而形成的具有粘塑行为的柔性“小磨头”与工件之间具有快速的相对运动，使工件表面受到很大的剪切力，从而使工件表面得到磨光光亮效果。
磁流变抛光的关键在于磁流变液，其为包括磁性颗粒、基液和稳定剂的悬浮液。基液可以为水或有机溶剂，对应使用不同性质的稳定剂。在本申请中，磁性颗粒为铁粉，粒度为1-10μm，其含铁量大于97％，有效磁导率大于3；基液为烷氧基醇和去离子水的混合液；稳定剂为表面活性剂，其选自磷酸酯、脂肪酸、司盘、吐温中的至少一种。在磁流变液中烷氧基醇的质量分数为30％-60％，铁粉的质量分数为30％-60％，表面活性剂的质量分数为3％-8％，其余为去离子水。磁流变抛光转速为4500-5500rad/min，抛光时间为3-5min。磁流变抛光可在经过打蜡抛光后的铝件上得到表面更为平整更光亮的光泽效果。
本申请还涉及所述处理方法得到的铝合金工件，该铝合金工件依次经过硬质阳极氧化，打蜡抛光和磁流变抛光，可得到表面全光光泽的效果，提升铝材的外观竞争力。
实施例1～4
对经过机械预处理和阳极氧化前处理的铝件进行硬质阳极氧化。采用硫酸和草酸的混合酸液作为电解液，其中硫酸浓度为120-150g/L，草酸浓度为10-15g/L。硬质阳极氧化的电压为40-75V，电流密度为3.0-4.0A/mm2，阳极氧化槽体温度为8-11℃，硬质阳极氧化时间为40-70min。实施例1～4中硬质阳极氧化的实验参数和阳极氧化膜厚度如表1所示。
表1
表1说明，阳极氧化膜厚度与电压、电流密度、槽体温度和硬质阳极氧化时间成正相关关系。采用本申请的方案，可以在铝合金表面得到厚度在25μm以上的致密阳极氧化膜。
接下来对硬质阳极氧化后的铝件进行染色和封孔。采用偶氮染料的水溶液进行染色，偶氮染料与水的质量比为1:8-10，染色温度为70-80℃，染色时间为30-700s。封孔采用无镍封孔剂的水溶液进行，封孔剂的浓度为8-10g/L，封孔温度为85-100℃，封孔时间为30-50分钟。染色和封孔的实验参数如表2所示。
表2
染色步骤结束后，实施例1～4的铝件表面均得到均匀上色。封孔步骤结束后，用湿布擦拭铝材表面无染料渗透。
接下来对封孔后的铝件进行打蜡抛光。采用小白蜡为抛光蜡，采用布轮或毛毡轮进行抛光，抛光轮转速为2500-3500rad/min，抛光时间为3-5min。打蜡抛光的实验参数如表3所示。
表3
打蜡抛光后，实施例1～4的铝件表面平滑光洁，初步呈现具有全光光泽的表面效果。
接下来对打蜡抛光的铝件进行磁流变抛光。磁流变液为含有磁性颗粒、基液和稳定剂的悬浮液，其中磁性颗粒为铁粉，粒度为1-10μm，含铁量大于97％，有效磁导率大于3；基液为烷氧基醇与水的混合液，实施例中选用乙二醇单丁醚和去离子水的混合液；稳定剂为表面活性剂，其选自磷酸酯、脂肪酸、司盘、吐温中的至少一种，实施例中选用司盘60。在磁流变液中烷氧基醇的质量分数为30％-60％，铁粉的质量分数为30％-60％，表面活性剂的质量分数为3％-8％，其余为去离子水。磁流变抛光转速为4500-5500rad/min，抛光时间为3-5min。磁流变抛光的实验参数如表4所示。
表4
磁流变抛光结束后，实施例1～4的铝件表面获得有如玻璃镜面的剔透感和层次感，可达到全光光泽的效果。
对比例1
对经过机械预处理和阳极氧化前处理的铝件依次进行硬质阳极氧化、染色和封孔，实验参数同实施例1，结束后对铝件表面进行镜面抛光，铝件表面光亮，但表面光泽为亚光，无法实现表面全光效果。
对比例2～5
对经过机械预处理和阳极氧化前处理的铝件进行阳极氧化。采用硫酸作为电解液，其中硫酸浓度为150-200g/L。阳极氧化的电压为11-13V，电流密度为0.8-1.0A/mm2，阳极氧化槽体温度为18-22℃，阳极氧化时间为30-40min。后续的染色、封孔、蜡抛和磁流变抛光过程同实施例1。对比例2～5中阳极氧化的实验参数和得到的阳极氧化膜厚度如表5所示。
表5
磁流变抛光结束后，对比例2～5的铝件表面光亮，但表面光泽不均匀且存在部分磨痕，无法实现表面全光效果。
通过实施例与对比例1对比可知，本申请提供的铝合金的表面处理方法，由于加入了蜡抛和磁流变抛光过程，能使铝合金工件表面实现全光光泽面的外观效果，有效提升铝合金材质的外观竞争力。通过实施例与对比例2～5对比可知，硬质阳极氧化处理能增加多孔氧化铝膜的厚度和硬度，在后续的抛光过程中获得更为光亮的表面。
本申请虽然以较佳实施例公开如上，但并不是用来限定权利要求。任何本领域技术人员在不脱离本申请构思的前提下，都可以做出若干可能的变动和修改，因此本申请的保护范围应当以权利要求所界定的范围为准。