一種鋁合金表面鍍鈦處理方法與流程
2023-10-04 16:24:39 1
本發明涉及鋁材表面處理技術領域，特別是一種鋁合金表面鍍鈦處理方法。
背景技術：
由於鋁合金重量輕、成本低、易於加工成型且容易著色染色，因而，得到了廣泛的應用。但是，受金屬鋁本身的物理、化學性質的制約，其表面硬度較低，容易出現擦痕或劃痕。雖然近些年來，市場上出現了一些仿鈦鋁合金型材，其表面呈現金黃色，且硬度較常規鋁合金型材的表面硬度略高，但與不鏽鋼或鈦金材料相比，其硬度和耐腐蝕性等仍然相差甚遠。為此，市面上出現了一些鍍鈦材料，即在鋁合金型材或其它材料表面鍍上一層硬度高、耐腐蝕的鈦膜。目前，鍍鈦的方法主要有真空鍍鈦膜和化學鍍鈦膜兩類，真空鍍鈦膜要求溫度較高，適合熔點較高的材料；化學鍍鈦膜是採用置換的方法，難以形成高品質的鈦膜。
中國專利(專利申請號為98101101.2)公開的「鋁型材鍍鈦金工藝」，是在常規鍍鈦工藝基礎上增加預鍍和電鍍工藝步驟,預鍍工藝是將活化後的鍍件置於食鹽和鹽酸的水溶液中進行化學處理；電鍍工藝的鍍液成分包括硫酸鎳、氯化鎳、硼酸、十二烷基硫酸鈉、糖精、光亮劑。
另一中國專利(專利申請號為201310261910.0)公開的「一種金屬表面電鍍鈦的方法」，其鍍鈦過程是以TiOxC y作為陽極，以待電鍍的金屬作為陰極，以熔鹽作為電解質進行電鍍的；該發明的方法可以在800℃熔點金屬如碳鋼、不鏽鋼以及泡沫銅泡沫鎳等基體表面上鍍鈦來達到防腐的目的。
還有一中國專利(專利申請號為200810162719.X)公開的「二級鍍鈦」，該發明是先在基材上電鍍鍍上鎂,然後用四氯化鈦溶液進行清洗,通過鎂將金屬鈦置換出來,鍍在基材上。
技術實現要素：
本發明所要解決的技術問題是提供一種能夠在鋁合金表面形成一層硬度高、耐腐蝕的鈦膜的方法，且效率高、操作簡單，並能提高鋁合金製品的品質。
本發明所採取的技術方案是發明一種鋁合金表面鍍鈦處理方法，其處理過程如下：
a、除油：將待處理鋁合金材料置入鹼性混合液中，在30-40℃下浸泡處理5-10min，撈出，再用清水清洗2-3次，得除油鋁合金材料；
b、脫蠟：將除油鋁合金材料置入酸性混合液中，在常溫下浸泡處理5-10min，撈出，再用清水清洗2-3次，得脫蠟鋁合金材料；
c、陽極氧化：將脫蠟鋁合金材料作為陽極，置於盛有陽極氧化液的電解槽中，以純鈦板作為陰極，在直流電密度20-35A/d㎡、電壓18-25v、溫度14-18℃下氧化處理1-10min，撈出，再用沸水清洗2-3次，得氧化處理鋁合金材料；
d、酸蝕：將氧化處理鋁合金材料放入酸蝕液中，在35-50℃下浸泡處理5-10min，撈出，再經清水洗滌2-3次，得處理鋁合金材料；
e、鍍鈦：將鍍鈦處理液抽入壓力為5-10KPa的電鍍槽中，再將處理鋁合金材料作為陰極，以純鈦板作為陽極，在直流電密度10-18A/d㎡、電壓10-20v、溫度65-80℃下處理10-20min；再將電流密度增至50-60A/d㎡，在電壓與溫度不變條件下處理5-10min；撈出，再經清水洗滌2-3次，即得表面鍍鈦的鋁合金材料。
所述鹼性混合水溶液中，是包括以下含量的原料：
氫氧化鈉45-60g/L 碳酸氫鈉10-15g/L；
或是包括以下含量的原料：
氫氧化鉀35-50g/L 矽酸鈉4-10g/L
十二烷基酚乙烯醚10-15g/L 焦磷酸鈉5-9g/L。
所述酸性混合水溶液中，是包括以下含量的原料：
硫酸20-30g/L 醋酸30-40g/L；
或是包括以下含量的原料：
鹽酸30-40g/L 草酸20-28g/L
十四烷基酚乙烯醚10-15g/L。
上述鹽酸為濃鹽酸、草酸的濃度為50％。
所述陽極氧化液中，是包括以下含量的原料：
硫酸10-30ml/L 雙氧水10-30ml/L
甲酸30-80g/L 餘下為去離子水；
或是包括以下含量的原料：
硫酸15-20g/100g 碳酸二甲酯2.5-5.5g/100g
硼酸20-30g/100g 丙烯酸羥乙酯2-8g/100g
餘下為去離子水。
上述硫酸的濃度為60％，硼酸為純硼酸。
所述酸蝕水溶液中，是包括以下含量的原料：
鹽酸20-30g/L 硫酸10-20g/L；
或是包括以下含量的原料：
硝酸40-50g/L 醋酸5-10g/L 草酸5-10g/L
十四烷基酚乙烯醚10-15g/L。
上述硝酸、醋酸、草酸均為純硝酸、純醋酸、純草酸。
所述鍍鈦處理液是由下列重量份的原料製備而成：
氯化鉀20-35 草酸鈦鉀10-20 碳酸二甲酯2.5-5.5
硫酸鈦5-10 碳酸鉀1-3 甲基丁炔醇3-7；
其製備方法是：將氯化鉀溶於5倍重量的去離子水中，攪勻，再將其它原料加入，攪勻，待完全溶解後，即成鍍鈦處理液；
或是由下列重量份的原料製備而成：
其製備方法是：將氯化鉀溶於5倍重量的去離子水中，攪勻，再將其它原料加入，攪勻，待完全溶解後，即成鍍鈦處理液。
本發明的鋁合金表面鍍鈦處理方法，採用了除油、脫蠟、陽極氧化和酸蝕等多道前置工序，能夠保證鍍膜有足夠的附著強度。同時，在鍍鈦處理液中，添加了草酸鈦鉀、硫酸鈦兩種含鈦離子的原料，並採用純鈦作為陽極，既保證了電鍍所需的鈦離子要求，又保證了鈦離子的濃度平衡需求。此外，還添加了其他金屬離子如鉀、鎳、釹等，尤其是金屬離子釹的添加，進一步保證了溶液中的陽離子濃度和處理液的活躍性，並通過電鍍能形成含其他金屬的鈦膜，進一步增強鈦膜的性能；添加的丁炔二醇、甲基丁炔醇等光亮劑與整平劑，使得電鍍效果更好；添加的碳酸二甲酯、丙烯酸羥乙酯等溶劑，使得材料表面產生的其他雜質化合物能更好被溶解、分散，而不被沉澱，故不影響電鍍的效果。
經過試驗，採用本發明的鋁合金表面鍍鈦處理方法，可在鋁合金材料表面形成10-15微米厚的鈦膜，其鈦膜中除含鈦外，還含有鎳、釹等金屬離子，鈦含量比例為85-90％、鎳含量比例為2-6％、釹含量比例為0.5-2％；其它測試指標如下：
①、附著力：經百格測試儀測試，達到ISO等級的1ASTM等級，即：4B；
②、耐磨性：經頭施500g力於鈦膜上來回擦試50次，鈦膜無變色及脫落現象；
③、鹽霧測試：用濃度5％的鹽水噴霧196小時，鈦膜無氧化、脫落、退色、鏽跡、腐蝕等現象；
④、硬度：硬度(HB)達到560-620。
具體實施方式
以下結合實施例，對本發明作進一步的說明。下面的說明是採用例舉的方式，但本發明的保護範圍不應局限於此。
本實施例的鋁合金表面鍍鈦處理方法，其處理過程如下：
㈠、各液配製：
⑴、鹼性混合水溶液配製：
分別取氫氧化鉀、矽酸鈉、十二烷基酚乙烯醚和焦磷酸鈉，按照氫氧化鉀45g/L、矽酸鈉7g/L、十二烷基酚乙烯醚12g/L、焦磷酸鈉7g/L的濃度配比，與清水混合均勻，即成鹼性混合水溶液。
⑵、酸性混合水溶液配製：
分別取鹽酸、草酸、十四烷基酚乙烯醚，按照鹽酸35g/L、草酸25g/L、十四烷基酚乙烯醚12g/L的濃度配比，與清水混合均勻，即成酸性混合水溶液。
⑶、陽極氧化液配製：
分別取硫酸、碳酸二甲酯、硼酸、丙烯酸羥乙酯和去離子水，按照硫酸18g/100g(即：每100g去離子水中溶入18g硫酸，下同)、碳酸二甲酯4g/100g、硼酸25g/100g、丙烯酸羥乙酯5g/100g的濃度配比，混合均勻，即成陽極氧化液。
⑷、酸蝕水溶液配製：
分別取硝酸、醋酸、草酸、十四烷基酚乙烯醚，按照硝酸45g/L、醋酸8g/L、草酸8g/L、十四烷基酚乙烯醚12g/L的濃度配比，與清水混合均勻，即成酸蝕水溶液。
⑸、鍍鈦處理液配製：
按重量份分別取氯化鉀28份、草酸鈦鉀15份、碳酸二甲酯4份、硫酸鈦8份、碳酸鉀2份、甲基丁炔醇5份、硫酸鎳2份、丁炔二醇4份、腺嘌呤緩蝕劑2份、氯化釹0.5份、丙烯酸羥乙酯5份，將氯化鉀溶於5倍重量的去離子水中，攪勻，再將其它原料加入，攪勻，待完全溶解後，即成鍍鈦處理液。
㈡、處理過程：
a、除油：將待處理鋁合金材料置入鹼性混合液中，在35℃下浸泡處理8min，去除待處理鋁合金材料表面的油汙和油脂印痕，然後撈出，再用清水清洗2次，得除油鋁合金材料；
b、脫蠟：將除油鋁合金材料置入酸性混合液中，在常溫下浸泡處理8min，去除除油鋁合金材料表面的蠟質和蠟質印痕，然後撈出，再用清水清洗2次，得脫蠟鋁合金材料；
c、陽極氧化：將脫蠟鋁合金材料作為陽極，置於盛有陽極氧化液的電解槽中，以純鈦板作為陰極，在直流電密度28A/d㎡、電壓22v、溫度16℃下氧化處理6min，使材料表面原有的氧化膜進一步被溶解、脫落，同時疏鬆或除去材料表面殘存的其他雜質或化合物；撈出，再用沸水清洗2-3次，得氧化處理鋁合金材料；
d、酸蝕：將氧化處理鋁合金材料放入酸蝕液中，在42℃下浸泡處理8min，進一步除去材料表面的因氧化處理所生成的雜質，保證材料後續處理的表面的光亮；撈出，再經清水洗滌2次，得處理鋁合金材料；
e、鍍鈦：將鍍鈦處理液抽入壓力為5-10KPa的電鍍槽中，再將處理鋁合金材料作為陰極，以純鈦板作為陽極，在直流電密度15A/d㎡、電壓15v、溫度70℃下處理15min；再將電流密度增至55A/d㎡，在電壓與溫度不變條件下處理8min；撈出，再經清水洗滌2次，即得表面鍍鈦的鋁合金材料。
本發明的鋁合金表面鍍鈦處理方法，既可用於處理鋁合金型材，也可用於處理鋁合金零部件，尤其適合處理鋁合金外殼零部件和鋁合金面板。