專利名稱：一種鋁及鋁合金材料表面恒電流陽極氧化處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鋁及鋁合金材料表面處理方法，尤其涉及一 種鋁及鋁合金材料表面在恒電流條件下陽極氧化處理方法；屬于 金屬材料表面處理技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
鋁及鋁合金材料由于其優(yōu)異的物理、化學(xué)、機械性能以及比 重輕、易加工等特點而廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟的各個領(lǐng)域。但是鋁 金屬表面易于受到環(huán)境的腐蝕與磨損，無論采用何種方法加工的 鋁材及制品，表面上都會不同程度地存在著污垢和缺陷，如灰塵、 殘留油污、瀝青標志、人工搬運手印(主要成分是脂肪酸和含氮 的化合物)、焊接熔劑以及腐蝕鹽類、金屬毛刺、輕微的劃擦傷等。
由自然氧化生成的鋁制品表面的氧化鋁既軟又薄，耐蝕性差， 不能成為有效防護層更不適合著色。人工制氧化膜主要是應(yīng)用化 學(xué)氧化和陽極氧化。化學(xué)氧化就是鋁制品在弱堿性或弱酸性溶液 中，部分基體金屬發(fā)生反應(yīng)，使其表面的自然氧化膜增厚或產(chǎn)生 其他一些鈍化膜的處理過程，化學(xué)氧化形成的薄吸附性好，可進 行著色和封孔處理，但是化學(xué)氧化膜抗蝕性和硬度比較低，而且 不易著色，著色后的耐光性差。
隨著國民經(jīng)濟的不斷發(fā)展，對鋁及鋁合金材料表面性能的要 求越來越高，要求的性能種類越來越多。鋁及鋁合金材料表面的 化學(xué)氧化不能適應(yīng)發(fā)展的要求，現(xiàn)有通常采用陽極氧化處理在鋁 及鋁合金材料表面來制備耐磨性和硬度較好的氧化膜。主要如中 國專利申請(CN1670263A)涉及一種鋁及鋁合金材料表面生成陶
瓷膜的陽極化處理方法，該方法主要是將鋁及鋁合金材料置于一向或可控不對稱氧化電壓，在抑 弧無火花放電條件下，對鋁及鋁合金進行電化學(xué)陶瓷成膜處理， 使鋁及鋁合金表面生成主要成分為Al203的陶瓷膜層。通過該方 法雖然在鋁及鋁合金材料表面形成耐磨性好、硬度較高的陽極氧 化膜；但是由于該方法采用恒電壓進行操作，峰值電流密度要達
到5 30A/dm3，這樣對儀器的要求很高，該方法只適合在實驗室中 進行簡單的試驗研究，而不適合進行大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)所存在的缺陷，提供一種可 以進行大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)的鋁及鋁合金材料表面恒電流陽極氧化 處理方法。
本發(fā)明的上述技術(shù)目的是通過以下技術(shù)方案得以實施的一 種鋁及鋁合金材料表面恒電流陽極氧化處理方法，將鋁及鋁合金 材料作為陽極，置于復(fù)合電解液中；控制電流密度在20 120秒 內(nèi)從0A/dm3升到所需電流密度1 5 A/dm:i，并保持恒定，陽極氧 化電壓在20 120秒隨電流升高而增大，待電壓達到20 60V后， 緩慢上升，在600 1200秒內(nèi)電壓達到70 120V，直至成膜結(jié)束； 所述的復(fù)合電解液成分包括硼酸10 80g/L，次亞磷酸鈉3 12g/L，磺基水楊酸1 8g/L。
現(xiàn)有的鋁及鋁合金材料表面恒電壓陽極氧化處理方法中電壓 和時間關(guān)系示意圖如圖1所示控制電壓在20 120秒從OV升到 80V 300V，并在20 120秒后保持恒定；電流和時間關(guān)系示意圖 如圖2所示現(xiàn)有的鋁及鋁合金材料表面恒電壓陽極氧化處理方 法中電流隨電壓升高而增大，并且有一個峰值電流密度5 30A/dm3，如果采用該方法要在鋁及鋁合金的表面制備101112的陽極 氧化膜就要求的儀器設(shè)備電流達到5000 30000A，電壓達到80 300V;在該電流和電壓條件下對儀器設(shè)備的損壞也是相當嚴重，
4所以這種方法只適合在實驗室階段進行研究，而不適合大規(guī)模工 業(yè)化生產(chǎn)，現(xiàn)有技術(shù)采用較高的電流密度雖然會增加成膜速度， 但是會造成陽極氧化膜微孔、氧化物顆粒尺寸的增加，從而導(dǎo)致 鋁及鋁合金材料表面光潔度降低，進而影響工業(yè)制品的使用。
本發(fā)明的鋁及鋁合金材料表面恒電壓陽極氧化處理方法中電 壓和時間關(guān)系示意圖如圖3所示電壓在20 120秒隨電流迅速
升高達到20 60V形成拐點，然后在600 1200秒內(nèi)電壓緩慢上 升達到70 120V;電流和時間關(guān)系示意圖如圖2所示電流密度 在20 120秒內(nèi)從0A/dm3升到所需電流密度1 5 A/dm3，并在 600 1200秒保持恒定。如果采用本發(fā)明的方法要在鋁及鋁合金 材料的表面制備101112的陽極氧化膜就要求的儀器設(shè)備電流只需達 到1000 5000A，電壓只需達到70 120V;而且在本發(fā)明的電流 和電壓條件下對儀器設(shè)備要求較低，適合大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。
在上述的鋁及鋁合金材料表面恒電流陽極氧化處理方法中， 作為優(yōu)選，控制電流密度在30 60秒內(nèi)從OA/dnV'升到所需電流 密度3 4 A/dm:'，并保持恒定。
在上述的鋁及鋁合金材料表面恒電流陽極氧化處理方法中， 作為優(yōu)選，陽極氧化電壓在30 60秒隨電流升高而增大，待電壓 達到30 50V后，緩慢上升。
在上述的鋁及鋁合金材料表面恒電流陽極氧化處理方法中， 作為優(yōu)選，陽極氧化電壓緩慢上升過程中在800 1000秒內(nèi)電壓 達到80 100V，直至成膜結(jié)束。
在上述的鋁及鋁合金材料表面恒電流陽極氧化處理方法中， 作為優(yōu)選，所述的復(fù)合電解液成分包括硼酸20 50g/L，次亞 磷酸鈉4 10g/L，磺基水楊酸2 6g/L。
本發(fā)明對電流、電壓和復(fù)合電解液的成分作進一步的限定， 是為了在鋁及鋁合金材料表面得到更好灰白色系陽極氧化膜。本 發(fā)明采用的電壓波形可采用單向脈沖、不對稱交流或不對稱脈沖，而且整個陽極氧化過程始終處在無弧無火花放電條件下進行，氧 化過程中鋁及鋁合金表面始終伴有氧氣析出。
在上述的鋁及鋁合金材料表面恒電流陽極氧化處理方法中， 所述的陽極氧化過程中復(fù)合電解液溫度為10 45°C。該溫度條件
只比通常的氣溫高l(TC左右，不需要制冷機組，采用常規(guī)冷卻塔
降溫即可，具有節(jié)能的功效。
綜上所述，本發(fā)明的處理方法具有以下特點
1、 本發(fā)明在鋁及鋁合金材料表面采用恒電流陽極氧化處理方 法，對陽極氧化時所采用的儀器設(shè)備投資少，要求低，損耗較小， 適合大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)。
2、 采用本發(fā)明的處理方法制備的陽極氧化膜為灰白色系成膜
膜層表面裝飾性優(yōu)異，外形美觀，對各種鋁及鋁合金材料都有很 好的適用性。
3、 本發(fā)明的處理方法成膜時間短、能耗低；整個工藝流程無 需特別控溫，制成的陽極氧化膜硬度較高，膜與基體結(jié)合牢固， 具有較好的耐磨性、耐腐蝕性、耐高溫沖擊和電絕緣性能。


圖1是現(xiàn)有的鋁及鋁合金材料表面恒電壓陽極氧化時電壓和 時間關(guān)系示意圖。
圖2是現(xiàn)有的鋁及鋁合金材料表面恒電壓陽極氧化時電流和
時間關(guān)系示意圖。
圖3是本發(fā)明的鋁及鋁合金材料表面恒電流陽極氧化時電壓
和時間關(guān)系示意圖。
圖4是本發(fā)明的鋁及鋁合金材料表面恒電流陽極氧化時電流
和時間關(guān)系示意圖
具體實施例方式
下面通過具體實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步具體的說明；但是本發(fā)明并不限于這些實施例。 實施例1
一原材料的前處理
選用普通的鋁制鍋具作為原材料，然后對其表面預(yù)處理，預(yù) 處理的目的主要是除去或修飾鋁制鍋具表面上存在的污垢和缺 陷，如灰塵、金屬氧化物、殘留油污、瀝青標志、手指印、焊接 熔劑以及腐蝕鹽類、金屬毛刺、輕微的劃擦傷等。因此在氧化處 理之前，用化學(xué)和物理的方法對制品表面進行必要的清洗，使其 裸露純凈的金屬基體，以利陽極氧化著色順利進行。
前處理的主要過程如下
(1) 脫脂將上述選用的普通鋁制鍋具用濃度為50-200g/L 的NaOH溶液在40 80 °C的溫度條件下脫脂0. 5-3min，脫脂后水 洗，水洗后用100-500g/L硝酸溶液中和及除掛灰脫脂兼腐蝕除去 自然氧化。
(2) 堿洗將上述鋁制鍋具在濃度為3.5%-9。/。的Na0H溶液， 鋁離子含量在30-80g/L的溶液中在溫度為50 7(TC的條件下堿 洗3 10min，堿洗過程中溶液的用量10-55g/m2，堿洗主要是添加 或不添加其他物質(zhì)的氫氧化鈉溶液中進行表面清洗的過程，其作 用是作為鋁制鍋具經(jīng)某些脫脂方法脫脂后的補充處理，以便進一 步清理表面附著的油污贓物；清除制品表面的自然氧化膜及輕微 的劃擦傷。從而使制品露出純凈的金屬基體，利于陽極膜的生成 并獲得較高質(zhì)量的膜層。
二復(fù)合電解液成分的確定
根據(jù)鋁制鍋具上對灰白色系氧化膜層要求。
硼酸10g/L、次亞磷酸鈉12g/L、磺基水楊酸8g/L。
配制復(fù)合電解液時，先用去離子水將上述組分全部溶解制成 濃縮液，然后根據(jù)需要在氧化槽中配制成復(fù)合水解液，由于復(fù)合 水解液在陽極氧化過程中會因升溫而揮發(fā)，要及時補充。三鋁制鍋具表面恒電流陽極氧化處理
將鋁制鍋具作為陽極，置于上述復(fù)合電解液中，其中復(fù)合電
解液的溫度控制在10 45°C?？刂齐娏髅芏仍?0秒內(nèi)從OA/dm3 升到所需電流密度2 A/dm3，并保持恒定，陽極氧化電壓在20秒 內(nèi)隨電流升高而增大，待電壓達到20V后，緩慢上升，在600秒 內(nèi)電壓達到70V，直至形成灰白色系氧化膜為止，成膜速度在1 iim/min以上，待完全成膜結(jié)束后對其進行水洗、烘干。對上述 陽極氧化形成的灰白色系氧化膜的膜厚(ym)、硬度(HV)以及 耐磨性能進行檢測，檢測結(jié)果如表1所示。 實施例2
原材料及其前處理工藝過程同實施例1，不再贅述。 二復(fù)合電解液成分的確定 根據(jù)鋁制鍋具上對灰白色系氧化膜層要求。 硼酸20g/L、次亞磷酸鈉10g/L、磺基水楊酸6g/L。 配制復(fù)合電解液時，先用去離子水將上述組分全部溶解制成 濃縮液，然后根據(jù)需要在氧化槽中配制成復(fù)合水解液，由于復(fù)合 水解液在陽極氧化過程中會因升溫而揮發(fā)，要及時補充。
三鋁制鍋具表面恒電流陽極氧化處理
將鋁制鍋具作為陽極，置于上述復(fù)合電解液中，其中復(fù)合電
解液的溫度控制在10 45°C?？刂齐娏髅芏仍?0秒內(nèi)從OA/dm3 升到所需電流密度3 A/dm3，并保持恒定，陽極氧化電壓在30秒 內(nèi)隨電流升高而增大，待電壓達到30V后，緩慢上升，在800秒 內(nèi)電壓達到80V，直至形成灰白色系氧化膜為止，成膜速度在1 ym/min以上，待完全成膜結(jié)束后對其進行水洗、烘干。對上述 陽極氧化形成的灰白色系氧化膜的膜厚(wm)、硬度(HV)以及 耐磨性能進行檢測，檢測結(jié)果如表l所示。 實施例3
原材料及其前處理工藝過程同實施例1，不再贅述。
8二復(fù)合電解液成分的確定 根據(jù)鋁制鍋具上對灰白色系氧化膜層要求。 硼酸40g/L、次亞磷酸鈉8g/L、磺基水楊酸5g/L。 配制復(fù)合電解液時，先用去離子水將上述組分全部溶解制成 濃縮液，然后根據(jù)需要在氧化槽中配制成復(fù)合水解液，由于復(fù)合 水解液在陽極氧化過程中會因升溫而揮發(fā)，要及時補充。 三鋁制鍋具表面恒電流陽極氧化處理
將鋁制鍋具作為陽極，置于上述復(fù)合電解液中，其中復(fù)合電
解液的溫度控制在10 45°C。控制電流密度在60秒內(nèi)從OA/dm3 升到所需電流密度4A/dm3，并保持恒定，陽極氧化電壓在60秒內(nèi) 隨電流升高而增大，待電壓達到50V后，緩慢上升，在1000秒內(nèi) 電壓達到IOOV，直至形成灰白色系氧化膜為止，成膜速度在lu m/miii以上，待完全成膜結(jié)束后對其進行水洗、烘干。對上述陽 極氧化形成的灰白色系氧化膜的膜厚("m)、硬度(HV)以及耐 磨性能進行檢測，檢測結(jié)果如表1所示。 實施例4
原材料及其前處理工藝過程同實施例1，不再贅述。 二復(fù)合電解液成分的確定
根據(jù)鋁制鍋具上對灰白色系氧化膜層要求。
硼酸70g/L、次亞磷酸鈉4g/L、磺基水楊酸2g/L。 配制復(fù)合電解液時，先用去離子水將上述組分全部溶解制成 濃縮液，然后根據(jù)需要在氧化槽中配制成復(fù)合水解液，由于復(fù)合 水解液在陽極氧化過程中會因升溫而揮發(fā)，要及時補充。
三鋁制鍋具恒電流陽極氧化處理
將鋁制鍋具作為陽極，置于上述復(fù)合電解液中，其中復(fù)合電
解液的溫度控制在10 45°C?？刂齐娏髅芏仍?0秒內(nèi)從OA/dm3 升到所需電流密度5A/dm3，并保持恒定，陽極氧化電壓在80秒內(nèi) 隨電流升高而增大，待電壓達到60V后，緩慢上升，在1200秒內(nèi)
9電壓達到120V,直至形成灰白色系氧化膜為止，成膜速度在1U
m/min以上，待完全成膜結(jié)束后對其進行水洗、烘干。對上述陽 極氧化形成的灰白色系氧化膜的膜厚(um)、硬度(HV)進行檢 測，檢測結(jié)果如表1所示。
表l:實施例1 4制備的灰白色系氧化膜的膜厚(um)、硬度(HV)
\^性能膜厚硬度
(ti m)(HV)
實施方式^\
實施例112345
實施例214330
實施例313350
實施例415360
從表1可以看出采用本發(fā)明的處理方法不僅設(shè)備要求較低， 而且形成的灰白色系氧化膜在膜厚、硬度以及耐磨性等性能優(yōu)異。
本發(fā)明中所描述的具體實施例僅是對本發(fā)明精神作舉例說 明。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對所描述的具體實施例 做各種各樣的修改或補充或采用類似的方式替代，但并不會偏離 本發(fā)明的精神或者超越所附權(quán)利要求書所定義的范圍。
盡管對本發(fā)明已做出了詳細的說明并引證了一些具體實施例， 但是對本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員來說，只要不離開本發(fā)明的精神和范 圍可作各種變化或修正是顯然的。
權(quán)利要求
1、一種鋁及鋁合金材料表面恒電流陽極氧化處理方法，將鋁及鋁合金材料作為陽極，置于復(fù)合電解液中；控制電流密度在20～80秒內(nèi)從0A/dm2升到所需電流密度1～5A/dm2，并保持恒定，陽極氧化電壓在20～80秒內(nèi)隨電流升高而增大，待電壓達到20～60V后，緩慢上升，在600～1200秒內(nèi)電壓達到70～120V，直至成膜結(jié)束；所述的復(fù)合電解液成分包括硼酸10～80g/L，次亞磷酸鈉3～12g/L，磺基水楊酸1～8g/L。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁及鋁合金材料表面恒電流陽極氧 化處理方法，其特征在于控制電流密度在30 60秒內(nèi)從0A/dm2 升到所需電流密度3 4 A/dm2，并保持恒定。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的鋁及鋁合金材料表面恒電流陽 極氧化處理方法，其特征在于陽極氧化電壓在30 60秒隨電流 升高而增大，待電壓達到30 50V后，緩慢上升。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的鋁及鋁合金材料表面恒電流陽 極氧化處理方法，其特征在于陽極氧化電壓緩慢上升過程中在 800 1000秒內(nèi)電壓達到80 100V，直至成膜結(jié)束。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁及鋁合金材料表面恒電流陽極氧化處理方法，其特征在于所述的復(fù)合電解液成分包括硼酸20 50g/L，次亞磷酸鈉4 10g/L，磺基水楊酸2 6g/L。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁及鋁合金材料表面恒電流陽極氧 化處理方法，其特征在于所述的陽極氧化過程中復(fù)合電解液溫 度為！0 45。C。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種鋁及鋁合金材料表面恒電流陽極氧化處理方法。本鋁及鋁合金材料表面恒電流陽極氧化處理方法，將鋁及鋁合金材料作為陽極，置于復(fù)合電解液中；控制電流密度在20～120秒內(nèi)從0A/dm³升到所需電流密度1～5A/dm³，并保持恒定，陽極氧化電壓在20～120秒隨電流升高而增大，待電壓達到20～60V后，緩慢上升，在600～1200秒內(nèi)電壓達到70～120V，直至成膜結(jié)束。本發(fā)明儀器設(shè)備投資少，要求低，適合大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)，且整個工藝流程無需特別控溫，制成的陽極氧化膜硬度較高，具有較好的耐磨性、耐腐蝕性、耐高溫沖擊和電絕緣性能。
文檔編號C25D11/06GK101445950SQ200810162948
公開日2009年6月3日 申請日期2008年11月27日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月27日
發(fā)明者徐存榮, 曠亞非, 諸葛毅 申請人:浙江蘇泊爾股份有限公司