一種微弧氧化的電解液及微弧氧化方法

2023-09-20 19:21:20

專利名稱：：一種微弧氧化的電解液及微弧氧化方法
技術領域：
：本發明涉及一種微弧氧化的電解液，還涉及一種微弧氧化的方法。
背景技術：
：目前，輕金屬材料，例如鋁、鎂、鈦及其合金，以其重量輕、比強度高、輾性和延展性好、易於加工的特點廣泛用於航天、航空、汽車、建築以及電子行業。但美中不足的是輕金屬的表面質軟、不耐磨損、不耐高溫，並且尤其是鋁的腐蝕電位較低，全面腐蝕比較嚴重。為了克服輕金屬表面性能方面的缺陷，擴大應用範圍，延長使用壽命，因此需要對輕金屬材料表面進行氧化，使其表面生成一層保護膜，用以解決或提高表面性能和裝飾性的功能。在輕金屬材料表面進行微弧氧化獲得微弧氧化膜具有很多優點前處理簡單、膜層生長速度快、硬度高、電解液不汙染環境。因而微弧氧化技術的應用越來越廣泛。為了使輕金屬材料表面的微弧氧化膜具有更美觀的裝飾效果，希望能使微弧氧化膜具備彩色的效果。為了使微弧氧化膜具備彩色的效果，有人在研究中在微弧氧化的電解液中直接添加顏料或者染料，但是，這樣會使微弧氧化膜在輕金屬材料表面的附著力變差，並且上色不均勻，達不到希望的效果。還有人在研究中將在表面上形成了微弧氧化膜的輕金屬材料浸入放置了染色劑的染色槽中進行著色。但是，這樣進行染色的微弧氧化膜顏色不均勻，附著力差，容易脫落，並且很難達到預期的染色效果。
發明內容4本發明的目的在於克服上述現有技術中使微弧氧化膜表面的顏色不均勻、附著力差的缺陷，提供一種能夠形成彩色微弧氧化膜且該彩色微弧氧化膜表面的顏色均勻、附著力好的微弧氧化的電解液，還提供一種微弧氧化的方法。本發明提供了一種微弧氧化的電解液，該電解液為含有磷酸鹽和矽酸鹽的水溶液，且電解液的pH值為6-12，其中，所述電解液還含有硫酸鈉、硫酸鈷、偏釩酸銨、硫酸銅和高錳酸鉀中的一種或幾種。本發明還提供了一種微弧氧化的方法，該方法包括將輕金屬材料置於盛有電解液的電解槽中，以輕金屬材料為陽極，以不鏽鋼板為陰極，在微弧氧化的條件下使輕金屬材料表面形成微弧氧化膜，其中，所述電解液為本發明提供的彩色微弧氧化的電解液。根據本發明提供的微弧氧化的電解液以及微弧氧化的方法，可以使輕金屬材料的微弧氧化膜獲得黑色、白色、黃色、褐色、青褐色、灰色、及各種顏色中帶斑點等十幾種顏色，而且顏色很均勻，使輕金屬產品具有美觀的裝飾效果。同時，輕金屬材料表面獲得的微弧氧化膜的耐汙性和緻密性均很好，因而，大大提升了鋁合金的附加價值和實際使用價值。具體實施例方式本發明提供的彩色微弧氧化的電解液為含有磷酸鹽和矽酸鹽的水溶液，且電解液的pH值為6-12，其中，所述電解液還含有調色劑，所述調色劑為硫酸鈉、硫酸鈷、偏釩酸銨、硫酸銅和高錳酸鉀中的一種或幾種。根據本發明提供的電解液，所述磷酸鹽和矽酸鹽為所述電解液中的主成膜劑，主要影響微弧氧化膜的成膜速度。在一定的範圍內，隨著磷酸鹽或矽酸鹽濃度的增加，微弧氧化成膜速度加快。根據本發明提供的電解液，硫酸鈉、硫酸鈷、偏釩酸銨、硫酸銅和高錳酸鉀均作為調色劑，通過選擇調色劑或者改變這些調色劑在溶液中的組成，可以改變輕金屬材料表面微弧氧化膜的顏色，得到具有不同色彩的微弧氧化膜。例如，使用高錳酸鉀可以得到黃色，使用硫酸鈷可以得到褐色等。根據本發明提供的電解液，電解液的pH值為6-12，所述電解液的pH值可以通過本領域技術人員公知的方法來調節，例如通過加入鹼來調節，所述鹼可以採用氫氧化鈉、碳酸鈉和氫氧化鉀中的一種或幾種，所述鹼在電解液中的含量為0.1-10g/L，優選為l-6g/L。根據本發明提供的電解液，在優選情況下，所述電解液中磷酸鹽的含量為5-50g/L、優選為20-40g/L，所述矽酸鹽的含量為5-50g/L、優選為5-10g/L，調色劑的含量為0.1-20g/L、優選為l-8g/L。在所述電解液中，各種調色劑的含量為，所述硫酸鈉的含量為0.1-10g/L、優選為0.1-2g/L，所述硫酸鈷的含量為0.1-10g/L、優選為4-8g/L，所述偏釩酸銨的含量為0.1-10g/L、優選為4-10g/L，所述硫酸銅的含量為0.1-10g/L、優選為l-6g/L，所述高錳酸鉀的含量為0.1-10g/L、優選為l-5g/L。根據本發明提供的電解液，在優選情況下，所述磷酸鹽為三偏磷酸鈉、六偏磷酸鈉、三聚磷酸鈉、多聚磷酸鈉和磷酸鈉中的一種或幾種；所述矽酸鹽為矽酸鈉和/或矽酸鉀。根據本發明提供的電解液，在優選情況下，所述電解液還含有添加劑，所述添加劑為硫酸鎳、鉬酸鈉、鴨酸鈉、氯化鐵、硼砂、丙三醇和乙二胺中的一種或幾種。其中，硫酸鎳、鴇酸鈉、鉬酸鈉、氯化鐵和硼砂可以改善輕金屬表面微弧氧化膜的表面性能，例如硬度、細緻度、均勻性和耐汙性，而丙三醇和/或乙二醇可以起到穩定溶液的作用，使電解過程中不易產生溶液飛根據本發明提供的電解液，在優選情況下，在所述電解液中，各種添加劑的含量為，所述硫酸鎳的含量為0.1-10g/L、優選為l-3g/L，鉬酸鈉的含量6為0.1-2g/L，鎢酸鈉的含量為0.1-10g/L、優選為0.1-lg/L，氯化鐵的含量為0.1-10g/L、優選為0.1-2g/L，硼砂的含量為0.1-10g/L、優選為6-10g/L，丙三醇的含量為0.1-10g/L、優選為l-2g/L，乙二胺的含量為0.1-10g/L、優選為l-2g/L。本發明提供的微弧氧化的方法包括將輕金屬材料置於盛有電解液的電解槽中，以輕金屬材料為陽極，以不鏽鋼板為陰極，在微弧氧化的條件下使輕金屬材料表面形成微弧氧化膜，其中，所述電解液為本發明提供的微弧氧化的電解液。根據本發明提供的方法，在優選情況下，所述微弧氧化的條件包括，電流密度為0.5-10A/dm2，電壓為0-800V，電解液的溫度為15-60°C，微弧氧化的時間為2-30分鐘。在上述條件下可以獲得厚度為2-100微米的彩色微弧氧化膜。微弧氧化的具體過程為，將鋁合金工件浸入電解液中作為陽極，以不鏽鋼板的電解槽作為陰極，將電壓從O逐漸升高，升至5-50V時，工件表面產生陽極氧化，生成有一定電阻率的多孔性氧化鋁薄膜，即陽極氧化膜。電壓繼續升高，升至300V左右時，工件表面產生光暈放電，此時工件表面形成陶瓷膜。當電壓升高到400V左右時，工件表面形成的陶瓷膜即被高電壓所擊穿而形成火花放電通道，成為一個個紅色的火花亮點時升時滅，當電壓進一步升高到500-600V時，火花顏色由紅變白，亮點由小變大。電壓可高升至800V，不斷地產生火花放電。如此，在電化學、化學、等離子體物理等作用下，在鋁合金工件表面原位生長出一層A1203陶瓷膜。根據本發明提供的方法，在優選情況下，所述輕金屬材料可以為鋁或鋁合金，例如鋁合金材料可以是牌號為2024、5052、6061、6063的鋁合金材料。根據本發明提供的方法，在優選情況下，對輕金屬表面形成的彩色微弧7氧化膜的微孔進行封閉，然後乾燥。對輕金屬表面形成的彩色微弧氧化膜的微孔進行封閉的方法可以採用本領域技術人員所公知的各種方法，例如水封閉法、鎳封、有機矽封孔等方法。本發明優選採用水封閉法，該方法包括用70-90。C的純水浸泡附著有彩色微弧氧化膜的輕金屬0.5-10分鐘。對輕金屬表面形成的彩色微弧氧化膜的微孔進行封閉後，接著乾燥。乾燥可以採用10-5(TC的風吹乾。本發明對輕金屬進行微弧氧化的具體步驟還包括前處理，即對輕金屬材料進行脫脂。對輕金屬材料進行脫脂的方法為本領域技術人員公知的各種方法，例如該方法包括，將輕金屬材料浸泡於脫脂溶液中5-10分鐘，然後用水衝洗乾淨。脫脂溶液的組分及配方含量為本領域技術人員公知的各種組分及配方含量，例如本發明所選用的脫脂溶液為含有氫氧化鈉20-50克/升，磷酸鈉30-50克/升和矽酸鈉10-30克/升的水溶液，並且脫脂溶液的溫度為60-85°C。下面採用實施例的方式對本發明進行進一步詳細地描述。實施例1處理工件鋁合金手機電池蓋；材料型號A160611、前處理將上述鋁合金工件浸泡於脫脂溶液中10分鐘，然後用水衝洗乾淨。脫脂溶液為含有氫氧化鈉30克/升，磷酸鈉40克/升和矽酸鈉20克/升的水溶液，脫脂溶液的溫度為7(TC。2、微弧氧化將脫脂後的鋁合金工件浸入微弧氧化電解液中，以鋁合金工件為陽極，不鏽鋼板為陰極，在25'C左右的條件下採用0-600伏特的電壓，5A/dn^的電流密度進行微弧氧化10分鐘，完成後取出用純水清洗乾淨。該微弧氧化電解液為含有六偏磷酸鈉20g/L，三偏磷酸鈉15g/L，矽酸鈉8g/L，高錳酸鉀lg/L和氫氧化鈉6g/L的水溶液。將上述進行微弧氧化後的鋁合金工件浸入溫度為85t:的熱純水中封閉5分鐘，然後取出吹乾。最終得到附著有厚度為9微米的黃色微弧氧化膜的鋁合金產品。經過目視觀察，顏色很均勻。對比例1按照實施例1中描述的方法對鋁合金工件進行微弧氧化，不同的是，電解液中不含有高錳酸鉀，得到附著有厚度為9微米的微弧氧化膜的鋁合金產1=1叩o然後將上述附著有微弧氧化膜的鋁合金產品浸入放置了染色劑的染色槽中進行著色，著色的溫度為60°C，時間為3分鐘，染色劑為牌號為永光K213的棕色染色劑。經過目視觀察，顏色不均勻，水洗易脫落。實施例2按照實施例1中描述的方法對鋁合金工件進行微弧氧化，不同的是，微弧氧化電解液為含有六偏磷酸鈉10g/L，三偏磷酸鈉12.5g/L，硫酸鈷6g/L的水溶液；微弧氧化的時間為7分鐘。最終獲得附著有厚度為8微米的褐色微弧氧化膜的鋁合金產品。經過目視觀察，顏色很均勻。實施例3按照實施例1中描述的方法對鋁合金工件進行微弧氧化，不同的是，電解液為含有六偏磷酸鈉10g/L，三偏磷酸鈉12.5g/L，硫酸鈷4g/L的水溶液；9微弧氧化的時間為4分鐘。最終獲得附著有厚度為6微米的青褐色帶斑點的微弧氧化膜的鋁合金產品。經過目視觀察，顏色很均勻。實施例4按照實施例1中描述的方法對鋁合金工件進行微弧氧化，不同的是，電解液為含有六偏磷酸鈉20g/L，三偏磷酸鈉20g/L，矽酸鈉6g/L，硫酸銅5g/L，鎢酸鈉0.5g/L的水溶液；微弧氧化的時間為20分鐘。最終獲得附著有厚度為15微米的灰白色帶斑點的微弧氧化膜的鋁合金產品。經過目視觀察，顏色很均勻。實施例5按照實施例1中描述的方法對鋁合金工件進行微弧氧化，不同的是，電解液為含有六偏磷酸鈉20g/L，三偏磷酸鈉15g/L，矽酸鈉8g/L，硫酸銅0.5g/L，高錳酸鉀1.2g/L和氫氧化鈉6g/L的水溶液。最終獲得附著有厚度為9微米的灰色的微弧氧化膜的鋁合金產品。經過目視觀察，顏色很均勻。性能測試(1)耐汙性測試分別用棉布沾取測試溶劑異丙醇、人工汗、汽油後，在產品表面摩擦2分鐘，產品表面應無變色、無脫落；再將測試溶劑唇膏、護手霜、粉底霜、食用油、殺蟲劑、防曬液分別在產品表面塗覆均勻，放置24小時後用水衝洗，產品表面應無變色、無汙痕為合格。其中，人工汗的配方為尿素lg/L，氯化鈉5g/L，乳酸1.14g/L，餘量為水，pH值為6.5。(2)表面粗糙度測試測試儀器3D輪廓儀(北京匯德信科技有限公司，KLOCKE)測試產品表面的Ra值(粗糙度值的算術平均值，測試方法儀器自動掃描，顯示結果)。(3)RCA紙帶耐磨測試使用型號為F350008的RCA紙帶耐磨儀，在175克力下磨擦產品表面的微弧氧化膜層，磨至露出鋁合金材料表面時，記錄橡膠輪轉動的圈數；(4)鉛筆硬度測試(ASTMD3363-74)儀器鉛筆硬度計F130027檢驗方法按照ASTMD3363，負荷750克，鉛筆三菱UNI(5)中性鹽霧腐蝕測試將產品樣品置於鹽霧腐蝕試驗箱(上海源正實驗儀器有限公司，FQY050)內，在35。C下用濃度為5士0.5重量X的氯化鈉水溶液在產品樣品表面連續噴霧8小時，然後取出進行觀測，並記錄產品樣品表面的腐蝕面積佔膜層總面積的百分含量作為鹽霧腐蝕比例。(6)電絕緣性用萬用表對樣品表面的兩點測試電阻。將實施例1-4所得到的形成有微弧氧化膜的鋁合金工件的產品分別按照上述性能測試方法進行耐汙性、耐刮性、表面粗糙度、RCA紙帶耐磨、鉛筆硬度、中性鹽霧腐蝕和電絕緣性的測試，測試的結果列於表l中。ii表ltableseeoriginaldocumentpage12從表1的結果可以看出，採用本發明提供的微弧氧化的電解液和微弧氧化的方法對鋁合金工件進行微弧氧化，採用本發明提供的微弧氧化的電解液和微弧氧化的方法不僅可以在輕金屬材料表面形成彩色微弧氧化膜，而且該彩色微弧氧化膜的各種表面性能如耐汙性、耐磨性、耐腐蝕性、表面緻密度的性能均很高，並且硬度很高。權利要求1、一種微弧氧化的電解液，該電解液為含有磷酸鹽和矽酸鹽的水溶液，且電解液的pH值為6-12，其特徵在於，所述電解液還含有調色劑，所述調色劑為硫酸鈉、硫酸鈷、偏釩酸銨、硫酸銅和高錳酸鉀中的一種或幾種。2、根據權利要求l所述的電解液，其中，磷酸鹽的含量為5-50g/L，所述矽酸鹽的含量為5-50g/L，所述調色劑的含量為0.1-20g/L。3.，士日+E士T7^ll面^V,Gt二^"rVi出為P、、,fe"甘rh7T米ffl^七hrViA縣水。A/lArr/Tj、'iixo/^n人t'j;5c^]、厶〃iao2utj^ti/tj十fix，六n"'，w平歐:ntLU'jrt裡yv厶v/—4(Jg/_L，所述矽酸鹽的含量為5-10g/L，所述調色劑的含量為l-8g/L。4、根據權利要求1-3中任意一項所述的電解液，其中，所述磷酸鹽為三偏磷酸鈉、六偏磷酸鈉、三聚磷酸鈉、多聚磷酸鈉和磷酸鈉中的一種或幾種；所述矽酸鹽為矽酸鈉和/或矽酸鉀。5、根據權利要求1或2所述的電解液，其中，所述電解液還含有添加劑，所述添加劑為硫酸鎳、鉬酸鈉、鎢酸鈉、氯化鐵、硼砂、丙三醇和乙二胺中的一種或幾種。6、根據權利要求5所述的電解液，其中，所述添加劑的含量為0.1-20g/L。7、根據權利要求6所述的電解液，其中，所述添加劑的含量為l-10g/L。8、一種彩色微弧氧化的方法，該方法包括將輕金屬材料置於盛有電解液的電解槽中，以輕金屬材料為陽極，以不鏽鋼板為陰極，在微弧氧化的條件下使輕金屬材料表面形成微弧氧化膜，其特徵在於，所述電解液為權利要求1-7中任意一項所述的微弧氧化的電解液。9、根據權利要求8所述的方法，其中，所述微弧氧化的條件包括，電流密度為0.5-10A/dm2，電壓為0-800V，電解液的溫度為15-60°C，微弧氧化的時間為2-30分鐘。10、根據權利要求8所述的方法，其中，所述輕金屬材料為鋁或鋁合金。全文摘要本發明提供了一種微弧氧化的電解液，該電解液為含有磷酸鹽和矽酸鹽的水溶液，且電解液的pH值為6-12，其中，所述電解液還含有調色劑，所述調色劑為硫酸鈉、硫酸鈷、偏釩酸銨、硫酸銅和高錳酸鉀中的一種或幾種。本發明提供的微弧氧化的電解液以及微弧氧化的方法，可以使輕金屬材料的微弧氧化膜獲得多種顏色，而且顏色很均勻，使輕金屬產品具有美觀的裝飾效果。同時，輕金屬材料表面獲得的微弧氧化膜的耐汙性和緻密性均很好，因而，大大提升了鋁合金的附加價值和實際使用價值。文檔編號C25D11/02GK101445949SQ20071019540公開日2009年6月3日申請日期2007年11月27日優先權日2007年11月27日發明者清宮,軍林,林宏業,磊王,鑫王,南趙申請人:比亞迪股份有限公司