專利名稱：在純鋁表面形成化學(xué)轉(zhuǎn)化膜的方法及所使用的處理液的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種表面處理方法，具體涉及一種在純鋁表面形成化學(xué)轉(zhuǎn)化膜的方法及所使用的處理液。
背景技術(shù)：
鋁及其合金具有比強(qiáng)度高、導(dǎo)熱和導(dǎo)電性好、色澤美觀、易于成型加工以及優(yōu)異的物理化學(xué)性能、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于航空航天、交通運(yùn)輸、建筑等部門，是輕合金中應(yīng)用最廣、用量最多的合金。雖然鋁及其合金表面在大氣環(huán)境介質(zhì)中很容易生成一層薄而較致密的氧化膜(天然氧化膜)具有一定的抗腐蝕性能，但厚度有限，大約只有5 200nm，而且這層膜是非晶的，在加工及運(yùn)輸過程中很容易被破壞，且容易沾染污跡。因此， 鋁及其合金的制品在出廠前必須經(jīng)表面處理后才能使用。
鋁及其合金表面常用的處理工藝主要有陽極氧化法、化學(xué)氧化法和磷化法。其中化學(xué)氧化法具有對鋁工件疲勞性能影響小，設(shè)備簡單，不用電能，成本低，處理時(shí)間短，生產(chǎn)效率高，對基體材料要求低，適用于復(fù)雜零件的表面處理等優(yōu)點(diǎn)，并得到了廣泛應(yīng)用。鉻化處理作為化學(xué)氧化常用的處理工藝，具有使用方便，耐蝕性能及裝飾性能較好的優(yōu)點(diǎn)，但是由于處理溶液中含有對人體具有致癌作用的六價(jià)鉻，而且六價(jià)鉻離子處理不當(dāng)，對環(huán)境會(huì)造成嚴(yán)重的污染。為此，禁用六價(jià)鉻的問題越來越受到人們的重視。歐盟于2000年9月在布魯塞爾簽署了一項(xiàng)法令，規(guī)定從2003年1月起禁止在車輛材料和部件中使用六價(jià)鉻。我國也在2003年宣布，對鉻酸鹽實(shí)行限量使用。因此，環(huán)境友好的新型無鉻化學(xué)轉(zhuǎn)化膜越來越受到人們的關(guān)注。
鋁及其合金無鉻轉(zhuǎn)化技術(shù)的研發(fā)主要集中在以下幾大體系鈦鋯鹽轉(zhuǎn)化、溶膠凝膠法、有機(jī)酸類化學(xué)轉(zhuǎn)化、高價(jià)金屬鹽轉(zhuǎn)化、鋰酸鹽轉(zhuǎn)化、鈷鹽轉(zhuǎn)化、稀土鹽化學(xué)轉(zhuǎn)化等。其中鈷鹽轉(zhuǎn)化處理發(fā)展較晚，屬于無鉻轉(zhuǎn)化新技術(shù)，其特點(diǎn)是膜層接觸電阻低、耐蝕性好，并且與涂層結(jié)合優(yōu)良，已應(yīng)用于航空航天、電子以及通信產(chǎn)品的表面處理。
中國專利文獻(xiàn)CN1377426A公開了一種用于鋁底材的非鉻氧化物涂層，其采用的處理液包括硝酸鈷、亞硝酸鈉以及氯酸鈉。該文獻(xiàn)的不足在于亞硝酸鈉的用量較大(與硝酸鈷基本相同)，因此導(dǎo)致生產(chǎn)成本較高，而且得到的涂層的耐腐蝕性能不佳。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一在于解決上述問題，提供一種生產(chǎn)成本低的在純鋁表面形成化學(xué)轉(zhuǎn)化膜的方法，由該方法形成的化學(xué)轉(zhuǎn)化膜的耐腐蝕性能較好。
本發(fā)明的另一目的在于提供上述方法所使用的處理液。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的之一的技術(shù)方案是一種在純鋁表面形成化學(xué)轉(zhuǎn)化膜的方法，具有以下步驟①預(yù)處理將純鋁放入無水乙醇中浸泡1 3min，取出后水洗；接著再放入濃度為1. 0 1. 5mol/L的NaOH溶液中在70 90°C的溫度下浸泡1 ^iiin ；取出后立即放入濃度為1. 0 1. 5mol/L的HNO3溶液中浸泡15 30s，取出后水洗、干燥；②將經(jīng)過步驟①預(yù)處理過的純鋁放入處理液中，在50 70°C的溫度下進(jìn)行化學(xué)氧化10 30min，從而在純鋁表面形成化學(xué)轉(zhuǎn)化膜；③將經(jīng)過步驟②的化學(xué)氧化后的表面形成有化學(xué)轉(zhuǎn)化膜的純鋁水洗、干燥即可。
上述步驟②中所述的處理液的pH為7 8，包括下述濃度的組分
Co (NO3) 2 · 6H20 20 27g/L，
NaNO214 18g/L，
NaBrO310 15g/L。
該處理液的配置方法為按照所要求的濃度將Co (NO3)2 · 6H20、NaNO2以及NaBrO3 加水溶解，并用HNO3或NaOH調(diào)節(jié)溶液的pH為7 8即可。
上述步驟①中所述的水洗為依次用自來水和去離子水沖洗。
上述步驟③中所述的水洗為先在流動(dòng)水中清洗，再用去離子水沖洗。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明另一目的的技術(shù)方案是一種在純鋁表面形成化學(xué)轉(zhuǎn)化膜的方法所使用的處理液，該處理液的pH為7 8，包括下述濃度的組分
Co (NO3) 2 · 6H20 20 27g/L，
NaNO214 18g/L，
NaBrO310 15g/L。
該處理液的配置方法為按照所要求的濃度將Co (NO3) 2 · 6H20、NaNO2以及NaBrO3 加水溶解，并用HNO3或NaOH調(diào)節(jié)溶液的pH為7 8即可。
所述的純鋁是指純度大于99. 99%的鋁板或者鋁片。
本發(fā)明具有的積極效果是(1)本發(fā)明的方法采用溴酸鈉作為促進(jìn)劑，同時(shí)大大減少亞硝酸鈉的用量，最終形成的化學(xué)轉(zhuǎn)化膜的耐腐蝕性能較好，而且大大降低了生產(chǎn)成本。(2)本發(fā)明的方法得到的化學(xué)轉(zhuǎn)化膜的孔徑在50nm 200nm。


圖1為實(shí)施例1所形成的化學(xué)轉(zhuǎn)化膜的SEM照片。
圖2為實(shí)施例1所形成的化學(xué)轉(zhuǎn)化膜的膜孔徑直方分布圖。
圖3為實(shí)施例1所形成的化學(xué)轉(zhuǎn)化膜的EDS譜圖。
圖4為實(shí)施例1所形成的化學(xué)轉(zhuǎn)化膜的EIS圖和對比例1所形成的化學(xué)轉(zhuǎn)化膜的 EIS 圖。
具體實(shí)施方式
(實(shí)施例1)
本實(shí)施例的方法所使用的處理液包括下述濃度的組分
Co (NO3) 2 · 6H20 26g/L,
NaNO218g/L,
NaBrO313g/L0
該處理液的配置方法是將^g的Co (NO3) 2 ·6Η20、18g的NaNO2以及13g的NaBrO3 加入到IL的水中溶解，并用HNO3或NaOH調(diào)節(jié)pH為7。
本實(shí)施例的在純鋁表面形成化學(xué)轉(zhuǎn)化膜的方法具有以下步驟
①預(yù)處理將純鋁片(10cm*10cm，純度彡99. 99% )放入無水乙醇中浸泡3min，取出后依次用自來水和去離子水沖洗；接著再放入濃度為1. Omol/L的NaOH溶液中在80°C的溫度下浸泡Imin以去除天然氧化膜；取出后立即放入濃度為1. Omol/L的HNO3溶液中浸泡 1 進(jìn)行中和，取出后依次用自來水和去離子水沖洗，最后吹干。②將經(jīng)過步驟①預(yù)處理過的純鋁片放入上述處理液中在70°C的溫度下進(jìn)行化學(xué)氧化20min，從而在純鋁片表面形成化學(xué)轉(zhuǎn)化膜。③將經(jīng)過步驟②的化學(xué)氧化后的表面形成有化學(xué)轉(zhuǎn)化膜的純鋁片先在流動(dòng)水中清洗，然后再用去離子水沖洗，吹干即可。本實(shí)施例所形成的化學(xué)轉(zhuǎn)化膜的掃描電鏡照片(SEM)見圖1、膜孔徑直方分布圖見圖2、能量彌散X射線譜圖(EDS)見圖3、電化學(xué)阻抗譜圖(EIS)見圖4。耐腐蝕點(diǎn)滴時(shí)間和開路電位見表2。其中，圖2的直方分布圖由Image J軟件分析得到，由該圖可以看出，該化學(xué)轉(zhuǎn)化膜的表面保持均勻的孔分布，平均孔徑為170. 65nm。由圖3的EDS譜圖分析可知該化學(xué)轉(zhuǎn)化膜的組成元素有0、Al、Co、N、C以及Br ； 各元素的質(zhì)量百分含量為0為41. 87%, Al為34. 24%、Co為4. 05%、N為3. 65%、C為 15. 68%、Br為0. 51%。各元素主要來源為A1主要來自基體，Co來自Co (NO3) 2 ·6Η20，N來自Co (NO3) 2 · 6Η20中的Ν03_以及NaNO2中的N02_，0來自水中的0H_，Br來自NaBrO3,但含量很少。(實(shí)施例2 實(shí)施例5)各實(shí)施例與實(shí)施例1基本相同，不同之處見表1。表 權(quán)利要求
1.一種在純鋁表面形成化學(xué)轉(zhuǎn)化膜的方法，其特征在于具有以下步驟①預(yù)處理將純鋁放入無水乙醇中浸泡1 3min，取出后水洗；接著再放入濃度為 1. 0 1. 5mol/L的NaOH溶液中在70 90°C的溫度下浸泡1 ^iiin ；取出后立即放入濃度為1. 0 1. 5mol/L的HNO3溶液中浸泡15 30s，取出后水洗、干燥；②將經(jīng)過步驟①預(yù)處理過的純鋁放入處理液中，在50 70°C的溫度下進(jìn)行化學(xué)氧化 10 30min，從而在純鋁表面形成化學(xué)轉(zhuǎn)化膜；③將經(jīng)過步驟②的化學(xué)氧化后的表面形成有化學(xué)轉(zhuǎn)化膜的純鋁水洗、干燥即可；步驟②中所述的處理液的pH為7 8，包括下述濃度的組分Co (NO3) 2 · 6H20 20 27g/L，NaNO214 18g/L，NaBrO310 15g/L。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在純鋁表面形成化學(xué)轉(zhuǎn)化膜的方法，其特征在于步驟②中所述的處理液的配置方法為按照所要求的濃度將Co(NO3)2 · 6H20、NaNO2以及NaBrO3加水溶解，并用HNO3或NaOH調(diào)節(jié)溶液的pH為7 8即可。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的在純鋁表面形成化學(xué)轉(zhuǎn)化膜的方法，其特征在于步驟 ①中所述的水洗為依次用自來水和去離子水沖洗。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的在純鋁表面形成化學(xué)轉(zhuǎn)化膜的方法，其特征在于步驟 ③中所述的水洗為先在流動(dòng)水中清洗，再用去離子水沖洗。
5.一種權(quán)利要求1所述的在純鋁表面形成化學(xué)轉(zhuǎn)化膜的方法所使用的處理液，其特征在于該處理液的pH為7 8，包括下述濃度的組分Co (NO3) 2 · 6H20 20 27g/L，NaNO214 18g/L，NaBrO310 15g/L。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的在純鋁表面形成化學(xué)轉(zhuǎn)化膜的方法所使用的處理液，其特征在于該處理液的配置方法為按照所要求的濃度將Co(NO3)2 · 6H20、NaNO2以及NaBrO3加水溶解，并用HNO3或NaOH調(diào)節(jié)溶液的pH為7 8即可。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種在純鋁表面形成化學(xué)轉(zhuǎn)化膜的方法及所使用的處理液。該方法包括預(yù)處理、將預(yù)處理過的純鋁放入處理液中在50～70℃的溫度下進(jìn)行化學(xué)氧化10～30min從而在純鋁表面形成化學(xué)轉(zhuǎn)化膜、后處理。處理液的pH為7～8，包括下述濃度的組分Co(NO3)2·6H2O20～27g/L，NaNO2 14～18g/L，NaBrO3 10～15g/L。該處理液的配置方法為按照所要求的濃度將Co(NO3)2·6H2O、NaNO2以及NaBrO3加水溶解，并用HNO3或NaOH調(diào)節(jié)溶液的pH為7～8即可。本發(fā)明的方法生產(chǎn)成本低，最終形成的化學(xué)轉(zhuǎn)化膜的耐腐蝕性能較好。
文檔編號(hào)C23C22/68GK102492943SQ20111040774
公開日2012年6月13日 申請日期2011年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月9日
發(fā)明者馬迪 申請人:江蘇技術(shù)師范學(xué)院