CN109628977A

CN109628977A - 一种铝合金阳极氧化电解液和阳极氧化工艺

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Publication number: CN109628977A
Application number: CN201910015491.XA
Authority: CN
Inventors: 王帅星; 尹小乐; 康佳; 杜楠; 王盼盼
Original assignee: Nanchang Hangkong University
Current assignee: Nanchang Hangkong University
Priority date: 2019-01-08
Filing date: 2019-01-08
Publication date: 2019-04-16

Abstract

本发明涉及一种铝合金阳极氧化电解液和阳极氧化工艺，铝合金阳极氧化电解液包括0.3~0.6 mol/L的HEDP，阳极氧化的温度为40~50℃，氧化电压为80~120 V，采用恒压法进行阳极氧化，氧化时间为30~40 min。本发明提供的铝合金阳极氧化电解液环保无毒、废水处理简单，该工艺适用铝合金，可以获得4~15μm的阳极氧化膜。

Description

一种铝合金阳极氧化电解液和阳极氧化工艺

技术领域

本发明涉及金属表面处理领域，特别是涉及一种铝合金阳极氧化工艺。

背景技术

铝合金由于密度小、比强度高、力学及加工性能优良而受到广泛使用，尤其在航空、汽车、建筑等领域，一直作为最重要的结构材料之一。然而铝合金表层的自然氧化膜一般很薄（0.01~0.05μm）且极易擦伤，而且铝自身的电极电位很负因此与其它异种金属相接触时容易作为阳极而发生严重的电偶腐蚀，这些远不能满足工业要求，因此铝合金在使用前必须进行适当的表面处理以提高其防护性能。

目前，铝合金表面处理技术主要采用的技术方案是先阳极氧化、再封孔或涂漆。常见的阳极氧化工艺有硫酸阳极氧化、铬酸阳极氧化及硼酸-硫酸阳极氧化工艺等。其中，铬酸阳极氧化膜层致密、孔隙率低、不损害基材疲劳强度，但Cr(Ⅵ)污染环境导致其使用遭到限制，硫酸阳极氧化会降低基材的抗疲劳性能且硫酸浓度较大因此不适宜于含Cu量高的铝合金，硼酸-硫酸阳极氧化工艺难以大规模使用。本发明提供一种既能满足使用需求又环保的铝合金阳极氧化电解液，以及使用该阳极氧化电解液进行阳极氧化的方法，可以适用于多系列铝合金的阳极氧化，能在铝合金表层获得4~15μm的阳极氧化膜，膜层耐蚀性优良。

发明内容

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种阳极氧化电解液，阳极氧化电解液的pH为1.5~2.5，阳极氧化电解液包括0.1~1.0 mol/L的有机膦酸或膦酸盐，有机膦酸或膦酸盐具有不少于四个酸性羟基。

进一步的，有机膦酸或膦酸盐是氨基三亚甲基膦酸(ATMP)、羟基亚乙基二膦酸(HEDP)、乙二胺四亚甲基膦酸(EDTMP)、二乙烯三胺五亚甲基叉膦酸（DTPMP）和2-磷酸基-1，2，4-三羧酸丁烷（PBTCA）中的一种或其混合物

优选的，阳极氧化电解液包括0.3~0.6 mol/L的HEDP，HEDP是一种环保无毒的金属络合剂，属于一种具有以下酸解离常数的四个酸性羟基的酸：

HEDP具有低的pKa值，特别是如上所述的低pKa1和pKa2值，因此HEDP适用于制备铝合金阳极氧化电解液。

制备包括0.3~0.6 mol/L的HEDP的阳极氧化电解液的步骤如下：S1.向不锈钢电解槽中加入二分之一体积的去离子水，S2.缓慢加入60%质量分数的HEDP水溶液（1 mol/LHEDP需240 mL/L的60%质量分数的HEDP水溶液），边加入边搅拌至完全溶解；S3.用氢氧化钠或氢氧化钾溶液调整pH至1.8~2.2，加水至规定体积；S4.静置24 h。新配置的阳极氧化电解液要经过熟化24 h后方可使用。

本发明还提供一种铝合金阳极氧化工艺，阳极氧化电解液包括0.3~0.6 mol/L的HEDP，阳极氧化处理前将铝合金依次经过碱蚀、热水洗、冷水洗、出光、水洗处理。

碱蚀采用的碱蚀液由60 ~ 100 g/L 氢氧化钠、5~6 g/L 硫化钠和去离子水配制，将待阳极氧化处理的铝合金放入50~60℃的碱蚀液中处理3~5min。碱蚀后的铝合金依次经过热水洗、冷水洗后立即置入30% ~ 50%体积浓度的硝酸出光液中浸泡30~60 s进行出光处理。出光后的铝合金经水洗处理后要立即进行氧化处理，间隔时间不能超过30min，否则会影响阳极氧化的质量。

将前处理后的铝合金置于40~50℃的阳极氧化电解液中通以直流电、以恒压法进行阳极氧化处理，阴极可以采用不锈钢。阳极氧化处理后，铝合金经去离子水彻底清洗，冷风吹干。阳极氧化处理后铝合金表面的阳极氧化膜的厚度为4~15μm。

进一步的，对于1系铝合金、6系铝合金、7系铝合金或Al-Li系合金，在阳极氧化时采用的恒压法为一步升压法，具体是先在5min内将阳极氧化电压提升至90~120V，之后恒压30~35min。

进一步的，对于2系铝合金，在阳极氧化时需采用的恒压法为分步升压法，具体是先在5min将阳极氧化电压提升至80V，维持20~25min，之后再在5min内将阳极氧化电压提升至120V，再维持5~10min。

附图说明

附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制。

图1为实施例1所得的1060铝合金表面HEDP阳极氧化膜的表面形貌(a)和截面形貌(b)。

图2为实施例4所得的7075铝合金表面HEDP氧化膜及硫酸、铬酸阳极氧化膜的动电位极化曲线。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

配置包括0.6 mol/L的HEDP的阳极氧化电解液2 L，步骤如下：

S1.向不锈钢电解槽中加入1 L左右的去离子水；

S2.之后缓慢加入290 mL的60%质量分数的HEDP水溶液，边加边搅拌至完全溶解；

S3.用1mol/L的KOH溶液调整pH至1.8，之后加水至2 L；

S4.静置24 h。

铝合金阳极氧化处理步骤如下：

A1.工件放入50℃的碱蚀液中处理3min后依次经热水洗、冷水洗，其中碱蚀液由60 g/L氢氧化钠、5 g/L 硫化钠和去离子水配制。

将碱蚀后的工件立即置入30%体积浓度的硝酸出光液中浸泡30 s，之后进行水洗处理。

将出光后的工件置于配制的0.6 mol/L 的HEDP电解液中，在40℃下通以直流电，氧化电压升至90 V，之后恒压处理30 min，氧化后工件经去离子水彻底清洗，冷风吹干。

经上述工艺处理后，可在1060铝合金表面形成厚约5μm的阳极氧化膜，如图1所示，该膜层的微观结构为多孔型氧化膜，孔径较大为80~90 nm。

实施例2

1060铝合金阳极氧化处理步骤如下：

A1.工件放入60℃的碱蚀液中处理5min后依次经热水洗、冷水洗，其中碱蚀液由100g/L氢氧化钠、6 g/L 硫化钠和去离子水配制。

将碱蚀后的工件立即置入50%体积浓度的硝酸出光液中浸泡60 s，之后进行水洗处理。

将出光后的工件置于配制的0.6 mol/L 的HEDP电解液中，在50℃下通以直流电，氧化电压升至120 V，之后恒压处理35 min，氧化后工件经去离子水彻底清洗，冷风吹干。

经上述工艺处理后，可在1060铝合金表面形成12~15μm厚的阳极氧化膜。

实施例3

配置包括0.3mol/L的HEDP的阳极氧化电解液2 L，步骤如下：

S1.向不锈钢电解槽中加入1 L左右的去离子水；

S2.之后缓慢加入145mL的60%质量分数的HEDP水溶液，边加边搅拌至完全溶解；

S3.用1mol/L的NaOH溶液调整pH至2.2，之后加水至2 L；

S4.静置24 h。

铝合金阳极氧化处理步骤如下：

A1.工件放入55℃的碱蚀液中处理4min后依次经热水洗、冷水洗，其中碱蚀液由80 g/L氢氧化钠、5.5 g/L 硫化钠和去离子水配制。

将碱蚀后的工件立即置入40%体积浓度的硝酸出光液中浸泡45 s，之后进行水洗处理。

将出光后的工件置于配制的0.3mol/L 的HEDP电解液中，在40℃下通以直流电，氧化电压先提升至80V，维持20~25min后再将氧化电压提升至120V，再维持10min，氧化后工件经去离子水彻底清洗，冷风吹干。

经上述工艺处理后，可在2024铝合金表面形成4~5μm厚的阳极氧化膜。

实施例4

配置包括0.5mol/L的HEDP的阳极氧化电解液2 L，步骤如下：

S1.向不锈钢电解槽中加入1 L左右的去离子水；

S2.之后缓慢加入240mL的60%质量分数的HEDP水溶液，边加边搅拌至完全溶解；

S3.用1mol/L的NaOH溶液调整pH至2.0，之后加水至2 L；

S4.静置24 h。

铝合金阳极氧化处理步骤如下：

A1.工件放入55℃的碱蚀液中处理4min后依次经热水洗、冷水洗，其中碱蚀液由90 g/L氢氧化钠、6 g/L 硫化钠和去离子水配制。

将碱蚀后的工件立即置入45%体积浓度的硝酸出光液中浸泡50 s，之后进行水洗处理。

将出光后的工件置于配制的0.5mol/L的HEDP电解液中，在45℃下通以直流电，氧化电压提升至100V，恒压处理35 min，氧化后工件经去离子水彻底清洗，冷风吹干。

经上述工艺处理后，可在7075铝合金表面形成10~12 μm厚的阳极氧化膜。动电位极化曲线如图2所示，结果表明，HEDP阳极氧化膜大幅提高了7075铝合金的耐蚀性，HEDP氧化膜的耐蚀性与铬酸阳极氧化膜相当，略好于相同厚度的硫酸阳极氧化膜。

实施例5

铝锂合金阳极氧化处理步骤如下：

A1.工件放入60℃的碱蚀液中处理5min后依次经热水洗、冷水洗，其中碱蚀液由70 g/L氢氧化钠、5 g/L 硫化钠和去离子水配制。

将碱蚀后的工件立即置入40%体积浓度的硝酸出光液中浸泡40 s，之后进行水洗处理。

将出光后的工件置于配制的0.5mol/L的HEDP电解液中，在45℃下通以直流电，氧化电压提升至90V，恒压处理30min，氧化后工件经去离子水彻底清洗，冷风吹干。

经上述工艺处理后，可在铝锂合金表面形成8~10 μm厚的阳极氧化膜。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种阳极氧化电解液，其特征在于：所述阳极氧化电解液的pH为1.5~2.5，所述阳极氧化电解液包括0.1~1.0 mol/L的有机膦酸或膦酸盐，所述有机膦酸或膦酸盐具有不少于四个酸性羟基。

2.根据权利要求1所述一种阳极氧化电解液，其特征在于：所述有机膦酸或膦酸盐是氨基三亚甲基膦酸(ATMP)、羟基亚乙基二膦酸(HEDP)、乙二胺四亚甲基膦酸(EDTMP)、二乙烯三胺五亚甲基叉膦酸（DTPMP）和2-磷酸基-1，2，4-三羧酸丁烷（PBTCA）中的一种或其混合物。

3.根据权利要求2所述一种阳极氧化电解液，其特征在于：所述阳极氧化电解液包括0.3~0.6 mol/L的HEDP。

4.配置权利要求3所述一种阳极氧化电解液的方法，包括如下步骤：

S1.向电解槽中加入二分之一体积的去离子水；

S2.加入60%质量分数的HEDP水溶液，搅拌至完全溶解；

S3.用氢氧化钠或氢氧化钾溶液调整pH至1.8~2.2，加水至规定体积；

S4.静置24 h。

5.一种铝合金的阳极氧化的方法，包括如下步骤：

A1. 将铝合金置于50~60℃的碱蚀液中碱蚀处理3~5min，然后依次热水洗、冷水洗；

A2. 将铝合金置于出光液中进行出光处理30~60 s，然后水洗处理；

A3. 将铝合金置于40~50℃的权利要求3所述的阳极氧化电解液中，通以直流电，以恒压法进行阳极氧化处理。

6.根据权利要求5所述一种铝合金的阳极氧化的方法，其特征在于：所述碱蚀液包括60~ 100 g/L 氢氧化钠和5~6 g/L 硫化钠。

7.根据权利要求5所述一种铝合金的阳极氧化的方法，其特征在于：所述出光液包括30% ~ 50%体积浓度的硝酸。

8.根据权利要求7所述一种铝合金的阳极氧化的方法，其特征在于：所述步骤A2和步骤A3的间隔时间不超过30min。

9.根据权利要求5所述一种铝合金的阳极氧化的方法，其特征在于：所述铝合金为1系铝合金、6系铝合金、7系铝合金或Al-Li系合金中的一种，所述恒压法为一步升压法，包括在5min内将电压升高至90~120V并维持30~35min。

10.根据权利要求9所述一种铝合金的阳极氧化的方法，其特征在于：所述铝合金为2系铝合金，所述恒压法为分步升压法，包括在5min内将电压升高至80V，维持20~25min后再在5min内将电压升高至120V并维持5~10min。