專利名稱：一種含鎂高硅變形鋁合金表面電解著色膜的制備方法
技術領域：
本發(fā)明屬于表面處理技術領域，具體涉及一種含鎂高硅變形鋁合金表面電解著色膜的制備方法。
背景技術：
含鎂高硅變形鋁合金，是一種含硅量高達10_15wt%的含鎂高硅變形鋁合金，是我國研發(fā)的具有完全自主知識產(chǎn)權的新型鋁合金，是一種典型的資源節(jié)約型、環(huán)境友好型的高性能低成本新材料。它具有優(yōu)于6XXX系變形鋁合金的室溫強度和與之相當?shù)乃苄?，在民用和工業(yè)領域具有廣闊的應用空間。但在鋁基體中添加高含量硅元素，能夠改善其鑄造性能，增加材料硬度和強度，卻也降低了其耐蝕性。對于建筑鋁型材和其它工業(yè)鋁型材，表面處理是進一步提高鋁型材表面硬度、耐腐蝕性能和美觀程度不可缺少的工藝過程。工業(yè)上常用的鋁及其合金的表面處理工藝為陽極氧化、電解著色和電泳涂裝，其中以陽極氧化最為普遍。鋁及其合金的陽極氧化同時包含金屬鋁表面溶解和氧化鋁在表面生成兩個過程，最終結果是在材料表面生成一層微米級的三氧化二鋁薄膜，起到提高硬度和耐蝕性作用。與普通鋁合金相比，含鎂高硅變形鋁合金經(jīng)過陽極氧化處理，表面金屬鋁溶解后，露出不被氧化的單質硅，生成的氧化鋁薄膜不易覆蓋單質硅，單質硅硬度低，硅顆粒造成的間隙容易腐蝕，需要在預處理步驟時進行去灰處理， 因此，對含鎂高硅變形鋁合金材料的表面處理有更高要求，目前尚未解決，同時目前常用的普通鋁合金的表面錫鹽電解著色的方法，在鋁合金表面形成的電解著色膜是以銀白色和青銅色色調為主，裝飾性不強。

發(fā)明內容
為了彌補現(xiàn)有技術對含鎂高硅變形鋁合金表面處理的國際空白，針對含鎂高硅變形鋁合金耐蝕性差的不足之處，本發(fā)明提供一種電解著色膜的制備方法，用以提高含鎂高硅變形鋁合金的耐蝕性和裝飾性。本發(fā)明的電解著色膜的制備過程為預處理、直流陽極氧化和交流電解著色。具體按以下步驟進行 (1)預處理
預處理包括機械處理、除油、堿蝕、酸洗、去灰五道工序。以往鋁合金陽極氧化的預處理為四道工序，沒有去灰工序。但含鎂高硅變形鋁合金由于高硅鋁合金材料本身含硅量較高， 堿蝕之后在合金表面形成一層灰黑色的疏松的灰狀物表面層，酸洗后仍殘留，該灰狀物要靠去灰工藝除去。選取含鎂高硅變形鋁合金工件，將其先后經(jīng)300#水砂紙打磨、600#水砂紙打磨、 800#水砂紙打磨和1000#水砂紙打磨，再用拋光機拋光，使工件形成光澤表面；然后將其放入丙酮中超聲10 min進行除油處理；之后將其置于堿槽中于60-65°C堿蝕2-aiiin，堿槽中的混合堿液成分為5g/L Na0H、20g/L Na3PO4和20g/L Na2CO3 ；將堿蝕后工件在Imin內移往清水槽中清洗，停留Imin后，再將其放入酸槽中于98-100°C恒溫酸洗2-3 min，酸槽中混合酸液的成分為600 g/L質量濃度為85%的H3PO4,400 g/L質量濃度為98%的&S04，5g/ L Na2CO3 ；將酸洗后的工件在清水槽中浸泡lmin，然后在空氣中晾干；對晾干后的工件進行去灰處理，將工件在常溫下于去灰槽液中浸泡2-3s，去灰槽液的配方為90 g/L質量濃度為 98% 的 H2SO4,15 30 g/L NaF 和 50 g/L 質量濃度為 68% 的 HNO30 去灰反應比較復雜，主要反應有
Si + 4HN03 = SiO2- + 4N02 + 2H20(1)
SiO2 + 6HF = H2SiF6 + 2H20(2)
Al + 4HN03 = Al (NO3) 3 + NO + 2H20(3)
3M + 8HN03 = 3M (NO3)2 + 2N0 + 4H20(4)
Al2O3 + 6HNO3 = 2A1 (NO3) 3 + 3H20(5)
反應(4)中M代表鋁件中的錳、銅等金屬元素。硝酸的作用是氧化單質硅、溶解氧化鋁膜而生成硝酸鋁，對提高化學拋光質量起主要作用。氫氟酸的作用溶解二氧化硅，對于有盲孔的工件，酸洗后要充分清洗，使盲孔中不殘存酸液。(2)陽極氧化
以經(jīng)過預處理的鋁合金工件為陽極，以石墨或鉛板為陰極，以150-180 g/L的溶液作為電解槽液，在常溫下進行直流陽極氧化10-30min，電流密度為1. 2-1. 8A/dm2。(3)交流電解著色
將經(jīng)過陽極氧化的鋁合金工件置于電解著色槽的槽液中，保持溫度20-25°C，控制交流電壓12-25V，進行交流電解著色10-15min。電解著色液的配方為8-12g/L SnS04，10-15g/L 質量濃度為 98%m&S04，6-10g/ L H3BO3,10-14g/L穩(wěn)定劑I，0. 8-1. 2g/L穩(wěn)定劑II。通過改變工藝參數(shù)，著色時間、溫度、交流電壓，可以得到香檳色，茶色，深茶色，青銅色或黑色五種不同顏色并且均勻性較好的著色膜。所述的穩(wěn)定劑I為檸檬酸，穩(wěn)定劑II為對苯二酚。本發(fā)明的主要著色物質為錫，使用原料為硫酸亞錫。在酸性不強的介質中，亞錫離子(Sn2+)極易水解，生成不溶于酸、堿的沉淀(反應6、7)。在酸性溶液中，Sn2+易被水中的溶解氧氧化成沒有著色能力的Sn4+離子(反應8)。 SnSO4 + H2O = Sn(OH)2 J, + H2 SO4(6)
2SnS04 + O2 + 6H20 = Sn(OH)4 I + 2H2S04(7)
Sn2+ + O2 + H2+ = Sn4+ + H2O(8) 本發(fā)明的有益效果是
本發(fā)明通過控制電解著色工藝參數(shù)，在含鎂高硅變形鋁合金表面制備一層顏色由淺到深的著色膜，其顏色分別為香檳色、茶色、深茶色、青銅色和黑色，提高了含鎂高硅變形鋁合金表面的裝飾性，以滿足不同的需求；
本發(fā)明制備的電解著色膜膜層均致密，色澤均勻。著色膜厚度10_15μπι。熱穩(wěn)定試驗和熱震試驗證實，著色膜在400°C以下穩(wěn)定。根據(jù)GB-T6461-2002《金屬基體上無機覆層腐蝕試驗后的評級》，經(jīng)過中性鹽霧處理，電解著色膜的評級為9級。
具體實施例方式本發(fā)明實施例中所用的化學試劑為市場中購買的分析純試劑。實施例1 (1)預處理
選取含硅量10wt%的含鎂高硅變形鋁合金工件，將其先后經(jīng)300#水砂紙打磨、600#水砂紙打磨、800#水砂紙打磨、1000#水砂紙打磨，再用拋光機拋光，使工件形成光澤表面；然后將其放入丙酮中超聲10 min進行除油處理；之后將其置于堿槽中于6(T65°C堿蝕2lmin， 堿槽中的混合堿液成分為5g/L Na0H、20g/L Na3P0dP20g/L Na2CO3 ；將堿蝕后工件在lmin 內移入清水槽中清洗，停留Imin后，再將其放入酸槽中于98 100°C恒溫酸洗纊3 min，酸槽中混合酸液的成分為600 g/L質量濃度為85%的H3PO4,400 g/L質量濃度為98%的H2SO4, 5g/L Na2CO3 ；將酸洗后的工件在清水槽中浸泡lmin，然后在空氣中晾干；對晾干后的工件進行去灰處理，將工件在常溫下于去灰槽液中浸泡&，去灰槽液的配方為90 g/L質量濃度為98%的H2SO4,15 g/L NaF和50 g/L質量濃度為68%的HNO30(2)陽極氧化
以經(jīng)過預處理的鋁合金工件為陽極，以鉛板為陰極，以160 g/L的H2SO4溶液作為電解槽液，在常溫下進行直流陽極氧化lOmin，電流密度為1. 5A/dm2。(3)交流電解著色
將經(jīng)過陽極氧化的鋁合金工件置于電解著色槽的槽液中，保持溫度2(T25°C，控制交流電壓12V，進行交流電解著色5min。電解著色液的配方為8 g/L SnS04，10g/L質量濃度為98%&&S04，6g/L H3BO3, 10g/L穩(wěn)定劑I，0. 8g/L穩(wěn)定劑II，得到厚度為10 μ m的香檳色電解著色膜。實施例2 (1)預處理
選取含硅量12wt%的含鎂高硅變形鋁合金工件，將其先后經(jīng)300#水砂紙打磨、600#水砂紙打磨、800#水砂紙打磨、IOOOs水砂紙打磨，再用拋光機拋光，使工件形成光澤表面；然后將其放入丙酮中超聲10 min進行除油處理；之后將其置于堿槽中于6(T65°C堿蝕2lmin， 堿槽中的混合堿液成分為5g/L Na0H、20g/L Na3P0dP20g/L Na2CO3 ；將堿蝕后工件在lmin 內移入清水槽中清洗，停留Imin后，再將其放入酸槽中于98 100°C恒溫酸洗纊3 min，酸槽中混合酸液的成分為600 g/L質量濃度為85%的H3PO4,400 g/L質量濃度為98%的H2SO4, 5g/L Na2CO3 ；將酸洗后的工件在清水槽中浸泡lmin，然后在空氣中晾干；對晾干后的工件進行去灰處理，將工件在常溫下于去灰槽液中浸泡3s，去灰槽液的配方為90 g/L質量濃度為98%的H2SO4,15 30 g/L NaF和50 g/L質量濃度為68%的HNO30(2)陽極氧化
以經(jīng)過預處理的鋁合金工件為陽極，以石墨為陰極，以160 g/L的H2SO4溶液作為電解槽液，在常溫下進行直流陽極氧化15min，電流密度為1. 5A/dm2。(3)交流電解著色
將經(jīng)過陽極氧化的鋁合金工件置于電解著色槽的槽液中，保持溫度2(T25°C，控制交流電壓15V，進行交流電解著色lOmin。電解著色液的配方為9 g/L SnSO4,11 g/L質量濃度為98%的H2SO4, 7g/L H3BO3,llg/L穩(wěn)定劑I，0. 9g/L穩(wěn)定劑II，得到厚度為12ym的茶色電解著色膜。實施例3 (1)預處理
選取含硅量15wt%的含鎂高硅變形鋁合金工件，將其先后經(jīng)300#水砂紙打磨、600#水砂紙打磨、800#水砂紙打磨、1000#水砂紙打磨，再用拋光機拋光，使工件形成光澤表面；然后將其放入丙酮中超聲10 min進行除油處理；之后將其置于堿槽中于6(T65°C堿蝕2lmin， 堿槽中的混合堿液成分為5g/L Na0H、20g/L Na3P0dP20g/L Na2CO3 ；將堿蝕后工件在lmin 內移入清水槽中清洗，停留Imin后，再將其放入酸槽中于98 100°C恒溫酸洗纊3 min，酸槽中混合酸液的成分為600 g/L質量濃度為85%的H3PO4,400 g/L質量濃度為98%的H2SO4, 和5g/L Na2CO3 ；將酸洗后的工件在清水槽中浸泡lmin，然后在空氣中晾干；對晾干后的工件進行去灰處理，將工件在常溫下于去灰槽液中浸泡2-3s，去灰槽液的配方為90 g/L質量濃度為98%的H2SO4, 20 g/L NaF和50 g/L質量濃度為68%的HNO30(2)陽極氧化
以經(jīng)過預處理的工件為陽極，以石墨為陰極，以160 g/L WH2SO4溶液作為電解槽液，在常溫下進行直流陽極氧化20min，電流密度為1. 5A/dm2。(3)交流電解著色
將經(jīng)過陽極氧化的鋁合金工件置于電解著色槽的槽液中，保持溫度2(T25°C，控制交流電壓18V，進行交流電解著色12min。電解著色液的配方為10 g/L SnSO4,12g/L質量濃度為98%的&S04，8g/L H3BO3, 12g/L穩(wěn)定劑I，1.0g/L穩(wěn)定劑II，得到厚度為13 μ m的深茶色電解著色膜。實施例4 (1)預處理
選取含硅量13wt%的含鎂高硅變形鋁合金工件，將其先后經(jīng)300#水砂紙打磨、600#水砂紙打磨、800#水砂紙打磨、1000#水砂紙打磨，再用拋光機拋光，使工件形成光澤表面；然后將其放入丙酮中超聲10 min進行除油處理；之后將其置于堿槽中于6(T65°C堿蝕2lmin， 堿槽中的混合堿液成分為5g/L Na0H、20g/L Na3P0dP20g/L Na2CO3 ；將堿蝕后工件在lmin 內移入清水槽中清洗，停留Imin后，再將其放入酸槽中于98 100°C恒溫酸洗纊3 min，酸槽中混合酸液的成分為600 g/L質量濃度為85%的H3PO4,400 g/L質量濃度為98%的H2SO4, 5g/L Na2CO3 ；將酸洗后的工件在清水槽中浸泡lmin，然后在空氣中晾干；對晾干后的工件進行去灰處理，將工件在常溫下于去灰槽液中浸泡2s，去灰槽液的配方為90 g/L質量濃度為98%的H2SO4, 25 g/L NaF和50 g/L質量濃度為68%的HNO30(2)陽極氧化
以經(jīng)過預處理的鋁合金工件為陽極，以鉛板為陰極，以160 g/L的H2SO4溶液作為電解槽液，在常溫下進行直流陽極氧化25min，電流密度為1. 5A/dm2。(3)交流電解著色
將經(jīng)過陽極氧化的鋁合金工件置于電解著色槽的槽液中，保持溫度2(T25°C，控制交流電壓2IV，進行交流電解著色IOmin。電解著色液的配方為11 g/L SnSO4,13g/L質量濃度為98%的&S04，9g/L H3BO3, 13g/L穩(wěn)定劑1,1. lg/L穩(wěn)定劑II，得到厚度為14 μ m的青銅色電解著色膜。
實施例5
(1)預處理
選取硅含量12wt%的含鎂高硅變形鋁合金工件，將其先后經(jīng)300#水砂紙打磨、600#水砂紙打磨、800#水砂紙打磨、1000#水砂紙打磨，再用拋光機拋光，使工件形成光澤表面；然后將其放入丙酮中超聲10 min進行除油處理；之后將其置于堿槽中于6(T65°C堿蝕2lmin， 堿槽中的混合堿液成分為5g/L Na0H、20g/L Na3P0dP20g/L Na2CO3 ；將堿蝕后工件在lmin 內移入清水槽中清洗，停留Imin后，再將其放入酸槽中于98 100°C恒溫酸洗纊3 min，酸槽中混合酸液的成分為600 g/L質量濃度為85%的H3PO4,400 g/L質量濃度為98%的H2SO4, 5g/L Na2CO3 ；將酸洗后的工件在清水槽中浸泡lmin，然后在空氣中晾干；對晾干后的工件進行去灰處理，將工件在常溫下于去灰槽液中浸泡2s，去灰槽液的配方為90 g/L質量濃度為98%的H2SO4, 30 g/L NaF和50 g/L質量濃度為68%的HNO30(2)陽極氧化
以經(jīng)過預處理的鋁合金工件為陽極，以石墨或鉛板為陰極，以160 g/L的溶液作為電解槽液，在常溫下進行直流陽極氧化15min，電流密度為1. 5A/dm2。(3)交流電解著色
將經(jīng)過陽極氧化的鋁合金工件置于電解著色槽的槽液中，保持溫度22°C，控制交流電壓25V，進行交流電解著色15min。電解著色液的配方為12 g/L SnSO4, 15g/L質量濃度為98%的&S04，10g/L H3BO3, 14g/L穩(wěn)定劑I，1.2g/L穩(wěn)定劑II，得到厚度為15 μ m的黑色電解著色膜。
權利要求
1.一種含鎂高硅變形鋁合金表面電解著色膜的制備方法，其特征在于首先選取含鎂高硅變形鋁合金工件，將其先后經(jīng)300#水砂紙打磨、600#水砂紙打磨、800#水砂紙打磨、1000#水砂紙打磨，再用拋光機拋光，使工件形成光澤表面；然后將其放入丙酮中超聲 10 min進行除油處理；之后將其置于堿槽里的堿液中于60-65°C條件下堿蝕2_;3min ；將堿蝕后工件在Imin內移入清水槽中清洗，停留Imin后，再將其放入酸槽里的混合酸液中 98-100°C恒溫酸洗2-3 min ；將酸洗后的工件在清水槽中浸泡lmin，然后在空氣中晾干；對晾干后的工件進行去灰處理，將工件在常溫下于去灰槽液中浸泡2-3s ；然后將經(jīng)過預處理的高硅鋁合金工件作為陽極，以石墨或鉛板為陰極，以150-180 g/L的H2SO4溶液作為電解槽液，在常溫下進行直流陽極氧化10-30min，電流密度為1. 2-1. 8A/dm2 ；其特征在于將經(jīng)過陽極氧化的高硅鋁合金工件置于電解著色槽的槽液中，保持溫度20-25°C，控制交流電壓 12-25V，進行交流電解著色10-15min ；電解著色液的配方為8-12 g/L SnSO4,10_15g/L質量濃度為98%的H2SO4,6-10g/L H3BO3,10_14g/L穩(wěn)定劑I，0. 8-1. 2g/L穩(wěn)定劑II，在鋁合金工件表面形成香檳色、茶色、深茶色、青銅色或黑色的電解著色膜。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種含鎂高硅變形鋁合金表面電解著色膜的制備方法，其特征在于所述的堿槽中的混合堿液成分為5g/L Na0H、20g/L Na3PO4*20g/L Na2CO3 ；所述的酸槽中混合酸液的成分為600 g/L質量濃度為85%的H3PO4,400 g/L質量濃度為98%的 H2SO4, 5g/LNa2C03 ；所述的去灰槽液的配方為90 g/L質量濃度為98%的&S04，15 30 g/L NaF和50 g/L質量濃度為68%的HNO3;所述的穩(wěn)定劑I為檸檬酸，穩(wěn)定劑II為對苯二酚。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種含鎂高硅變形鋁合金表面彩色電泳涂膜的制備方法，其特征在于所述的種含鎂高硅變形鋁合金含硅量達10-15wt%。
全文摘要
本發(fā)明屬于表面處理技術領域，具體涉及一種含鎂高硅變形鋁合金表面電解著色膜的制備方法，本發(fā)明的技術方案包括預處理，直流陽極氧化和交流電解著色，其要點是控制交流電壓12-25V，進行交流電解著色10-15min，調節(jié)電解液成分配比，在含鎂高硅變形鋁合金表面制備顏色分別為香檳色、茶色、深茶色、青銅色和黑色的電解著色膜，提高了含鎂高硅變形鋁合金表面的裝飾性的同時，提高了含鎂高硅變形鋁合金表面的耐磨性、耐蝕性、熱穩(wěn)定性，本發(fā)明的電解著色膜各項性能均達到或優(yōu)于國家標準。
文檔編號C25D11/16GK102260896SQ201110213380
公開日2011年11月30日 申請日期2011年7月28日 優(yōu)先權日2011年7月28日
發(fā)明者于福曉, 尚妍, 李光祿, 牛盾, 王林山 申請人:東北大學