用于對鑄造用鋁合金進(jìn)行表面處理的電解液和方法
【專利摘要】本發(fā)明提供通過向電解液中添加金屬陰離子化合物而在鑄造用鋁合金中形成氧化膜的鋁合金表面處理方法。該方法可以防止在應(yīng)用陽極氧化方法時在鑄造用鋁合金的表面上出現(xiàn)開裂。
【專利說明】
用于對鑄造用鋁合金進(jìn)行表面處理的電解液和方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本公開內(nèi)容涉及用于對鑄造用鋁合金進(jìn)行表面處理的電解液和方法，并且更具體地，本公開內(nèi)容涉及能夠在應(yīng)用陽極氧化方法時防止在鑄造用鋁合金的表面上出現(xiàn)開裂的用于對鑄造用鋁合金進(jìn)行表面處理的電解液和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鋁合金因其合金元素與純鋁相比具有更低的耐腐蝕性。因此，需要在鋁合金的表面上以電化學(xué)方式形成氧化膜，以增強(qiáng)表面耐磨性。在本文中，用于形成氧化膜的方法被稱為陽極氧化方法。
[0003]陽極氧化方法是陽極和氧化的復(fù)合詞，是通過使用鋁合金作為陽極在電解液中導(dǎo)電并經(jīng)陽極產(chǎn)生的氧使鋁表面氧化而形成鋁膜(Al2O3)的方法。
[0004]招膜具有優(yōu)異的耐久性和耐腐蝕性，且其微柱單元(micro columnar cell)在數(shù)納米至數(shù)微米的范圍內(nèi)，在鋁膜上生長以形成微孔表面。
[0005]—般的陽極氧化使用硫酸濃度范圍為15?20wt%的電解質(zhì)來執(zhí)行。
[0006]參考圖1，鑄造用招合金包括大量Si以便改善流動性。在包括大量Si的合金中，Si在陽極氧化過程中不溶解，因此保留在原位，未陽極氧化的Si團(tuán)塊形成島(island)，在氧化膜的表面上引起開裂，從而降低耐腐蝕性。
[0007]已經(jīng)提供描述為相關(guān)技術(shù)的內(nèi)容，其僅是為了幫助理解本公開內(nèi)容的背景，而不應(yīng)被認(rèn)為相應(yīng)于本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的相關(guān)技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明構(gòu)思的一方面涉及提供用于對鑄造用鋁合金進(jìn)行表面處理的電解液和方法，其能夠防止耐腐蝕性因氧化膜表面上出現(xiàn)的開裂而降低，該開裂由在包括大量Si的合金中未被陽極氧化的Si團(tuán)塊所形成的島而引起。
[0009]本公開內(nèi)容的其它目的和優(yōu)點可以根據(jù)以下描述來加以理解，并且參考本發(fā)明構(gòu)思的實施方式其會變得清楚明顯。另外，對本公開內(nèi)容所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員而言明顯的是，本發(fā)明的目的和優(yōu)點可以通過所要求保護(hù)的方式及其組合而實現(xiàn)。
[0010]根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的實施方式，對鑄造用鋁合金進(jìn)行表面處理的方法包括通過向電解液中添加金屬陰離子化合物而在鑄造用鋁合金中形成氧化膜。
[0011]電解液可使用選自硫酸和草酸的任意一種材料作為基材而制備。
[0012]金屬陰離子化合物可以是NaA102。
[0013]金屬陰離子化合物可以是選自NaMoOjP Na 2Ti307的任意一種。
[0014]鑄造用鋁合金可以包括4.0?24.0wt %的Si，并且氧化膜可以具有設(shè)定為等于或大于5 μπι的厚度。
[0015]該方法還可包括選擇硫酸和草酸中的任意一種來制備電解液。選擇選自NaMo04、Na2Ti3O7和NaAlOd^任意一種金屬陰離子化合物并向電解液中添加所選的金屬陰離子化合物。通過控制電壓、電流、時間和溫度的范圍，電解液中包含的金屬陰離子化合物的陰離子與鑄造用鋁合金表面上形成的開裂相結(jié)合。
[0016]可以將電壓控制在10?200V的范圍內(nèi)，可以將電流控制在0.2?ΙΟΑ/cm2的范圍內(nèi)，并且可以將時間控制在I?24h的范圍內(nèi)。所添加的金屬陰離子化合物可以在0.02?
0.4M的范圍內(nèi)。
[0017]根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的另一實施方式，提供用于對鑄造用鋁合金進(jìn)行表面處理的電解液，其中將選自NaMo04、Na2Ti307和NaAlO2的任意一種金屬陰離子化合物添加到選自硫酸溶液和草酸溶液的任意一種中，以在包括4.0?24.0wt %的鑄造用鋁合金的表面上形成氧化膜。
【附圖說明】
[0018]圖1是示出在常規(guī)的陽極氧化過程中因Si團(tuán)塊形成島而在氧化膜的表面上形成開裂的過程的圖。
[0019]圖2是示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思示例性實施方式的鑄造用鋁合金的表面處理機(jī)制的圖。
[0020]圖3是示出應(yīng)用根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思示例性實施方式的處理方法的鑄造用鋁合金的開裂預(yù)防機(jī)制的圖。
[0021]圖4A?4D是示出通過使用電子顯微鏡對在(a)常規(guī)硫酸法中使用的電解質(zhì)H2SO4, (b) H2S04+0.02M NaAlO2, (c) H2S04+0.1M NaAlO2,和(d)H2S04+0.2M NaAlO2中陽極氧化2小時的鋁合金錠ADC12合金的表面進(jìn)行觀察所得的結(jié)果的照片。
[0022]圖5A?是示出通過使用電子顯微鏡對在(a)常規(guī)硫酸法中使用的電解質(zhì)H2SO4, (b) H2S04+0.02M NaAlO2, (c) H2S04+0.1M NaAlO2,和(d)H2S04+0.2M NaAlO2中陽極氧化3小時的ADC12合金的表面進(jìn)行觀察所得的結(jié)果的照片。
[0023]圖6A?6D是示出通過使用電子顯微鏡對在(a)常規(guī)硫酸法中使用的電解質(zhì)H2SO4, (b) H2S04+0.02M NaAlO2, (c) H2S04+0.1M NaAlO2,和(d)H2S04+0.2M NaAlO2中陽極氧化4小時的ADC12合金的表面進(jìn)行觀察所得的結(jié)果的照片。
[0024]圖7A ?7C 是示出使用 H2SOjP H 2S04+0.2M NaAlO^ 極氧化(a) 2 小時、(b) 3 小時和(c) 4小時的ADC12的極化曲線的圖。
[0025]圖8是示出ADC12合金表面的陽極氧化膜硬度的圖。
【具體實施方式】
[0026]下文中將參考附圖描述根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思示例性實施方式的用于對鑄造用鋁合金進(jìn)行表面處理的電解液和方法。
[0027]根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思示例性實施方式的用于對鑄造用鋁合金進(jìn)行表面處理的電解液通過將選自NaMo04、Na2Ti3O7和NaAlO 2的任意一種金屬陰離子化合物添加到選自硫酸溶液和草酸溶液的任意一種而獲得，以在包括4.0?24.0wt %的Si的鑄造用鋁合金的表面上形成氧化膜。
[0028]通過使用電解液對Si范圍為4.0?24.0wt %的鑄造用鋁合金進(jìn)行表面處理，可以防止在使高Si鑄造用鋁合金陽極氧化時出現(xiàn)開裂。
[0029]根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思示例性實施方式的用于對鑄造用鋁合金進(jìn)行表面處理的方法包括通過選擇硫酸和草酸中的任意一種來制備電解液。選擇選自NaMo04、Na2Ti3OjPNaAlO2的任意一種金屬陰離子化合物，并將所選的金屬陰離子化合物添加到電解液。通過控制電壓、電流、時間和溫度的范圍，電解液中包含的金屬陰離子化合物的陰離子與鑄造用鋁合金表面上形成的開裂相結(jié)合。
[0030]如圖2所示，通過使用電解液(其中選自NaMo04、Na2Ti307和NaAlO2的任意一種金屬陰離子化合物添加到硫酸和草酸的任意一種)應(yīng)用陽極氧化方法，金屬陰離子化合物中的Al2O在電解質(zhì)內(nèi)解離，然后與在陽極氧化時出現(xiàn)的鑄造用鋁合金表面上的開裂結(jié)合。
[0031]金屬陰離子化合物的NaAlOj^離子反應(yīng)表示如下。
[0032]NaAlO2------>Na++Al20
[0033]如圖3所示，因Si出現(xiàn)的表面開裂通過使前述金屬陰離子與鑄造用鋁合金(基于Al的合金)表面的Al2O3氧化膜上的開裂相結(jié)合并使其生長而得到防止。
[0034]根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思示例性實施方式的用于對鑄造用鋁合金進(jìn)行表面處理的方法實施表面處理操作，以在應(yīng)用陽極氧化方法時制備最佳電解液并將該電解液應(yīng)用于將在以下描述的表面處理方法。
[0035]在執(zhí)行鑄造用鋁合金的表面處理時，需要控制各種條件，例如電壓、電流、時間、溫度、所添加的金屬陰離子化合物的種類等。這些條件需要能在包括高Si的鑄造用鋁合金中形成5 μπι的厚膜，并且最佳地保持以通過去除開裂來增強(qiáng)耐腐蝕性、耐磨性和膜厚度。
[0036]電壓和電流各自需要以10?200V和0.2?ΙΟΑ/cm2施加，表面處理操作需要執(zhí)行I?24h，并且金屬陰離子化合物需要在0.02?0.4M的范圍內(nèi)添加。
[0037]電壓、電流和時間范圍的下限是在用于對鑄造用鋁合金進(jìn)行表面處理的電解液中進(jìn)行陽極氧化的電壓、電流和時間的最小值，并且其上限是防止在陽極氧化時過度施加負(fù)載的電壓、電流和時間的最大值。
[0038]電解的溫度可以在O?90°C的范圍內(nèi)，并且如上所述，添加的金屬陰離子化合物可以是選自NaMoOzp Na2Ti3C^P NaAlO 2的任意一種。
[0039]金屬陰離子化合物的量不可超過0.4M，因為金屬陰離子化合物需要以能夠在電解液中溶解的量添加。
[0040]圖4A?4D是示出通過使用電子顯微鏡對在(a)常規(guī)硫酸法中使用的電解質(zhì)H2SO4, (b) H2S04+0.02M NaAlO2, (c) H2S04+0.1M NaAlO2,和(d)H2S04+0.2M NaAlO2中陽極氧化2小時的ADC12合金的表面進(jìn)行觀察所得的結(jié)果的照片。圖5A?f5D是示出通過使用電子顯微鏡對在(a)常規(guī)硫酸法中使用的電解質(zhì)H2SO4, (b)H2S04+0.02M NaAlO2, (c)H2S04+0.1MNaAlO2，和(d)H2S04+0.2M NaAlO2中陽極氧化3小時所得的ADC12合金的表面進(jìn)行觀察所得的結(jié)果的照片。圖6A?6D是示出通過使用電子顯微鏡對在(a)常規(guī)硫酸法中使用的電解質(zhì) H2SO4, (b) H2S04+0.02M NaAlO2, (c) H2S04+0.1M NaAlO2,和(d)H2S04+0.2M NaAlO2中陽極氧化4小時所得的ADC12合金的表面進(jìn)行觀察所得的結(jié)果的照片。
[0041]從圖8可見，在加入有0.02M NaAlOd^金屬陰離子電解質(zhì)中執(zhí)行陽極氧化的情況除外，在加入有0.1M和0.2M NaAlO2的金屬陰離子電解質(zhì)中執(zhí)行陽極氧化時，ADC12合金的陽極氧化膜硬度增加。
[0042]圖7A ?7C 是示出使用 H2SOjP H 2S04+0.2M NaAlO^ 極氧化(a) 2 小時、(b) 3 小時和(C) 4小時的ADC12的極化曲線的圖。
[0043]可以理解的是，在加入有0.2M NaAlO2的電解質(zhì)中進(jìn)行陽極氧化的ADC12合金的塔菲爾曲線(Tafel plot)相比于僅使用H2SO4作為電解質(zhì)進(jìn)行陽極氧化的ADC12合金向右進(jìn)一步移動，結(jié)果，可以理解的是在加入有0.2M NaAlO2的電解質(zhì)中進(jìn)行陽極氧化的ADC12合金的耐腐蝕性增強(qiáng)。
[0044]根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示例性實施方式，因上述技術(shù)配置可獲得如下各種效果。
[0045]首先，通過使用金屬陰離子化合物可以在包含大量Si的鑄造用鋁合金中形成5 μπι或更厚的厚膜。
[0046]第二，可以去除在鑄造用鋁合金上形成陽極氧化膜時出現(xiàn)的表面缺陷。
[0047]第三，可以改善陽極氧化的鑄造用鋁合金的耐腐蝕性、耐磨性和膜硬度。
[0048]盡管已關(guān)于具體的示例性實施方式示出和描述本發(fā)明構(gòu)思，但對于本領(lǐng)域技術(shù)人員明顯的是，在不偏離所附權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的主旨和范圍的情況下，可以對本公開內(nèi)容進(jìn)行各種修改和變化。
【主權(quán)項】
1.一種用于對鑄造用鋁合金進(jìn)行表面處理的方法，包括: 通過向電解液中添加金屬陰離子化合物而在所述鑄造用鋁合金中形成氧化膜。2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述電解液使用選自硫酸和草酸的任意一種材料作為基材而制備。3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中所述金屬陰離子化合物是NaAlO2。4.如權(quán)利要求2所述的方法，其中所述金屬陰離子化合物是選自NaMoO4和Na Ji3O7的任意一種。5.如權(quán)利要求3所述的方法，其中所述鑄造用鋁合金包含在4.0?24.0wt %范圍內(nèi)的Si，并且 所述氧化膜具有設(shè)為等于或大于5 μπι的厚度。6.如權(quán)利要求5所述的方法，包括以下步驟: 通過選擇硫酸和草酸中的任意一種來制備所述電解液； 選擇選自NaMoOzp Na2Ti3O7和NaAlO 2的任意一種金屬陰離子化合物并向所述電解液中添加所選的金屬陰離子化合物；以及 通過控制電壓、電流、時間和溫度的范圍，使所述電解液中包含的金屬陰離子化合物的陰離子與所述鑄造用鋁合金的表面上形成的開裂結(jié)合。7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中將所述電壓控制在10?200V的范圍內(nèi)，將所述電流控制在0.2?ΙΟΑ/cm2的范圍內(nèi)，并將所述時間控制在I?24h的范圍內(nèi)，并且 所添加的金屬陰離子化合物在0.02?0.4M的范圍內(nèi)。8.一種用于對鑄造用鋁合金進(jìn)行表面處理的電解液，其中將選自NaMoO 4、Na2Ti3O7和NaAlOd^任意一種金屬陰離子化合物添加到選自硫酸溶液和草酸溶液的任意一種中，以在包含4.0?24.0wt%的Si的鑄造用鋁合金的表面上形成氧化膜。9.如權(quán)利要求4所述的方法，其中所述鑄造用鋁合金包含在4.0?24.0wt %范圍內(nèi)的Si，并且 所述氧化膜具有設(shè)為等于或大于5 μπι的厚度。10.如權(quán)利要求9所述的方法，包括以下步驟: 通過選擇硫酸和草酸中的任意一種來制備所述電解液； 選擇選自NaMoOzp Na2Ti3O7和NaAlO 2的任意一種金屬陰離子化合物并向所述電解液中添加所選的金屬陰離子化合物；以及 通過控制電壓、電流、時間和溫度的范圍，使所述電解液中包含的金屬陰離子化合物的陰離子與所述鑄造用鋁合金的表面上形成的開裂結(jié)合。11.如權(quán)利要求10所述的方法，其中將所述電壓控制在10?200V的范圍內(nèi)，將所述電流控制在0.2?ΙΟΑ/cm2的范圍內(nèi)，并將所述時間控制在I?24h的范圍內(nèi)，并且 所添加的金屬陰離子化合物在0.02?0.4M的范圍內(nèi)。
【文檔編號】C25D11/06GK105986295SQ201510093390
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2015年3月2日
【發(fā)明人】金睿琳, 尹亨燮, 劉玹碩, 李東垠, 李喆浩, 崔鎮(zhèn)燮
【申請人】現(xiàn)代自動車株式會社, 仁荷大學(xué)校產(chǎn)學(xué)協(xié)力團(tuán)