一种铝及其合金材料表面生成陶瓷膜的阳极化处理方法技术

本发明专利技术涉及一种铝及其合金材料表面生成陶瓷膜的阳极化处理方法，它是一种集现代化学、电化学、材料学、电子科学技术为一体的新技术。它主要是指将铝及其合金材料置于一定的复合电解液中，采用较高单向或可控不对称氧化电压，在抑弧无火花放电条件下，对铝及其合金进行电化学陶瓷成膜处理，使铝及其合金表面生成主要成分为Ａｌ↓［２］Ｏ↓［３］的陶瓷膜层。经过电化学陶瓷成膜工艺处理后，可在铝及其合金表面一次性形成显微硬度在４００～８００ＨＶ，具有优异的耐磨耐蚀和表面装饰性能的灰色、棕色、黄色、黑色等系列色彩的陶瓷膜。

【技术实现步骤摘要】
一种铝及其合金材料表面生成陶瓷膜的阳极化处理方法
：本专利技术涉及一种铝及其合金表面生成陶瓷膜的阳极化处理方法。
技术介绍
：铝及其合金材料由于其优异的物理、化学、机械性能以及比重轻、易加工等特点而广泛应用于国民经济的各个领域。然而由于铝合金表面硬度差，标准平衡电位较负而易于受到环境的腐蚀与磨损，因而铝合金零部件在使用前往往要进行适当的表面处理。目前铝合金的表面处理技术主要是阳极氧化法和化学氧化法。经普通化学或电化学方法氧化的铝及其合金表面可生成一层具有一定硬度(200～300HV)和一定耐腐蚀性能的氧化膜，在对具有多孔层和阻挡层结构的阳极氧化膜继续进行化学或电化学着色处理后，普通阳极氧化膜具有良好的装饰性能。因而这种表面处理方法在建筑铝型材、铝基五金家电等领域得到广泛应用。然而，随着国民经济的不断发展以及铝基合金更广泛地应用于航天航空、国防军工、汽车机械以及轻工民用行业，对铝合金表面性能的要求越来越高和越来越多样性，例如：要求铝合金材料表面具有较高的硬度(400HV以上)和耐磨性；要求铝表面氧化膜具有较好的耐碱性和耐酸性；同时要求表面具有优异的装饰性能。本专利技术正是在这样一种技术与市场要求的背景下，采用电化学阳极氧化技术使铝及其合金材料在一种含有复合电解液的溶液中，表面迅速生成一层显微硬度为400～800HV，耐磨耐蚀性能优异，同时具有鲜艳色彩和优异装饰性能的陶瓷膜。本技术组分既不同于铝的常规阳极氧化，也不同于微弧阳极氧化，是一种全新的铝表面处理技术。采用较高的不对称脉动电压和冲击电流对铝及其合金表面生成陶瓷膜方法，目前用的较多的主要是微弧氧化法。中国专利公开号1262344、1115793等提出了等离子增强电化学表面陶瓷化方法，该技术主要通过在金属基体与电解液的表面产生等离子体弧光放电，使表面形成一层沉淀型陶瓷氧化膜。氧化过程的主要特征是电极/溶液界面会产生强烈的弧光放电现象，其电解液以多聚磷酸盐为主。公开号1163323提出了一种等离子增强电化学表面陶瓷化处理过程中能量控制方法。公开号1163324提出了陶瓷化处理后采用电泳涂装来增强单一膜的耐磨性和耐候性，拓宽了金属陶瓷化膜的应用领域。上述方法虽然能在金属表面形成一层具有-->一定耐蚀性和较好装饰性的膜层，但膜层的硬度和耐磨性能并不高，往往只能作为涂膜的中间层使用。
技术实现思路
：本专利技术的目的旨在提供了一种能在较低的能耗，不发生火花放电状态下，使铝及其合金表面快速生成一层高硬度、高耐磨耐蚀和优异装饰性能陶瓷膜层的阳极化处理方法。本专利技术采用以下技术方案：将铝或其合金材料作为阳极，置于复合电解液中，采用单向或可控不对称氧化电压，控制电压在20～120秒内从0V升到所需电压80V～300V，并保持不变，直至结束，阳极氧化电流随电压升高而增大，达到峰值电流密度5～30A/dm2后，迅速下降，直至成膜结束；氧化始终在无弧无火花放电下进行；所述的复合电解液成分包括有机羧酸及其衍生物，无机含磷、含硼化合物，金属含氧酸盐，复合电解质总浓度为：5～100g/L。电压波形可采用单向脉冲、不对称交流或不对称脉冲。所述的电压可以为100V～200V，峰值电流密度5～12A/dm2，电解液温度为5～65℃。当电流密度最终降为1～2A/dm2，则成膜结束。所述峰值电流可持续5～10秒。本专利技术氧化始终处于无弧无火花放电条件下进行，在采用交变脉动电压氧化的条件下，铝表面会稍有荧光出现，氧化过程中铝表面始终伴有氧气析出。所述的有机羧酸及其衍生物为含2～8个碳原子的有机二元羧酸；可以为丙二酸、丁二酸、乳酸、酒石酸、马来酸、柠檬酸、草酸等。所述的无机含磷、硼化合物为含磷或含硼元素的酸及其钾、钠或铵盐；可以为磷酸、焦磷酸、多聚磷酸、磷酸盐、焦磷酸盐、多聚磷酸盐、硼酸、偏硼酸、四硼酸盐等。所述的金属含氧酸盐为钒、钨或钼与氧结合形成的简单盐，水溶液中通式为N2O·MO3·nH2O，其中N为K+、Na+、NH4+，M为相应的金属元素，n为结晶水的个数。可以为钒酸盐、钨酸盐、铝酸盐等。由于本专利技术氧化过程不发生弧光放电，采用的是较高的脉冲电压和冲击电流，使铝及其合金表面快速形成一层高硬度、高耐磨耐蚀性和优异装饰性能的陶瓷膜氧化层，其生产流程-->与普通阳极氧化相同：脱脂→水洗→抑弧电化学陶瓷成膜→水洗→烘干本专利技术成分配制因对产品的色泽要求不同而不同，一般分为以下四种：(1)灰白色系列陶瓷成膜阳极化处理灰白色系列陶瓷成膜阳极化处理电解液主要含有有机羧酸及其衍生物如：草酸：1.0～6.0g/L，丁二酸：0.5～2.5g/L；无机含磷、硼化合物如：磷酸5～10ml/L，硼酸5～20g/L，磷酸盐0.5～10g/L；金属含氧酸盐如：钒酸盐0.5～10g/L、钨酸盐0.5～10g/L等组成。有机羧酸为主要的成膜物质，无机含磷、硼化合物与金属含氧酸盐具有提高成膜电流密度，加快电压变化，均匀膜层的作用。控制工艺条件：控制电压在20～120秒内从0V升到所需电压(80V～300V)，并保持不变，直至试验结束。阳极氧化电流随电压升高而增大，达到峰值电流密度(5～30A/dm2)后，持续5-10秒后，迅速下降，最终降为1～2A/dm2。氧化时间：5～30min。温度：5～65℃。(2)黄色系列陶瓷成膜阳极化处理此种体系得到的膜层均是黄色系列膜层，电解液主要含有有机羧酸及其衍生物如：草酸：8～15g/L，乳酸：2～10ml/L。无机含磷、硼化合物如：焦磷酸盐：10～15g/L，焦磷酸：1～4ml/L，硼酸：5～20g/L。金属含氧酸盐如：钼酸盐：0.5～5g/L，钨酸盐：0.5～10g/L等组成。电解液各组分的作用同上，氧化膜的颜色主要由无机含磷、硼化合物的浓度决定。控制工艺条件同上。(3)灰色系列陶瓷成膜阳极化处理此种组分进行陶瓷化成膜得到的主要是灰色系列的膜层，电解液主要含有有机羧酸及其衍生物如：酒石酸为：8～25g/L，柠檬酸为：5～10g/L。无机含磷、硼化合物如：焦磷酸：1～5ml/L，多聚磷酸：2～8ml/L，多聚磷酸钠：10～15g/L，偏硼酸：0.5～5g/L，四硼酸钠：10～25g/L。金属含氧酸盐如：钒酸盐0.5～2.0g/L，钨酸盐为：0.5～10g/L等组成。电解液各组分的作用同上，其膜层颜色主要由有机羧酸的浓度决定。控制工艺条件同上。(4)黑色系列陶瓷成膜阳极化处理此体系电解液组分进行陶瓷化成膜得到的主要是紫黑色系列膜层，电解液主要含有有机羧酸如：马来酸为：0.5～10g/L，丙二酸为：1.0～2.0g/L。无机含磷、硼化合物如：焦磷酸为：1～5ml/L，多聚磷酸为：2～8ml/L，多聚磷酸钠为：10～15g/L，偏硼酸：0.5～5g/L，四硼-->酸钠为：10～15g/L。金属含氧酸盐如：钼酸盐为：0.5～4.0g/L，钒酸盐为：0.5～10g/L等组成。电解液各组分的作用同上，其膜层颜色主要由有机羧酸的浓度决定。控制工艺条件同上。本专利技术采用上述不同颜色体系的电解液进行阳极化处理，铝在此特定的电解质溶液中，在脉动电压的作用下，表面发生迅速溶解，溶解的铝离子在电极/溶液界面与金属含氧酸阴离子及有机羧酸阴本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铝及其合金材料表面生成陶瓷膜的阳极化处理方法，其特征在于：将铝或其合金材料作为阳极，置于复合电解液中，采用单向或可控不对称氧化电压，控制电压在２０～１２０秒内从０Ｖ升到所需电压８０Ｖ～３００Ｖ，并保持不变，阳极氧化电流随电压升高而增大，达到峰值电流密度５～３０Ａ／ｄｍ↑［２］后，迅速下降，直至成膜结束，氧化始终在无弧无火花放电下进行；所述的复合电解液成分包括有机羧酸及其衍生物，无机含磷、含硼化合物，金属含氧酸盐，复合电解质总浓度为：５～１００ｇ／Ｌ。

【技术特征摘要】
1、一种铝及其合金材料表面生成陶瓷膜的阳极化处理方法，其特征在于：将铝或其合金材料作为阳极，置于复合电解液中，采用单向或可控不对称氧化电压，控制电压在20～120秒内从0V升到所需电压80V～300V，并保持不变，阳极氧化电流随电压升高而增大，达到峰值电流密度5～30A/dm2后，迅速下降，直至成膜结束，氧化始终在无弧无火花放电下进行；所述的复合电解液成分包括有机羧酸及其衍生物，无机含磷、含硼化合物，金属含氧酸盐，复合电解质总浓度为：5～100g/L。2、根据权利要求1所述的一种铝及其合金材料表面生成陶瓷膜的阳极化处理方法，其特征在于：电压波形可采用单向脉冲、不对称交流或不对称脉冲，电压值100V～200V，峰值电流密度5～12A/dm2，电解液温度为5～65℃。3、根据权利要求1或2所述的一种铝及其合金材料表面生成陶瓷膜的阳极化处理方法，其特征在于：氧化始终处于无弧无火花放电条件下进行，氧化电压采用交变脉动电压。4、根据权利要求1或2所述的一种铝及其合金材料表面生成陶瓷膜的阳极化处理方法，其特征在于：峰值电流持续5～10秒。5、根据权利要求1所述的一种铝及其合金材料表面生成陶瓷膜的阳极化处理方法，其特征在于：有机羧酸及其衍生物为含2～8个碳原子的有机二元羧酸；无机含磷、硼化合物为含磷或含硼元素的酸及其钾钠盐；金属含氧酸盐为钒、钨或钼与氧结合形成的简单盐，水溶液中通式为N2O·MO3·nH2O，其中N为K+、Na+、NH4+，M为相应的金属元素，n为结晶水的个数。6、根据权利要求5所述的一种铝及其合金材料表面生成陶瓷膜的阳极化处理方法，其特征在于：有机羧酸及其衍生物为丙二酸、丁二酸、乳酸、酒石酸、马来酸、柠檬...

【专利技术属性】
技术研发人员：旷亚非，周海晖，冯灿辉，胡乐晖，罗鹏，韩良好，
申请(专利权)人：湖南大学，广州擎天新材料研究开发有限公司，
类型：发明
国别省市：43[中国|湖南]