吸光塗層生產中基材鋁陽極氧化膜製備工藝的製作方法

2024-02-15 21:08:15

專利名稱：吸光塗層生產中基材鋁陽極氧化膜製備工藝的製作方法
吸光塗層生產中基材鋁陽極氧化膜製備工藝
技術領域：
本發明涉及一種鋁材陽極氧化工藝，尤其是指一種用於太陽能熱水器鋁卷材選擇性吸光塗層的高反射率、耐腐蝕陽極氧化膜的製備工藝。
背景技術：
陽極氧化與電解著色是國內太陽能熱水器選擇性吸光塗層的主要生產工藝。電解著色塗層是根據「多層漸變」吸光原理對太陽光進行選擇性吸收，參見圖1、2為選擇性吸光示意圖，圖中1為沉積金屬粒子，2為氧化膜孔壁，3為阻擋層，4為鋁基材；5為減反射層，6 為選擇吸收層，7為高反射層，8為基材；9為入射太陽光，10為反射太陽光，11為二次反射紅外線，其陽極氧化塗層要求1.在減反射層，要控制孔徑大小，氧化膜對可見光起「陷阱」作用，最大限度吸收入射光。而膜孔大小與遠紅外光波長相比差異較大，呈高反射性。2.吸收層，從孔外側向內側的阻擋層，金屬粒子具有逐層漸變的消光係數和折射率，可以最大化吸收可見光。3.高反射層。根據基爾霍夫定律，即熱平衡時，溫度T下的任何物體的單色輻射出射度與單色吸收率比值等於該波長下黑體的單色輻射出射度。高反射層要求具有高反射率，最大化反射部分進入氧化膜的遠紅外線。以下為基爾霍夫熱輻射定律數學公式
Εγ(λ,Τ) Ε2(Λ,Τ) E3(A1T)γ , 3 τ、 /y 3 τ、 ，、， ,Ν_ == ^ = ...··.=五。μ， =腦，式中，Ei α = ι，2，3· · ·)
為不同物體在波長λ及溫度T處的紅外輻射出射度，EO為黑體在波長λ及溫度T處的紅外輻射出射度，f (λ，Τ)為溫度為T時的熱輻射函數。目前，陽極氧化塗層的吸收率可以達到0. 95左右，但熱輻射率較大，一般在0. 15 左右，降低了吸熱效率，影響了其應用價值。為了降低塗層的熱輻射率，需要提高原材料基體表面的平整性，使得經陽極氧化後，阻擋層仍具有高反射率，以降低紅外發射率，提高塗層的吸熱性能。本文為了提高原材料表面平整性，使用了表面拋光工序，並通過優化工藝參數，達到降低紅外發射率的目的。由於鋁卷材陽極氧化工藝路線長，現有實際生產中，為了節省資源，往往簡化了生產工藝，具體工藝路線參見圖3所述，然而這種工藝缺點是沒有拋光工序，基材表面平整性差，增加了產品的發射率。氧化前產品表面有自然氧化膜，造成氧化時產品導電不均勻以及大量溶解氧化膜產生的鋁離子會對陽極氧化造成負面影響。且氧化膜沒有封閉處理，耐蝕性差。

發明內容本發明的目的在於克服了上述缺陷，提供一種帶有拋光工序的鋁陽極氧化吸光塗層製備工藝。本發明的目的是這樣實現的一種吸光塗層生產中基材鋁陽極氧化膜製備工藝，它依次包括脫脂、水洗、陽極氧化、水洗、電解著色、水洗及烘乾的步驟，其改進之處在於 於水洗及陽極氧化步驟間還設有化學拋光的步驟，步驟中採用900-1200g/L濃度的磷酸 (H3P04)與330-450g/L濃度的硫酸(H2S04)及0. 5% -1. 0%的鄰苯二胺作為藥水，然後將鋁帶勻速於藥水中前進，同時開啟壓縮氣體攪拌；上述方法中，所述步驟化學拋光的步驟在100士5°C的溫度進行1-3分鐘；上述方法中，所述步驟化學拋光步驟後還設有水洗、除灰及水洗的步驟，其中，除灰步驟中採用濃度為15-30%的硝酸(HNCX3)在壓縮氣體攪拌下對產品表面殘留灰進行徹底清除的步驟；上述方法中，所述除灰步驟在室溫下進行5-15秒；上述方法中，所述水洗及烘乾步驟中還設有高溫封閉的步驟，步驟中採用純水在 95士5°C下進行高溫封閉；上述方法中，所述高溫封閉的步驟維持3-10分鐘；上述方法中，所述脫脂步驟中採用由濃度為25_50g/L的磷酸鈉(Na3P04)、 25-40g/L的碳酸鈉(Na2C03)和0. 5% -1. 0%表面活性劑組成的藥劑，在50士5°C溫度下保持鋁帶勻速前進，並開啟壓縮氣攪拌；上述方法中，所述陽極氧化步驟中採用由濃度為4-15%的磷酸(H3P04)、0_12g/L 的A13+，在12-16V電壓下、20-25°C溫度下氧化15-30分鐘；上述方法中，所述電解著色步驟中採用由濃度為25 士 3g/L的硫酸鎳 (NiS04 · 7H20)、5士 lg/L 的硫酸亞錫(SnS04)及 4士0. 5g/L 的 98 % 硫酸(H2S04)，在 16士0. 5V電壓下、20-25°C溫度下著色4_6分鐘。相比於常見的鋁材陽極氧化工藝，本發明的有益效果在於針對連續型陽極氧化生產中產品鋁溶解量大容易沉澱的特點，對工序進行了優化，配置了化學拋光的步驟，通過以磷酸為主要成分的拋光劑，並增加了鋁絡合劑，以及用壓縮氣體攪拌槽液，拋光後再進行酸性除灰，使產品平整性進一步提高。對電解著色後的氧化膜進行高溫熱水封閉，提高了氧化膜的耐蝕性。可提高基體表面的平整性、減小發射率並使氧化膜更均勻，氧化工藝更加穩定。

下面結合附圖詳述本發明的具體結構圖1為氧化膜電解著色後結構示意2為氧化膜選擇吸光原理示意3為現有鋁卷材陽極氧化工藝流程4為本發明鋁卷材陽極氧化工藝流程圖
具體實施方式針對連續型陽極氧化生產中產品鋁溶解量大容易沉澱的特點，我們對拋光工序進行了優化，通過試驗，配置了以磷酸為主要成分的拋光劑，並增加了鋁絡合劑，以及用壓縮氣體攪拌槽液，拋光後再進行酸性除灰，使產品平整性進一步提高。對電解著色後的氧化膜進行高溫熱水封閉，提高了氧化膜的耐蝕性。
如圖1所示，本發明涉及一種吸光塗層生產中基材鋁陽極氧化膜製備工藝，它依次包括步驟1)、脫脂，採用由濃度為25_50g/L的磷酸鈉(Na3P04)、25_40g/L的碳酸鈉 (Na2C03)和0. 5% -1. 0%表面活性劑組成的藥劑，在50士5°C溫度下保持鋁帶勻速前進，並開啟壓縮氣攪拌。需要注意的是生產時每天對脫脂槽液進行化學分析，確保其濃度在規定範圍。2)、水洗，脫脂後進行流動水洗3-5分鐘，保證產品表面不殘留脫脂劑及油汙。3)化學拋光，採用 900-1200g/L 的磷酸(H3P04)與 330_450g/L 的硫酸(H2S04)及 0.5% -1%的鄰苯二胺作為藥水，溫度100士5°C，然後將鋁帶勻速於藥水中前進，同時開啟壓縮氣體攪拌1-3分鐘，保證陽極鋁帶均勻的接觸槽液。生產時每天對硫酸(H2S04)、磷酸 (H3P04)進行分析，確保其濃度在規定範圍。4)、水洗，拋光後的鋁帶立即進行水洗1-2分鐘，避免產生藥水「流痕」。5)、除灰，採用濃度為15-35%的硝酸(HNCX3)溶液，在壓縮氣體攪拌、室溫下對產品表面殘留灰進行5-15秒進行徹底清除。注意清除過程中必要時加大壓縮氣攪拌力度。此外每天對硝酸(HNCX3)進行化學分析，確保其濃度在規定範圍。6)、水洗，除灰後的產品進行10-20秒流動水洗，徹底洗掉產品表面的浮灰及殘留硝酸。7)、陽極氧化，採用由濃度為4-15%的磷酸(H3P04)、0-12g/L的A13+，在12-16V 電壓、20-25°C溫度下氧化15-30分鐘。注意確保磷酸濃度、槽液溫度達到要求範圍，此外生產時每天對磷酸(H3P04)濃度進行分析，確保其濃度在規定範圍。8)、水洗，氧化後需經過水洗2-5分鐘，注意產品表面噴水均勻，保證產品水洗徹底。9)、電解著色，採用由濃度為25士3g/L的硫酸鎳(NiS04 · 7H20)、5士 lg/L的硫酸亞錫(SnS04)及 4士0. 5g/L 的 98%硫酸(H2S04)、16士0. 5V(50HZ)交流電壓、20_25°C溫度下電解著色4-6分鐘。需要注意的是，每天對硫酸鎳(NiS04 · 7H20)、硫酸亞錫(SnS04)進行測試，根據分析結果補加NiS04 (硫酸鎳)、硫酸亞錫(SnS04)。10)、水洗，電解著色後水洗1-3分鐘，注意水洗壓力適度要大些，以洗淨產品表面殘留槽液。11)、高溫封閉，採用純水在95士5°C下進行高溫封閉維持3_10分鐘。注意確保高溫封閉溫度、時間符合要求，純水電導率在1. 0-1.5ys/cm12)、烘乾，在60_90°C下，用1. 5Mpa左右的熱空氣下烘乾產品。烘乾時適當調節空氣方向與壓力，保證烘乾後產品表面無水滴或水印。具體實施例11)、脫脂，採用由濃度為25g/L的磷酸鈉(Na3P04)、25g/L的碳酸鈉(Na2C03)和 0. 5%表面活性劑組成的藥劑，在45°C溫度下保持鋁帶勻速前進，並開啟壓縮氣攪拌。需要注意的是生產時每天對脫脂槽液進行化學分析，確保其濃度在規定範圍。2)、水洗，脫脂後進行流動水洗3分鐘，保證產品表面不殘留脫脂劑及油汙。3)化學拋光，採用920g/L的磷酸(H3P04)與410g/L的硫酸(H2S04)及0. 8%的鄰苯二胺作為藥水，溫度105°C，然後將鋁帶勻速於藥水中前進，同時開啟壓縮氣體攪拌1分鐘，保證陽極鋁帶均勻的接觸槽液。生產時每天對硫酸(H2S04)、磷酸(H3P04)進行分析， 確保其濃度在規定範圍。4)、水洗，拋光後的鋁帶立即進行水洗1分鐘，避免產生藥水「流痕」。5)、除灰，採用濃度為15-35%的硝酸(HN03)溶液，在壓縮氣體攪拌、室溫下對產品表面殘留灰進行5-15秒進行徹底清除。注意清除過程中必要時加大壓縮氣攪拌力度。此外每天對硝酸(HNCX3)進行化學分析，確保其濃度在規定範圍。6)、水洗，除灰後的產品進行10-20秒流動水洗，徹底洗掉產品表面的浮灰及殘留硝酸。7)、陽極氧化，採用由濃度為4%的磷酸(H3P04)、3g/L的A13+，在12V電壓、22°C 溫度下氧化15分鐘。注意確保磷酸濃度、槽液溫度達到要求範圍，此外生產時每天對磷酸 (H3P04)濃度進行分析，確保其濃度在規定範圍。8)、水洗，氧化後需經過水洗2分鐘，注意產品表面噴水均勻，保證產品水洗徹底。9)、電解著色，採用由濃度為22g/L的硫酸鎳(NiS04 · 7H20)、4g/L的硫酸亞錫 (SnS04)及3. 5g/L的98%硫酸(H2S04)、15. 5V(50HZ)交流電壓、20°C溫度下電解著色4分鐘。需要注意的是，每天對NiS04(硫酸鎳)、硫酸亞錫(SnS04)進行測試，根據分析結果補加NiS04 (硫酸鎳)、硫酸亞錫(SnS04)。10)、水洗，電解著色後水洗1分鐘，注意水洗壓力適度要大些，以洗淨產品表面殘留槽液。11)、高溫封閉，採用純水在90°C下進行高溫封閉維持3分鐘。注意確保高溫封閉溫度、時間符合要求，純水電導率在1. 0-1. 5us/cm12)、烘乾，在60°C下，用1.5Mpa左右的熱空氣下烘乾產品。烘乾時適當調節空氣方向與壓力，保證烘乾後產品表面無水滴或水印。最後經渦流式膜厚計測試基材鋁陽極氧化膜，平均膜厚為3. 6 μ m ；經紅外線發射測試儀測試300°C下發收率為0. 13。具體實施例21)、脫脂，採用由濃度為35g/L的磷酸鈉(Na3P04)、30g/L的碳酸鈉(Na2C03)和 0. 8%表面活性劑組成的藥劑，在50°C溫度下保持鋁帶勻速前進，並開啟壓縮氣攪拌。需要注意的是生產時每天對脫脂槽液進行化學分析，確保其濃度在規定範圍。2)、水洗，脫脂後進行流動水洗4分鐘，保證產品表面不殘留脫脂劑及油汙。3)化學拋光，採用1100g/L的磷酸(H3P04)與350g/L的硫酸(H2S04)及0. 6%的鄰苯二胺作為藥水，溫度105°C，然後將鋁帶勻速於藥水中前進，同時開啟壓縮氣體攪拌3 分鐘，保證陽極鋁帶均勻的接觸槽液。生產時每天對硫酸(H2S04)、磷酸(H3P04)進行分析， 確保其濃度在規定範圍。4)、水洗，拋光後的鋁帶立即進行水洗1. 5分鐘，避免產生藥水「流痕」。5)、除灰，採用濃度為15-35%的硝酸(HN03)溶液，在壓縮氣體攪拌、室溫下對產品表面殘留灰進行5-15秒進行徹底清除。注意清除過程中必要時加大壓縮氣攪拌力度。此外每天對硝酸(HNCX3)進行化學分析，確保其濃度在規定範圍。6)、水洗，除灰後的產品進行10-20秒流動水洗，徹底洗掉產品表面的浮灰及殘留硝酸。
7)、陽極氧化，採用由濃度為10%的磷酸(H3P04)、8g/L的A13+，在14V電壓、23°C 溫度下氧化25分鐘。注意確保磷酸濃度、槽液溫度達到要求範圍，此外生產時每天對磷酸 (H3P04)濃度進行分析，確保其濃度在規定範圍。8)、水洗，氧化後需經過水洗3分鐘，注意產品表面噴水均勻，保證產品水洗徹底。9)、電解著色，採用由濃度為25g/L的硫酸鎳(NiS04 · 7H20)、5g/L的硫酸亞錫 (SnS04)及4g/L的98%硫酸(H2S04)、16V(50HZ)交流電壓、20°C溫度下電解著色5分鐘。 需要注意的是，每天對NiS04(硫酸鎳)、硫酸亞錫(SnS04)進行測試，根據分析結果補加 NiS04 (硫酸鎳)、硫酸亞錫(SnS04)。10)、水洗，電解著色後水洗2分鐘，注意水洗壓力適度要大些，以洗淨產品表面殘留槽液。11)、高溫封閉，採用純水在95°C下進行高溫封閉維持6分鐘。注意確保高溫封閉溫度、時間符合要求，純水電導率在1. 0-1. 5us/cm12)、烘乾，在80°C下，用1.5Mpa左右的熱空氣下烘乾產品。烘乾時適當調節空氣方向與壓力，保證烘乾後產品表面無水滴或水印。最後經渦流式膜厚計測試基材鋁陽極氧化膜，平均膜厚為3.8μπι，；經紅外線發射測試儀測試300°C下發收率為0. 11。具體實施例31)、脫脂，採用由濃度為40g/L的磷酸鈉(Na3P04)、35g/L的碳酸鈉(Na2C03)和 1. 0%表面活性劑組成的藥劑，在55°C溫度下保持鋁帶勻速前進，並開啟壓縮氣攪拌。需要注意的是生產時每天對脫脂槽液進行化學分析，確保其濃度在規定範圍。2)、水洗，脫脂後進行流動水洗5分鐘，保證產品表面不殘留脫脂劑及油汙。3)化學拋光，採用1150g/L的磷酸(H3P04)與350g/L的硫酸(H2S04)及0. 9%的鄰苯二胺作為藥水，溫度105°C，然後將鋁帶勻速於藥水中前進，同時開啟壓縮氣體攪拌2 分鐘，保證陽極鋁帶均勻的接觸槽液。生產時每天對硫酸(H2S04)、磷酸(H3P04)進行分析， 確保其濃度在規定範圍。4)、水洗，拋光後的鋁帶立即進行水洗2. 5分鐘，避免產生藥水「流痕」。5)、除灰，採用濃度為15-35%的硝酸(HN03)溶液，在壓縮氣體攪拌、室溫下對產品表面殘留灰進行5-15秒進行徹底清除。注意清除過程中必要時加大壓縮氣攪拌力度。此外每天對硝酸(HNCX3)進行化學分析，確保其濃度在規定範圍。6)、水洗，除灰後的產品進行10-20秒流動水洗，徹底洗掉產品表面的浮灰及殘留硝酸。7)、陽極氧化，採用由濃度為15%的磷酸(H3P04)、12g/L的A13+，在16V電壓、 25°C溫度下氧化30分鐘。注意確保磷酸濃度、槽液溫度達到要求範圍，此外生產時每天對磷酸(H3P04)濃度進行分析，確保其濃度在規定範圍。8)、水洗，氧化後需經過水洗5分鐘，注意產品表面噴水均勻，保證產品水洗徹底。9)、電解著色，採用由濃度為^g/L的硫酸鎳(NiS04 · 7H20)、6g/L的硫酸亞錫 (SnS04)及4. 5g/L的98%硫酸(H2S04)、16. 5V(50HZ)交流電壓、20°C溫度下電解著色6分鐘。需要注意的是，每天對NiS04(硫酸鎳)、硫酸亞錫(SnS04)進行測試，根據分析結果補加NiS04 (硫酸鎳)、硫酸亞錫(SnS04)。
10)、水洗，電解著色後水洗3分鐘，注意水洗壓力適度要大些，以洗淨產品表面殘留槽液。11)、高溫封閉，採用純水在100°C下進行高溫封閉維持10分鐘。注意確保高溫封閉溫度、時間符合要求，純水電導率在1. 0-1. 5us/cm。12)、烘乾，在85°C下，用1.5Mpa左右的熱空氣下烘乾產品。烘乾時適當調節空氣方向與壓力，保證烘乾後產品表面無水滴或水印。最後經渦流式膜厚計測試基材鋁陽極氧化膜，經渦流式膜厚計測試，平均膜厚為 3. 9 μ m ；經紅外線發射測試儀測試300°C下發收率為0. 10。技術優勢1)提高了產品基材平整性，入射光反射率達到80%以上，減小了塗層對紅外線的吸收，降低了紅外發射率，提高產品的選擇吸光性能。2)拋光去除了產品表面自然氧化皮，導電均勻，保證氧化時產品的膜厚均勻，降低了過多鋁離子對陽極氧化槽的汙染，延長了氧化槽的使用周期。3)使用高溫熱水封閉，氧化膜孔封閉後減小了腐蝕性介質進入膜孔內對塗層的侵蝕，提高了氧化膜耐蝕性，且操作方法簡單。
權利要求
1.一種吸光塗層生產中基材鋁陽極氧化膜製備工藝，它依次包括脫脂、水洗、陽極氧化、水洗、電解著色、水洗及烘乾的步驟，其特徵在于于水洗及陽極氧化步驟間還設有化學拋光的步驟，步驟中採用900-1200g/L濃度的磷酸與330-450g/L濃度的硫酸及 0.5% -1. 0%的鄰苯二胺作為藥水，然後將鋁帶勻速於藥水中前進，同時開啟壓縮氣體攪拌。
2.如權利要求1所述的吸光塗層生產中基材鋁陽極氧化膜製備工藝，其特徵在於所述步驟化學拋光的步驟在100士5°C的溫度進行1-3分鐘。
3.如權利要求1或2所述的吸光塗層生產中基材鋁陽極氧化膜製備工藝，其特徵在於 所述步驟化學拋光步驟後還設有水洗、除灰及水洗的步驟，其中，除灰步驟中採用濃度為15-30%的硝酸在壓縮氣體攪拌下對產品表面殘留灰進行徹底清除的步驟。
4.如權利要求3所述的吸光塗層生產中基材鋁陽極氧化膜製備工藝，其特徵在於所述除灰步驟在室溫下進行5-15秒。
5.如權利要求1所述的吸光塗層生產中基材鋁陽極氧化膜製備工藝，其特徵在於所述水洗及烘乾步驟中還設有高溫封閉的步驟，步驟中採用純水在95士5°C下進行高溫封閉。
6.如權利要求5所述的吸光塗層生產中基材鋁陽極氧化膜製備工藝，其特徵在於所述高溫封閉的步驟維持3-10分鐘。
7.如權利要求1所述的吸光塗層生產中基材鋁陽極氧化膜製備工藝，其特徵在於所述脫脂步驟中採用由濃度為25-50g/L的磷酸鈉、25-40g/L的碳酸鈉和0. 5%-1. 0%表面活性劑組成的藥劑，在50士5°C溫度下保持鋁帶勻速前進，並開啟壓縮氣攪拌。
8.如權利要求1所述的吸光塗層生產中基材鋁陽極氧化膜製備工藝，其特徵在於 所述陽極氧化步驟中採用由濃度為4-15%的磷酸、0-12g/L的A13+，在12-16V電壓下、 20-25°C溫度下氧化15-30分鐘。
9.如權利要求1所述的吸光塗層生產中基材鋁陽極氧化膜製備工藝，其特徵在於所述電解著色步驟中採用由濃度為25士3g/L的硫酸鎳、5士 lg/L的硫酸亞錫及4士0. 5g/L的 98%硫酸，在16士0. 5V電壓下、20-25°C溫度下著色4_6分鐘。
全文摘要
本發明提供了一種吸光塗層生產中基材鋁陽極氧化膜製備工藝，它依次包括脫脂、水洗、陽極氧化、水洗、電解著色、水洗及烘乾的步驟，於水洗及陽極氧化步驟間還設有化學拋光的步驟，步驟中採用900-1200g/L濃度的磷酸(H3PO4)與330-450g/L濃度的硫酸(H2SO4)及0.5％-1.0％的鄰苯二胺作為藥水，然後將鋁帶勻速於藥水中前進，同時開啟壓縮氣體攪拌。本發明的有益效果在於針對連續型陽極氧化生產中產品鋁溶解量大容易沉澱的特點，對工序進行了優化，配置了化學拋光的步驟，通過以磷酸為主要成分的拋光劑，並增加了鋁絡合劑，以及用壓縮氣體攪拌槽液，拋光後再進行酸性除灰，使產品平整性進一步提高。
文檔編號C25D11/22GK102485966SQ201010575730
公開日2012年6月6日 申請日期2010年12月6日 優先權日2010年12月6日
發明者丘仁政, 羅賓, 陳漢文 申請人:深圳市鵬桑普太陽能股份有限公司