一種具有高粘接強度陽極氧化膜的鋁合金的製備工藝的製作方法
2024-02-19 02:39:15 1
本發明涉及金屬表面處理方法的領域，尤其是一種具有高粘接強度陽極氧化膜的鋁合金的製備工藝。
背景技術：
鋁合金比重小、比強度高、導電性、導熱性、延展性和耐蝕性等優異，在航空航天、汽車、船舶和日用品等方面用量也很多，在軍事工業方面也有著十分廣闊的開發應用前景。然而，鋁合金易耐蝕、耐磨性差、硬度低等難以滿足苛刻的服役環境要求，目前普遍採用硫酸陽極氧化工藝、磷酸陽極氧化工藝和混合酸陽極氧化工藝等來提高鋁合金表面的綜合性能，延長其使用壽命。
鋁合金可以採用有機塗層在其表面獲得一定程度的防腐保護。有機塗層保護機理主要是屏蔽作用、鈍化緩蝕作用和電化學保護作用。有機塗層品種多，適應性廣，施工簡單方便且經濟高效。經過適當的預處理再塗覆有機塗層可大幅度提高鋁合金的耐蝕性。然而，採用有機塗層的不足之處是有機塗層比較薄、孔隙大、力學性能差，塗層與基體的結合力差，在強腐蝕介質的衝刷、腐蝕、高溫作用下容易脫落，耐磨性也較差，只能用來短時間保護金屬，不能用作長期保護塗層，可見提高鋁合金表面與有機塗層之間的粘接強度是十分重要的。
鋁合金經過陽極氧化處理後，其表面會生成一層多孔的陽極氧化膜，有機塗層可以流入到膜層孔洞內增強氧化膜與塗層之間的機械互鎖作用，從而提高鋁合金表面與有機塗層之間的粘接強度。目前，鋁合金表面的粘接強度普遍偏低，約為3～5MPa，而鋁合金陽極氧化膜的粘接強度達到8～10MPa。造成這一現象有兩方面原因，首先，電解液的組成和濃度以及陽極氧化工藝參數等對鋁合金陽極氧化膜與有機塗層之間的粘接性能有重大影響；其次，通過增大鋁合金陽極氧化膜的孔隙率提高膜層的粘接強度，意味著鋁合金的耐蝕性會下降。
因此本發明提供一種既儘可能地增大鋁合金的粘接強度，又要兼顧其良好的耐蝕性的製備工藝。此外，然後電解液需要採用快速攪拌等方法散熱，消耗掉一部分能量，這些缺點也急需進行改進。
技術實現要素：
本發明旨在提供一種既能增大鋁合金表面的粘結強度，又具備良好的耐蝕性的鋁合金陽極氧化膜的製備工藝。
為解決上述技術問題，本發明提供的技術方案是這樣的：一種具有高粘接強度陽極氧化膜的鋁合金的製備工藝，包括陽極氧化處理步驟；
其中，所述的陽極氧化處理步驟為：將鋁合金放入含有150～250g/L硫酸、20～30g/L草酸、20～30g/L硼酸、5～10ml/L甘油、2～5g/L硫酸鋁的氧化槽中進行陽極氧化處理。
其中，在上述的陽極氧化處理步驟中，電流密度為1.0～2.0A/dm3，氧化時間為30～50分鐘，氧化溫度為20～50℃，並將陽極氧化處理後的鋁合金洗淨。
需要說明的是，在陽極氧化處理步驟之前，還依次包括打磨、除油、酸洗活化三個步驟。
其中，所述打磨步驟為：使用240#、600#、1000#水砂紙依次打磨鋁合金，再對鋁合金進行清洗。
其中，所述的除油步驟為：將鋁合金放入含有40～60g/L氫氧化鈉、40～60g/L磷酸鈉、80～120g/L碳酸鈉、3～8ml/L聚乙二醇單辛基苯基醚的除油槽中進行除油。
需要說明的是，在除油步驟中，除油溫度為60～80℃，除油時間為3～8分鐘，並將除油後的鋁合金洗淨。
其中，所述的酸洗活化步驟為：將陽極氧化處理後的鋁合金放入含有80～150g/L硝酸、體積分數為10～30％氫氟酸的酸洗槽中進行酸洗活化處理。
需要說明的是，在上述的酸洗活化步驟中，酸洗溫度為35～80℃，酸洗時間為1～2分鐘，並將酸洗後的鋁合金洗淨。
需要說明的是，在陽極氧化處理步驟之後，還包括吹乾步驟。
本發明與傳統方法相比，具有以下優勢：
(1)鋁合金表面陽極氧化膜的空隙率較大，節約冷卻電解液所需的大量能耗，所製備的鋁合金陽極氧化膜的粘接強度為11.28～12.17MPa，膜層均勻緻密，綜合性能良好；
(2)陽極氧化過程的成膜速度快，電解液對氧化膜的溶解極少，且電解液的使用壽命較長；
(3)製備工藝操作簡單、節能環保、生產效率高，適用於大規模工業化生產。
附圖說明
圖1為鋁合金陽極氧化工藝的實驗裝置；
圖2為實施例二所製備的鋁合金陽極氧化膜的微觀形貌；
圖3為對比例所製備的鋁合金試片的外觀。
具體實施例
下面結合具體實施方式對本發明的權利要求做進一步的詳細說明，但不構成對本發明的任何限制，任何在本發明權利要求範圍內所做的有限次的修改，仍在本發明的權利要求保護範圍內。
實施例1
本實施例中鋁合金為2024鋁合金，化學成分及含量(wt％)分別為：Cu 3.8～4.9、Mg 1.2～1.8、Mn 0.3～0.9、Fe≤0.5、Si≤0.5、Ni≤0.1、餘量為Al。
鋁合金陽極氧化膜的製備工藝由下述步驟完成：
(1)打磨
使用240#、600#、1000#水砂紙依次打磨鋁合金，再對鋁合金進行清洗。
(2)除油
將鋁合金放入含有下列溶液的除油槽中並按照下述工藝配方進行除油處理：
將除油後的鋁合金洗淨。
(3)酸洗活化
將鋁合金放入含有下列溶液的酸洗槽中並按照下述工藝配方進行酸洗活化處理：
將酸洗後的鋁合金用洗淨。
(4)硬質陽極氧化處理
將鋁合金放入含有下列溶液的如圖1所示的實驗裝置中(在圖1的實驗裝置中，1表示為攪拌裝置，2表示為電解液中的陽極，3表示為電解液中的陰極，4表示為水浴裝置，5表示為陽極氧化的電解液，6表示為電源)，並按照下述工藝配方進行陽極氧化處理：
將陽極氧化處理後的鋁合金洗淨。
(5)吹乾
快速吹乾鋁合金，並測試鋁合金陽極氧化膜與膠黏劑之間的粘接強度。
本實施例製備的鋁合金陽極氧化膜均勻緻密，其與膠黏劑之間的粘接強度為12.17MPa，而未經陽極氧化處理的鋁合金試片的粘接強度為4.63MPa，故鋁合金表面經過陽極氧化處理後，其粘接強度有了很大的提高。
實施例2
本實施例中鋁合金為2024鋁合金，化學成分及含量(wt％)分別為：Cu 3.8～4.9、Mg 1.2～1.8、Mn 0.3～0.9、Fe≤0.5、Si≤0.5、Ni≤0.1、餘量為Al。
鋁合金陽極氧化膜的製備工藝由下述步驟完成：
(1)打磨
使用240#、600#、1000#水砂紙依次打磨鋁合金，再對鋁合金進行清洗。
(2)除油
將鋁合金放入含有下列溶液的除油槽中並按照下述工藝配方進行除油處理：
將除油後的鋁合金洗淨。
(3)酸洗活化
將鋁合金放入含有下列溶液的酸洗槽中並按照下述工藝配方進行酸洗活化處理：
將酸洗後的鋁合金洗淨。
(4)硬質陽極氧化處理
將鋁合金放入含有下列溶液的氧化槽中並按照下述工藝配方進行陽極氧化處理：
將陽極氧化處理後的鋁合金洗淨。
(5)吹乾
快速吹乾鋁合金，並測試鋁合金陽極氧化膜與膠黏劑之間的粘接強度。
本實施例製備的鋁合金陽極氧化膜均勻緻密，其與膠黏劑之間的粘接強度為11.75MPa，而未經陽極氧化處理的鋁合金試片粘接強度為4.50MPa，故鋁合金表面經過陽極氧化處理後，其粘接強度有了很大的提高。
本實施例所製備的鋁合金陽極氧化膜的微觀形貌如圖2所示。
實施例3
本實施例中鋁合金為2024鋁合金，化學成分及含量(wt％)分別為：Cu 3.8～4.9、Mg 1.2～1.8、Mn 0.3～0.9、Fe≤0.5、Si≤0.5、Ni≤0.1、餘量為Al。
鋁合金陽極氧化膜的製備工藝由下述步驟完成：
(1)打磨
使用240#、600#、1000#水砂紙依次打磨鋁合金，再對鋁合金進行清洗。
(2)除油
將鋁合金放入含有下列溶液的除油槽中並按照下述工藝配方進行除油處理：
將除油後的鋁合金洗淨。
(3)酸洗活化
將鋁合金放入含有下列溶液的酸洗槽中並按照下述工藝配方進行酸洗活化處理：
將酸洗後的鋁合金洗淨。
(4)硬質陽極氧化處理
將鋁合金放入含有下列溶液的氧化槽中並按照下述工藝配方進行陽極氧化處理：
將陽極氧化處理後的鋁合金用洗淨。
(5)吹乾
快速吹乾鋁合金，並測試鋁合金陽極氧化膜與膠黏劑之間的粘接強度。
本實施例製備的鋁合金陽極氧化膜均勻緻密，其與膠黏劑之間的粘接強度為11.28MPa，而未經陽極氧化處理的鋁合金試片粘接強度為4.50MPa，故鋁合金表面經過陽極氧化處理後，其粘接強度有了很大的提高。
對比例1
本實施例中鋁合金為2024鋁合金，化學成分及含量(wt％)分別為：Cu 3.8～4.9、Mg 1.2～1.8、Mn 0.3～0.9、Fe≤0.5、Si≤0.5、Ni≤0.1、餘量為Al。
鋁合金陽極氧化膜的製備工藝由下述步驟完成：
(1)打磨
使用240#、600#、1000#水砂紙依次打磨鋁合金，再對鋁合金進行清洗。
(2)吹乾
快速吹乾鋁合金，並測試鋁合金試片與膠黏劑之間的粘接強度。
本對比例製備的鋁合金試片的粘接強度為4.50MPa。
本對比例所製備的鋁合金試片的外觀如圖3所示。
以上所述的僅為本發明的較佳實施例，凡在本發明的精神和原則範圍內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護範圍內。