新型铝合金涂层的制作方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及新型铝合金涂层。
【背景技术】
[0002]铝为面心立方结构，有着良好的导电性和导热性，其仅次于Au、Ag、Cu，延展性好、塑性高，可进行各种机械加工。铝的化学性质活泼，在干燥空气中铝的表面立即形成厚约5nm的致密氧化膜，使铝不会进一步氧化并且能够耐水。铝是一种两性金属，既易溶于强碱，也能溶于稀酸。铝在大气中具有良好的耐蚀性，但纯铝的强度低，所以只有通过合金化才可作为结构材料使用的各种铝合金。铝合金的突出特点就是密度小、强度高。铝中加入Mn、Mg形成的Al—Mn、Al-Mg合金具有很好的耐蚀性，良好的塑性和较高的强度，称为防锈铝合金。这种铝合金主要用于制造油箱、容器、管道、铆钉等。硬铝合金的强度较防锈铝合金高，但它的防蚀性能有所下降。最近新开发的高强度硬铝，其强度有了进一步的提高，而它的密度却比普通的硬铝要减小15%，并且能够挤压成形，可用作摩托车骨架和轮圈等构件。Al-Li合金可制作飞机零件和承受载重的高级运动器材。这是因为在铝中加入了 3%?5% (质量分数)的比铝更轻的金属锂，从而制造出了强度比纯铝高20%?25%，但是密度仅2.5t/m3的铝锂合金。这种合金多用在大型客机上，可使飞机的重量减少5t多，而乘载旅客的人数不减少。
[0003]因为铝是比较活泼的金属，所以铝及其合金在空气中自然形成一层厚度为0.01-
0.10 μ m氧化膜，它的作用是可以保护铝基质在中性和弱酸性溶液中不再进一步被腐蚀，起到一定的防护作用。虽然它对铝具有一定的防护能力，但是对于在稍微苛刻的环境下时，这种在空气中自然形成的膜，就不足以真正地保护铝基体了，并且远远满足不了人们对铝及其合金在装饰、防护与功能性应用等方面的要求。因此，随着铝制品工业的不断完善与发展，人们开始采用各种方法以达到工艺上的要求。其中常见的铝表面处理方法有阳极氧化、化学转化层、电镀、化学镀和微弧氧化等。
[0004]现在生产中最常用的是阳极氧化技术，即:将铝及其合金置于适当的电解液中作为阳极进行通电处理，此处理过程称为阳极氧化。经过阳极氧化，铝表面能生成厚度为几个至几百微米的氧化膜。这层氧化膜的表面是多孔蜂窝状的，比起铝合金的天然氧化膜，其耐蚀性、耐磨性和装饰性都有明显的改善和提高。采用不同的电解液和工艺条件，就能得到不同性质的阳极氧化膜。但是随着铝材应用范围进一步扩大以及伺服条件越来越苛刻，对铝材表面处理的要求也越来越高。因此，人们开始对铝及铝合金的阳极氧化技术进行改良，研究出更多的新的阳极氧化方法，目的是获得性能更加优异的阳极氧化膜。铝及铝合金的新的阳极氧化方法有硬质阳极氧化和复合阳极氧化等。铝的复合阳极氧化是在氧化液中添加一些不溶性的粉体以制取具有不同功能性质的阳极氧化膜。本文就亚微米级A1203粉体对铝在酸性电解液中的阳极氧化行为以及膜层性能的影响进行了研究。
[0005]早在1896年，Pollak就提出了在硼酸或磷酸溶液中直流电解，得到“堡垒”型氧化膜的专利。到20年代，这个工艺在工业上用于制造电解电容。到了 1927年，日本的Kujirai和Ueki首先采用草酸电解液阳极氧化，可以得到15tun以上的氧化膜，但工作电压比硫酸阳极氧化高。这种工艺首先在日本普及，后来传到德国，并逐步的开始被欧洲人采用，用于店面和建筑物的装饰。同样的，在1927年，Crower、Stafford O’ Brien和Partners发表了硫酸阳极氧化的专利，氧化的电流密度为0.7?1.3A/dm2，这种电流密度一直延用到现在。硫酸阳极氧化与草酸和铬酸阳极氧化相比，它的工作电压更低，电解液成本更小，操作简单，氧化膜装饰性强，所以这种工艺很快的就得到完善和普及。目前95%以上的阳极氧化都是在硫酸中进行的，所以阳极氧化如果没有特别的作出指明的话，通常是指在硫酸中进行的阳极氧化。
[0006]由以上这些例子可以看出，自20世纪20年代开始，铝合金的阳极氧化在生产中的应用就已经很为广泛了。传统的铝及铝合金阳极氧化方法根据电解液类型不同可大体的分为两大类:
[0007]第一类是酸性溶液阳极氧化法。例如:硫酸法、草酸法、铬酸法和磷酸法等。这种方法处理的铝表面为多孔型氧化物薄膜，其外观良好，并且具有很好的防腐蚀性能和耐磨性能，它是工业生产中的主要阳极氧化方法。
[0008]第二类是中性溶液PH值5棚阳极氧化法，如在硼酸.硼酸钠混合水溶液或酒石酸铵、柠檬酸水溶液中的阳极氧化法，这类方法制得的一般是阻挡型氧化物薄膜。在随后的较长一段时期里，人们比较关注的是用途比较大且发展较快的多孔型氧化膜，这是由于其膜层有如下一些优点:
[0009]i阻挡层的硬度高；ii具有良好的耐磨性、耐蚀性以及化学稳定性；iii孔的形貌和大小可以随着电解工艺的不同在较大的范围内变化，且膜的厚度是可调的；iv制备工艺简单，对环境条件和设备的要求不高。
[0010]在最近10年来，铝阳极氧化技术取得了许多新成就，例如采取了一些可以使铝阳极氧化速度加快的新措施，有的甚至可使速度提高2倍。又如提出了常温下氧化的新技术，解决了耗费大量能量的降温问题。还有采用脉冲阳极氧化新工艺，结束了只能使用恒稳电流的传统阳极氧化工艺，该技术可使氧化膜质量大大提高。使用交流电氧化可获得效率高、成本低、节约电能等一系列优点，但由于膜层较薄、颜色发黄、硬度低等问题影响其广泛应用。此外，还可通过加入添加剂，使膜层质量达到了直流电氧化的水平，这些新进展都使铝阳极氧化工艺得到了明显的更新和改造。
[0011]铝及铝合金阳极氧化膜层制备方法及结构
[0012](I)制备方法
[0013]铝及铝合金的阳极氧化.就是将铝及铝合金工件经过表面除油、抛光等预处理后，作为电解的阳极材料，石墨或铜棒作为阴极材料，一定浓度的稀硫酸(或磷酸、铬酸、草酸溶液作为电解液，通电后适当控制电流和电压条件，使阳极电位维持在钝化区间进行的阳极氧化处理，可以获得非晶态结构的氧化膜。
[0014]工艺流程及相关条件:
[0015]铝试样经化学除油一水洗一化学抛光一水洗一中和一水洗一阳极氧化一水洗一热风吹干。
[0016](2)结构与特性
[0017]据文献中的报道，对于Al的氧