一種純鋁及鋁合金表面黑色微弧氧化膜層製備方法與流程
2024-02-19 01:14:15
本發明涉及純鋁及鋁合金表面處理技術領域，特別是一種純鋁及鋁合金表面黑色微弧氧化膜層製備方法。
背景技術：
純鋁及鋁合金具有密度小、強度高、易成型等特性，因而被應用於幾乎遍及所有工業部門。但是純鋁及鋁合金的耐磨、耐腐蝕性能較差，耐熱性低，剛度小等，其應用受到很大限制。微弧氧化，又稱等離子體微弧氧化，它是將鎂、鋁、鈦等金屬及其合金置於電解質溶液中，在高溫、高壓、熱化學、等離子體化學和電化學等共同作用下使材料的表面產生火花放電生成陶瓷膜層的方法。該技術具有工藝簡單，環境汙染少、效率高等特點，且微弧氧化陶瓷膜具有膜基結合力強、耐磨損、耐腐蝕、耐高溫氧化以及絕緣性好等優點，因此利用微弧氧化對純鋁及鋁合金進行表面處理具有良好的前景。隨著純鋁及鋁合金微弧氧化表面處理技術的日趨完善和應用領域的擴大，對MAO表面處理技術提出了裝飾性需求，希望MAO技術實現色澤多元化。黑色因為其厚重、大氣而被廣泛應用於多種場合。目前國內對鋁合金的黑色微弧氧化膜層製備已經有一定研究。如重慶大學的張金彬等人分別採用Fe-Cr-Co系和W-P-Mo系兩種電解液在LC4鋁合金表面製備了黑色微弧氧化膜層(張金彬.鋁合金表面微弧氧化等離子體氧化黑色陶瓷膜製備工藝及其成膜機理研究.重慶大學碩士學位論文，2005)；華南理工大學張永君在含矽酸鹽、磷酸鹽和釩酸鹽的電解液中在ADC12壓鑄鋁合金製備了黑色的微弧氧化膜層(張永君.鋁合金表面微弧氧化-黑化一體化技術研究.材料科學與工藝，2007(5))；哈爾濱工業大學吳振東等人通過在電解液中添加含Cr的著色劑在LY12鋁合金表面製備了黑色的微弧氧化膜層(吳振東.LY12鋁合金微弧氧化黑色陶瓷膜結構及耐腐蝕性能研究.稀有金屬與工程，2007(36))。上述文獻報告中所製備膜層均在含Cu的鋁合金基體上製備。而吳振東還提出，鋁合金中的Cu元素對於黑膜的形成有一定的作用。到目前為止，尚未見到在純鋁表面製備黑色微弧氧化膜層的文獻。
技術實現要素：
本發明的目的在於能夠提供一種工藝簡單、成本低可以同時在純鋁及鋁合金表面製備出質量可靠的黑色微弧氧化膜層的方法。
一種純鋁及鋁合金表面處理技術領域金微弧氧化黑色陶瓷膜製備方法，其特徵在於，該方法包括如下步驟：
步驟一，純鋁或者鋁合金表面除油清洗
將試件放入濃度為20-100g/L的氫氧化鈉或氫氧化鉀溶液中清洗2-5min中；
步驟二，水洗
用50℃-60℃的溫水清洗純鋁或者鋁合金表面；
步驟三，微弧氧化著色
經步驟一和二處理後的純鋁或者鋁合金，用鋁線連接後放入電解槽中，用配製的微弧氧化著色處理液進行微弧氧化著色，電源參數為：頻率50Hz-2000Hz，佔空比5％-50％，開動攪拌系統和冷卻系統，調節電流，電流密度為5A/dm2-30A/dm2，工作時間為10-60min，處理過程中電解液溫度控制在40℃以下；
步驟四，乾燥
將微弧氧化著色後的純鋁或者鋁合金，自然風乾或晾乾，得到純鋁或者鋁合金微弧氧化黑色陶瓷膜；
所述配製的微弧氧化著色處理液是先取蒸餾水倒入設備中，在室溫下加入試劑，加入試劑的順序及濃度範圍是：磷酸鈉15g/L-30g/L，氫氧化鉀0.5g/L-4g/L，鎢酸鈉4-12g/L、鉬酸鈉4-12g/L和偏釩酸銨2-6g/L，並在添加過程中不斷攪拌，待一種試劑完全溶解後再加另一種試劑，添加完畢後，繼續攪拌至試劑形成的溶解。
所述磷酸鈉15g/L-30g/L，氫氧化鉀0.5g/L-4g/L，鎢酸鈉4-12g/L、鉬酸鈉4-12g/L和偏釩酸銨2-6g/L的比例為1:1:1:1:1:1。
所述化學試劑均為分析純，配置處理液時皆用蒸餾水。
顏色的評定標準依據GB/T 14952.3-94，以RGB常用顏色表中的RGB值作為參照色標，當RGB值都為0時為純黑色，採用目測觀察法。
純鋁及鋁合金黑色微弧氧化陶瓷膜製備具體步驟介紹如下：
純鋁及鋁合金黑色微弧氧化陶瓷膜製備方法，其特徵在於，步驟和條件如下:
a)使用的試劑
主成膜劑：磷酸鈉或磷酸鈉與矽酸鈉混合物；
pH值調節劑：氫氧化鉀或氫氧化鈉；
著色劑：鎢酸鈉、鉬酸鈉和偏釩酸銨；
所用化學試劑均為分析純，配置處理液時皆用蒸餾水。
b)使用的設備
40kW直流脈衝微弧氧化電源、電解槽、攪拌系統和冷卻系統；
材料為純鋁或者鋁合金。
c)微弧氧化著色處理液的配製
先取蒸餾水倒入設備中，在室溫下加入試劑，加入試劑的順序及濃度範圍是：磷酸鈉15g/L-30g/L、氫氧化鉀0.5g/L-4g/L、鎢酸鈉4-12g/L、鉬酸鈉4-12g/L和偏釩酸銨2-6g/L，並在添加過程中不斷攪拌，待一種試劑完全溶解後再加另一種試劑，添加完畢後，繼續攪拌至試劑完全溶解。
d)微弧氧化工藝的實施
1)純鋁或者鋁合金表面除油清洗
將試件放入濃度為20-100g/L的氫氧化鈉或氫氧化鉀溶液中清洗2-5min；
2)水洗
用50℃-60℃的溫水清洗純鋁或者鋁合金表面；
3)微弧氧化著色
經步驟l)和2)處理後的純鋁或者鋁合金，用鋁線連接後放入電解槽中，用步驟c)配製的微弧氧化著色處理液進行微弧氧化著色，電源參數為：頻率50Hz-2000Hz，佔空比5％-50％，開動攪拌系統和冷卻系統，調節電流，電流密度為5A/dm2-30A/dm2，工作時間為10-60min，處理過程中電解液溫度控制在40℃以下；
4)乾燥
將微弧氧化著色後的純鋁或者鋁合金，自然風乾或晾乾，得到純鋁或者鋁合金微弧氧化黑色陶瓷膜。
利用本發明的技術方案製作的純鋁及鋁合金表面黑色微弧氧化膜層製備方法，解決了在純鋁表面製備黑色微弧氧化膜層的問題，實現了色澤多元化，滿足了市場上對其的裝飾性需求。
附圖說明
圖1是本發明所述純鋁及鋁合金表面處理技術領域金微弧氧化黑色陶瓷膜製備方法的工藝流程示意圖。
具體實施方式
下面結合附圖對本發明進行具體描述，如圖1所示，一種純鋁及鋁合金表面黑色微弧氧化膜層製備方法，
實施例一
步驟和條件如下：
a)使用的試劑
主成膜劑：磷酸鈉；
pH值調節劑：氫氧化鉀；
著色劑：鎢酸鈉、鉬酸鈉和偏釩酸銨；
所用化學試劑均為分析純，配置處理液時皆用蒸餾水。
b)使用的設備
MH-15kW微弧氧化電源、電解槽、攪拌系統和冷卻系統；
材料為純鋁。
c)微弧氧化著色處理液的配製
先取蒸餾水倒入設備中，在室溫下加入試劑，加入試劑的順序及濃度範圍是：磷酸鈉20g/L、氫氧化鉀2g/L、鎢酸鈉8g/L、鉬酸鈉8g/L和偏釩酸銨4g/L，並在添加過程中不斷攪拌，待一種試劑完全溶解後再加另一種試劑，添加完畢後，繼續攪拌至試劑完全溶解。
d)微弧氧化工藝的實施
1)純鋁或者鋁合金表面除油清洗
將試件放入濃度為30g/L的氫氧化鈉溶液中清洗2min；
2)水洗
用50℃-60℃的溫水清洗純鋁表面；
3)微弧氧化著色
經步驟l)和2)處理後的純鋁，用鋁線連接後放入電解槽中，用步驟c)配製的微弧氧化著色處理液進行微弧氧化著色，電源參數為：頻率500Hz，佔空比10％，開動攪拌系統和冷卻系統，調節電流，電流密度為10A/dm2，工作時間為30min，處理過程中電解液溫度控制在40℃以下；
4)乾燥
將微弧氧化著色後的純鋁，自然風乾或晾乾，得到純鋁微弧氧化黑色陶瓷膜。其RGB值約為(0；0；0)。
實施例二
a)使用的試劑同實施例一。
b)使用的設備
MH-15kW微弧氧化電源、電解槽、攪拌系統和冷卻系統；
材料為LY12鋁合金。
c)微弧氧化著色處理液的配製
先取蒸餾水倒入設備中，在室溫下加入試劑，加入試劑的順序及濃度範圍是：磷酸鈉30g/L、氫氧化鉀2g/L、鎢酸鈉8g/L、鉬酸鈉8g/L和偏釩酸銨5g/L，並在添加過程中不斷攪拌，待一種試劑完全溶解後再加另一種試劑，添加完畢後，繼續攪拌至試劑完全溶解。
d)微弧氧化工藝的實施
1)LY12鋁合金表面除油清洗
將試件放入濃度為40g/L的氫氧化鈉溶液中清洗4min；
2)水洗
用50℃-60℃的溫水清洗LY12鋁合金表面；
3)微弧氧化著色
經步驟l)和2)處理後的LY12鋁合金，用鋁線連接後放入電解槽中，用步驟c)配製的微弧氧化著色處理液進行微弧氧化著色，電源參數為：頻率500Hz，佔空比10％，開動攪拌系統和冷卻系統，調節電流，電流密度為15A/dm2，工作時間為20min，處理過程中電解液溫度控制在40℃以下；
4)乾燥
將微弧氧化著色後的LY12鋁合金，自然風乾或晾乾，得到LY12微弧氧化黑色陶瓷膜。其RGB值約為(0；0；0)。
上述技術方案僅體現了本發明技術方案的優選技術方案，本技術領域的技術人員對其中某些部分所可能做出的一些變動均體現了本發明的原理，屬於本發明的保護範圍之內。