一种改善铝合金压铸件阳极氧化效果的工艺方法与流程

本发明涉及铝合金领域，尤其涉及一种改善铝合金压铸件阳极氧化效果的工艺方法。

背景技术：

1、为了克服铝合金表面硬度、耐磨损性等方面的缺陷，扩大应用范围，延长使用寿命，表面处理技术成为铝合金使用中不可缺少的一环，而阳极氧化技术是应用最广且最成功的，阳极氧化就是把铝或铝合金作为阳极，置于电解质溶液中进行电解，人为地在铝表面形成一层具有装饰性和相应功能性的保护膜，利用电解作用，使其表面形成氧化铝薄膜的过程。

2、随着工业化的不断发展，性能优良的铸造铝合金需求量日益增加。共晶铝硅合金在工程中的应用较为广泛，铸造铝合金尤其是含si含量较高的近共晶铝硅合金与同类铸件相比越来越受到人们的重视。近共晶成分的al-si合金中si含量较高且硅是该类合金组织中的第二相，它改善了合金的铸造性能，但随着硅含量的升高，阳极氧化难度随之加大。使用的铝硅合金硅含量高，其硬度相应也较大，其抗蚀能力相对更弱，金属着色工艺不仅能改善实验试件的外观，而且能够提高实验试件的耐蚀性。目前基于近共晶铝硅合金的研究的还比较少。通过金属着色生成的氧化物往往具有一定的颜色，由于铸铝系合金硅含量高达10％～12％，基体中的硅大部分以单质的形式存在，较为分散的存在于基体的共晶组织中，经过常规阳极氧化工艺参数生成的阳极氧化膜孔隙大小不一，不易着色。即使金属着色成功，产生的氧化物颜色较为单一、美观性差同时耐蚀性差。

3、压铸铝合金因为硅含量较高(硅含量在6-12％之间)，对电流有阻碍作用，所以采用传统阳极氧化方法表面不易生成氧化膜。采用现有的氧化工艺，大量的硅元素析出在氧化膜中形成哑光的灰色膜，无法获得合格的阳极化效果。

4、传统铝压铸产品铝硅合金、铝硅铜合金是不能氧化上色的且不均匀，其成分中含有硅元素和铜元素，通常情况下，硅的含量很高为6％-12％，铜的含量也很高。而高含量的硅会使得氧化膜变灰，铜会使得氧化膜泛红色，并会破坏电解液质量。合金中铁元素含量过高也会使氧化膜上产生黑色的斑点。

5、从压铸铸件可以看出：高硅铝合金晶界处存在大量粗大针状或片状硅相其化学活性远比铝基体弱。在整个着色工艺流程中当接触强酸溶液试样表面的铝基体首先被腐蚀氧化膜无法完全覆盖基体金属表面。进一步电解着色后在试样表层仍留下未发生反应的硅相“框架”。这是黑度系数难以进一步提高及个别工艺条件下着色不均匀的根本原因。因此，要在高硅含量铝合金表面进行着色处理获得较完整膜层，从改变基体组织的形态入手通过合理而有效的熔体处理：如净化、晶粒细化和变质处理工艺改善铝合金内部组织形貌。消除硅相框架。使硅相和其他合金元素均匀地分布在基体中使得所生成的氧化膜能均匀、完全地覆盖在基体表面进而改善膜层的着色效果。

6、现有的可阳极氧化压铸铝合金主成分中不含硅元素和铜元素，例如专利申请号为cn202010213524.4的中国发明专利虽然提供了一种可阳极氧化压铸铝合金，以获得多种颜色，比如黑色和彩色，但是其流动性和硬度欠佳，虽然可以通过添加微量金属元素如钼、锆、铬或者添加稀土元素如ce或la等方式提高可阳极氧化压铸铝合金的硬度，但是成本很高，不适合推广。

7、同时，第二相粒子的存在，对电流造成流失，因为si颗粒或者al2cu、mg2si等(θ相)等强化相都属于电流聚集处，会造成零件局部烧损。目前国内外对于铝硅合金阳极氧化的研究主要集中在硬质阳极氧化法，对于传统的阳极氧化研究较少。与传统阳极氧化相比较，硬质阳极氧化所采用的电流密度更高、外加电压更大、溶液温度较低(5℃以下)，制备的膜层的硬度和耐磨性都更大。

8、目前对铸造铝合金的阳极氧化主要集中在三个方向：添加剂的选择、改变电参数以及复合阳极氧化。铸造铝合金的阳极氧化发展至今，虽然已经取得了一定的成果，但是和变形铝合金的阳极氧化相比，发现还存在如下一些问题：

9、(1)在常温条件下，铸造铝合金的阳极氧化成膜速度较低。现今找到的文献记载中，在常温下最高的成膜速度为0.833μm/min；而变形铝合金在常温下的阳极氧化成成膜速度大部分都大于1μm/min。这说明铸造铝合金阳极氧化的效率比较低。

10、(2)在5℃以下的温度下进行阳极氧化虽然增大了成膜速度(最大可达2.33μm/min)，但由于温度的要求比较高，增加了能耗，不利于铸造铝合金阳极氧化的生产利用。

11、专利申请号为cn201510543657.7的中国发明专利公开了一种压铸铝合金的高效节能阳极氧化处理方法，其通过预处理、阳极氧化处理、封孔实现了在常温下获得较好的成膜速度，但其整体的预处理流程长，工艺较为复杂。

12、专利申请号为cn202111390429.2的中国发明专利公开了一种阳极氧化压铸铝合金及其制备方法，其对化学成分和第二相进行了优化，通过向铝合金中添加适量的mn、zn、mg、si、ti、re元素，使合金获得细小均匀分布的第二相组织，从而具有良好的压铸性能、阳极氧化性能和力学性能。随着si元素含量的增加，合金的强度逐渐提升，在压铸过程中仍会产生少量的al-si共晶相，添加适量稀土元素，可使al-si共晶相变质，由粗大棒状的第二相转变为细小的球状相，有利于降低al-si相对阳极氧化效果的恶化作用。使合金在压铸过程中不易产生菱形大尺寸al-mn相和棒状大尺寸al-si相，从而使压铸件中第二相的分布更加细小均匀，在提高合金伸长率的同时，降低了压铸件中第二相与基体的电位差，使生产的氧化膜更加均匀连续，色差值更低，进而提高了阳极氧化性能。该专利提供的阳极氧化压铸铝合金材料，添加了大量的zn元素，使固溶强化效果得到充分体现，同时起到细化al-mn相的作用，使合金强度和阳极氧化效果同时得到提升；添加了适量的si元素和稀土元素，能够在提高合金强度和压铸性能的同时细化al-si相，降低粗大al-si相对阳极氧化和伸长率的不良影响，使阳极氧化压铸合金的强度、伸长率、阳极氧化性能和压铸性能均得到提升。但该方法中始终无法消除压铸铝合金表面第二相对应阳极氧化的影响，仅仅只能通过细化均匀的第二相使得氧化膜相对更加均匀，但色差均匀度还是存在，且第二相存在处难以实现稳定致密的氧化膜，阳极氧化的质量会收到影响。

技术实现思路

1、(一)要解决的技术问题

2、为了解决现有技术的上述问题，本发明提供一种改善铝合金压铸件阳极氧化效果的工艺方法。

3、(二)技术方案

4、为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

5、一种改善铝合金压铸件阳极氧化效果的工艺方法，其特征在于，包括以下步骤：

6、s1：根据铝合金压铸件第二相析出所对应的鼻尖温度确定铝合金压铸件的开模温度；所述开模温度高于鼻尖温度；

7、s2：将达到开模温度的铝合金压铸件在预设时间取出进行激冷；所述激冷对应的冷却速度高于第二相无析出所对应的临界冷却速度；

8、s3：进行阳极氧化处理。

9、进一步的，所述鼻尖温度通过铝合金压铸件的ttt曲线确定；所述临界冷却速度通过铝合金压铸件的cct曲线确定。

10、进一步的，所述开模温度在鼻尖温度以上10-50℃。

11、进一步的，所述开模温度为280-360℃。

12、进一步的，所述预设时间为0.1-5秒。

13、进一步的，所述激冷具体包括将铝合金压铸件放入0.5-20℃的冷却液中浸泡。

14、进一步的，所述浸泡时间为5-70s。

15、进一步的，所述冷却液为水。

16、进一步的，所述激冷具体包括将铝合金压铸件放入液氮中冷却。

17、进一步的，所述激冷对应的冷却速度为0.5-100℃/s。

18、(三)有益效果

19、本发明的有益效果是：通过对开模后的铝合金压铸件采用快速冷却技术，使其在冷却过程中不再析出al2cu，mg2si等第二相粒子。这样消除了表面组织中第二相颗粒的影响，采用适当的阳极氧化工艺就能生产出很好的铝氧化膜层。同时由于本发明工艺获得的铝合金压铸件表面第二相析出较少且分布均匀，可以适用于常规的阳极氧化工艺，无需低温条件与大的电流密度要求，在常温、常规电流密度下即可实现较高的成膜速度，有效的降低成本，更经济环保，减少碳排放。

20、本发明的核心是第一保证压铸时的开模温度，使得铝合金压铸件开模温度高于第二相析出所对应的鼻尖温度，从而使得铝合金压铸件在开模后没有第二相析出；第二通过急速冷却进一步的抑制铝合金压铸件表面第二相的析出，使得颗粒更加均匀，急速冷却使得第二相晶间被迅速封住，无法发生析出，相当于第二相被铝基体完全包裹，使得铝合金压铸件具备完美阳极氧化的表面金相组织，铝合金压铸件具备常温阳极氧化的能力，且阳极氧化的效果好。

21、本发明工艺原理不同于传统的固溶工艺，传统固溶工艺会增加工艺成本，铝合金压铸件通常也无法进行固溶热处理，因为在压铸过程中铝液不可避免会卷入大量气体，待铸件冷凝后，这些气体就被封存在铸件内部，而当压铸件再度加热到一定温度时，这些在铸件内部的气体就会膨胀使铸件表面起泡，导致无法通过传统固溶工艺来改善压铸件阳极氧化的效果。即使在压铸时压入的气体量小，能够完成固溶工艺而不发生气泡，但传统固溶工艺的加温、保温、冷却、时效步骤完成后，其主要目的是实现第二相的均匀化以及减少第二相的析出。

22、本发明工艺是压铸完成后，直接在压铸件工作台上通过冷却装置冷却一定时间，让表面形成致密层，由于冷却速度非常快，可有效抑制第二相的析出。与固溶工艺的区别还在于无需加温，而是通过控制冷却方式对第二相进行控制，不会产生传统固溶工艺可能产生的鼓泡等问题，更经济环保，工艺简单，有效降低能耗，减少碳排放。本工艺生产的压铸件表面阳极氧化色泽均匀，具有优良的耐腐蚀性能，经中性盐雾试验测试，1056个小时后表面无起波、无腐蚀痕迹，比目前行业标准值要高5倍以上(图13)，技术具有显著的改善效果，在压铸件阳极氧化行业将具有广阔的应用前景。