CN115279952A - 金属基材的电解加工 - Google Patents

Abstract

本文提供了用于电解加工金属基材，例如铝合金的方法和系统。本公开提供了通过在包含磷酸的电解质溶液中对金属基材进行阳极氧化来制造阳极氧化基材的方法。特别地，本公开描述了用于阳极氧化所述金属基材的各种条件，包括温度、酸浓度和电压。本公开还提供了用于执行所述方法的系统。

Description

金属基材的电解加工

相关申请的交叉引用

本申请要求2020年3月12日提交的美国临时专利申请序号62/988,857的优先权和申请权益，所述申请以引用的方式整体并入本文中。

领域

本公开总体上涉及金属基材，例如铝合金的电解加工，以及用于进行这种加工的系统。更具体地，本公开涉及对金属基材进行阳极氧化。

背景技术

某些金属产品，例如铝合金可以受益于具有阳极氧化表面。这些益处包括耐久性、颜色稳定性、易于维护、美观、健康和安全以及低成本。然而，难以对具有阳极氧化膜的铝合金卷材进行阳极氧化，所述阳极氧化膜满足下游加工，包括铝合金产品接合的柔韧性、耐久性和/或表面特征要求。此外，常规阳极氧化方法耗时且成本高，这降低了生产过程的整体效率。另外，常规阳极氧化方法需要多个浴，典型地是高浓度的酸，这会导致效率低下，同时使操作员暴露在不安全的条件下。因此，常规阳极氧化方法是无效的。

发明内容

本发明涵盖的实施方案由权利要求书而非本发明内容限定。本发明内容是对本发明的各个方面的高度概括，并且介绍了在以下的具体实施方式部分中将进一步描述的一些概念。本发明内容并不意图确认所要求保护的主题的关键特征或本质特征，也不意图用来孤立地确定所要求保护的主题的范围。应当参考整个说明书的适当部分、任何或所有附图以及每个权利要求来理解本主题。

在一个方面，本公开描述了一种制造阳极氧化基材的方法，所述方法包括：提供金属基材；任选地，清洁金属基材的表面；在60℃至100℃的温度下在电解质溶液中对金属基材表面进行阳极氧化以形成阳极氧化膜层，其中电解质溶液包含0.01M至1M电解质；以及任选地，干燥金属基材的表面。在一些情况下，电解质是选自由以下组成的组的无机酸：磷酸、硝酸、硫酸、膦酸和其组合。在一些情况下，电解质溶液包含0.05M至0.5M电解质，并且任选地，电解质是磷酸。在一些情况下，阳极氧化包括向电解质溶液施加电压为±15VDC至±25VDC的直流电(DC)和/或施加电压为±15VAC至±25VAC的交流电(AC)持续至少5秒钟。在一些情况下，阳极氧化包括在施加DC持续至少15秒之前和/或之后施加AC持续至少5秒。在一些情况下，清洁金属基材的表面包括用溶剂冲洗金属基材的表面。在一些情况下，金属基材在阳极氧化之前未被蚀刻。在一些情况下，金属基材包括铝合金。

在另一方面，本公开描述了一种制造阳极氧化基材的方法，所述方法包括：提供金属基材；任选地，清洁金属基材的表面；通过向电解质溶液施加电压为±15VDC至±25VDC的直流电(DC)和/或施加电压为±15VAC至±25VAC的交流电(AC)持续至少5秒而在电解质溶液中对金属基材的表面进行阳极氧化，其中电解质溶液包含0.01M至1M电解质；以及任选地，干燥金属基材的表面。在一些情况下，电解质是选自由以下组成的组的无机酸：磷酸、硝酸、硫酸、膦酸和其组合。在一些情况下，电解质溶液包含0.05M至0.5M电解质，并且任选地，电解质是磷酸。在一些情况下，阳极氧化包括在施加DC至少15秒持续之前和/或施加AC持续至少5秒。在一些情况下，电解质溶液被加热到60℃至100℃的温度。在一些情况下，清洁金属基材的表面包括用溶剂冲洗金属基材的表面。在一些情况下，金属基材在阳极氧化之前未被蚀刻。在一些情况下，金属基材包括铝合金。

在另一方面，本公开描述了一种用于对金属基材进行阳极氧化的系统，所述系统包括：具有金属阴极的电解槽；用于提供包含0.01M至1M电解质的电解质溶液的电解质溶液源；用于将金属基材悬浮于浴液中的支撑件；以及用于向电解槽提供直流电(DC)和/或交流电(AC)并通过电解质溶液的电源。在一些情况下，电解质溶液包含0.05M至0.5M电解质，并且任选地，电解质是磷酸。在一些情况下，电解质溶液源包括具有搅拌器的槽。在一些情况下，电解槽进一步包括一个或多个复合电极。

具体实施方式

本文描述用于由金属基材，例如铝合金基材制造阳极氧化基材的方法和系统。所得阳极氧化基材可用于例如生产阳极氧化基材(例如阳极氧化铝合金)产品，与由没有本文所述的阳极氧化膜层的金属基材制备的产品相比，所述产品具有优异的表面质量和最小化的表面缺陷。

本文所述的方法提供了一种在金属基材的一个或多个表面上形成薄阳极氧化膜层的更有效方法。特别地，本文所述的方法成功地对金属基材进行阳极氧化，而不需要单独的蚀刻金属基材的步骤(例如酸蚀刻和/或电解蚀刻)。此外，本文所述的方法使用一种化学浴成功地对金属基材进行阳极氧化，从而消除了对多种化学浴的需要。这些新的阳极氧化方法允许缩短操作时间，改善环境健康和安全，并降低成本。此外，通过本文所述的方法生产的阳极氧化基材表现出优异的物理性能，例如粘结耐久性，并且适用于卷对卷生产线以及批量加工。

定义和描述

如本文所使用，术语“发明”、“所述发明”、“此发明”和“本发明”旨在广泛地指代本专利申请和所附权利要求的所有主题。包含这些术语的陈述不应被理解为限制本文描述的主题，或限制以下专利权利要求书的含义或范围。

在本说明书中，提到了用铝行业标号诸如“系列”或“7xxx”标识的合金。要了解最常用于命名和识别铝以及其合金的编号命名系统，参见由The Aluminum Association发布的“International Alloy Designations and Chemical Composition Limits forWrought Aluminum and Wrought Aluminum Alloys”或“Registration Record ofAluminum Association Alloy Designations and Chemical Compositions Limits forAluminum Alloys in the Form of Castings and Ingot”。

铝合金在本文中根据其基于合金总重量的重量百分比(重量％)的元素组成来描述。在每种合金的某些示例中，其余部分为铝，杂质的总和的最大重量％为0.15％。

如本文所用，“粘结耐久性”是指将两个产品粘结在一起的粘结剂在暴露于引起粘结剂失效的环境条件后耐受循环机械应力的能力。粘结耐久性的特征在于粘结产品暴露于环境条件下直到粘结失效时施加到粘结产品上的机械应力循环次数。

如本文所用，例如“铸造金属产品”、“铸造产品”、“铸造铝合金产品”等术语是可互换使用的，并且是指通过直冷铸造(包括直冷共铸造)或半连续铸造、连续铸造(包括例如通过使用双带式铸造机、双辊式铸造机、双块式铸造机或任何其它连续铸造机)、电磁铸造、热顶铸造或任何其它铸造方法生产的产品。

如本文所用，“连续卷材”或“铝合金连续卷材”是指在连续生产线上经受连续加工方法而没有时间或顺序中断的铝合金(即，铝合金未经过批量加工)。

如本文所用，“卷对卷”生产线或“卷对卷加工”是指在连续生产线上的连续加工方法，其中在所述方法中加工的合金，例如铝合金从卷材送入加工，在加工过程中展开，并在完成加工后重新卷取。

在本申请中参考合金状态或回火。要了解最常用的合金回火描述，参见“美国国家标准(ANSI)H35关于合金和回火命名系统”。F状态或回火是指所制造的铝合金。O状态或回火是指退火后的铝合金。T1状态或回火是指从热加工冷却并自然老化(例如在室温下)的铝合金。T2状态或回火是指从热加工冷却、冷加工并自然老化的铝合金。T3状态或回火是指经固溶热处理、冷加工并自然老化的铝合金。T4状态或回火是指经固溶热处理并自然老化的铝合金。T5状态或回火是指从热加工冷却并人工老化(在高温下)的铝合金。T6状态或回火是指经固溶热处理并人工老化的铝合金。T7状态或回火是指经固溶热处理并人工过老化的铝合金。T8x状态或回火是指经固溶热处理、冷加工并人工老化的铝合金。T9状态或回火是指经固溶热处理、人工老化并冷加工的铝合金。

如本文所用，除非上下文另外明确地指出，否则“一(a/an)”或“所述(the)”的含义包括单数和复数个指示物。

如本文所使用，“室温”的含义可包括约15℃至约30℃的温度，例如约15℃、约16℃、约17℃、约18℃、约19℃、约20℃、约21℃、约22℃、约23℃、约24℃、约25℃、约26℃、约27℃、约28℃、约29℃或约30℃。

本文公开的所有范围应理解为涵盖其中包含的任何和所有子范围。例如，指定范围的“1至10”应被视为包括最小值1与最大值10之间(并且包括端点)的任何和所有子范围；即，所有子范围均以最小值1或更大开始(如1至6.1)，并且以最大值10或更小结束(如5.5至10)。

金属基材

如所指出的，本公开提供了用于制造阳极氧化基材的方法和系统。更具体地，本文所述的方法在金属基材的表面上产生薄阳极氧化膜层。其上形成阳极氧化膜层的金属基材的组成没有特别限制。本文所述的方法特别适合用于但不限于阳极氧化铝合金。阳极氧化膜层可例如应用于任何合适的铝合金，例如铝合金的连续卷材。合适的铝合金包括例如1xxx系列铝合金、2xxx系列铝合金、3xxx系列铝合金、4xxx系列铝合金、5xxx系列铝合金、6xxx系列铝合金、7xxx系列铝合金和8xxx系列铝合金。

作为非限制性实例，用作金属基材的示例性1xxx系列铝合金可包括AA1100、AA1100A、AA1200、AA1200A、AA1300、AA1110、AA1120、AA1230、AA1230A、AA1235、AA1435、AA1145、AA1345、AA1445、AA1150、AA1350、AA1350A、AA1450、AA1370、AA1275、AA1185、AA1285、AA1385、AA1188、AA1190、AA1290、AA1193、AA1198或AA1199。在一些情况下，铝合金是至少99.9％的纯铝(例如至少99.91％、至少99.92％、至少99.93％、至少99.94％、至少99.95％、至少99.96％、至少99.97％、至少99.98％或至少99.99％的纯铝)。

用作金属基材的非限制性示例性2xxx系列铝合金可包括AA2001、AA2002、AA2004、AA2005、AA2006、AA2007、AA2007A、AA2007B、AA2008、AA2009、AA2010、AA2011、AA2011A、AA2111、AA2111A、AA2111B、AA2012、AA2013、AA2014、AA2014A、AA2214、AA2015、AA2016、AA2017、AA2017A、AA2117、AA2018、AA2218、AA2618、AA2618A、AA2219、AA2319、AA2419、AA2519、AA2021、AA2022、AA2023、AA2024、AA2024A、AA2124、AA2224、AA2224A、AA2324、AA2424、AA2524、AA2624、AA2724、AA2824、AA2025、AA2026、AA2027、AA2028、AA2028A、AA2028B、AA2028C、AA2029、AA2030、AA2031、AA2032、AA2034、AA2036、AA2037、AA2038、AA2039、AA2139、AA2040、AA2041、AA2044、AA2045、AA2050、AA2055、AA2056、AA2060、AA2065、AA2070、AA2076、AA2090、AA2091、AA2094、AA2095、AA2195、AA2295、AA2196、AA2296、AA2097、AA2197、AA2297、AA2397、AA2098、AA2198、AA2099和AA2199。

用作金属基材的非限制性示例性3xxx系列铝合金可包括AA3002、AA3102、AA3003、AA3103、AA3103A、AA3103B、AA3203、AA3403、AA3004、AA3004A、AA3104、AA3204、AA3304、AA3005、AA3005A、AA3105、AA3105A、AA3105B、AA3007、AA3107、AA3207、AA3207A、AA3307、AA3009、AA3010、AA3110、AA3011、AA3012、AA3012A、AA3013、AA3014、AA3015、AA3016、AA3017、AA3019、AA3020、AA3021、AA3025、AA3026、AA3030、AA3130或AA3065。

用作金属基材的非限制性示例性4xxx系列铝合金可包括AA4004、AA4104、AA4006、AA4007、AA4008、AA4009、AA4010、AA4013、AA4014、AA4015、AA4015A、AA4115、AA4016、AA4017、AA4018、AA4019、AA4020、AA4021、AA4026、AA4032、AA4043、AA4043A、AA4143、AA4343、AA4643、AA4943、AA4044、AA4045、AA4145、AA4145A、AA4046、AA4047、AA4047A和AA4147。

用作金属基材的非限制性示例性5xxx系列铝合金可包括AA5182、AA5183、AA5005、AA5005A、AA5205、AA5305、AA5505、AA5605、AA5006、AA5106、AA5010、AA5110、AA5110A、AA5210、AA5310、AA5016、AA5017、AA5018、AA5018A、AA5019、AA5019A、AA5119、AA5119A、AA5021、AA5022、AA5023、AA5024、AA5026、AA5027、AA5028、AA5040、AA5140、AA5041、AA5042、AA5043、AA5049、AA5149、AA5249、AA5349、AA5449、AA5449A、AA5050、AA5050A、AA5050C、AA5150、AA5051、AA5051A、AA5151、AA5251、AA5251A、AA5351、AA5451、AA5052、AA5252、AA5352、AA5154、AA5154A、AA5154B、AA5154C、AA5254、AA5354、AA5454、AA5554、AA5654、AA5654A、AA5754、AA5854、AA5954、AA5056、AA5356、AA5356A、AA5456、AA5456A、AA5456B、AA5556、AA5556A、AA5556B、AA5556C、AA5257、AA5457、AA5557、AA5657、AA5058、AA5059、AA5070、AA5180、AA5180A、AA5082、AA5182、AA5083、AA5183、AA5183A、AA5283、AA5283A、AA5283B、AA5383、AA5483、AA5086、AA5186、AA5087、AA5187或AA5088。

用作金属基材的非限制性示例性6xxx系列铝合金可包括AA6101、AA6101A、AA6101B、AA6201、AA6201A、AA6401、AA6501、AA6002、AA6003、AA6103、AA6005、AA6005A、AA6005B、AA6005C、AA6105、AA6205、AA6305、AA6006、AA6106、AA6206、AA6306、AA6008、AA6009、AA6010、AA6110、AA6110A、AA6011、AA6111、AA6012、AA6012A、AA6013、AA6113、AA6014、AA6015、AA6016、AA6016A、AA6116、AA6018、AA6019、AA6020、AA6021、AA6022、AA6023、AA6024、AA6025、AA6026、AA6027、AA6028、AA6031、AA6032、AA6033、AA6040、AA6041、AA6042、AA6043、AA6151、AA6351、AA6351A、AA6451、AA6951、AA6053、AA6055、AA6056、AA6156、AA6060、AA6160、AA6260、AA6360、AA6460、AA6460B、AA6560、AA6660、AA6061、AA6061A、AA6261、AA6361、AA6162、AA6262、AA6262A、AA6063、AA6063A、AA6463、AA6463A、AA6763、A6963、AA6064、AA6064A、AA6065、AA6066、AA6068、AA6069、AA6070、AA6081、AA6181、AA6181A、AA6082、AA6082A、AA6182、AA6091或AA6092。

用作金属基材的非限制性示例性7xxx系列铝合金可包括AA7011、AA7019、AA7020、AA7021、AA7039、AA7072、AA7075、AA7085、AA7108、AA7108A、AA7015、AA7017、AA7018、AA7019A、AA7024、AA7025、AA7028、AA7030、AA7031、AA7033、AA7035、AA7035A、AA7046、AA7046A、AA7003、AA7004、AA7005、AA7009、AA7010、AA7011、AA7012、AA7014、AA7016、AA7116、AA7122、AA7023、AA7026、AA7029、AA7129、AA7229、AA7032、AA7033、AA7034、AA7036、AA7136、AA7037、AA7040、AA7140、AA7041、AA7049、AA7049A、AA7149、AA7204、AA7249、AA7349、AA7449、AA7050、AA7050A、AA7150、AA7250、AA7055、AA7155、AA7255、AA7056、AA7060、AA7064、AA7065、AA7068、AA7168、AA7175、AA7475、AA7076、AA7178、AA7278、AA7278A、AA7081、AA7181、AA7185、AA7090、AA7093、AA7095或AA7099。

用作金属基材的非限制性示例性8xxx系列铝合金可包括AA8005、AA8006、AA8007、AA8008、AA8010、AA8011、AA8011A、AA8111、AA8211、AA8112、AA8014、AA8015、AA8016、AA8017、AA8018、AA8019、AA8021、AA8021A、AA8021B、AA8022、AA8023、AA8024、AA8025、AA8026、AA8030、AA8130、AA8040、AA8050、AA8150、AA8076、AA8076A、AA8176、AA8077、AA8177、AA8079、AA8090、AA8091和AA8093。

尽管在整个公开中描述了铝合金产品，但所述方法和产品适用于任何金属基材。在一些实施方案中，金属基材是铝、铝合金、镁、镁基材料、钛、钛基材料、铜、铜基材料、钢、钢基材料、青铜、青铜基材料、黄铜、黄铜基材料、复合材料、复合材料中使用的片材或任何其它合适的金属或材料组合。所述产品可包括单块材料以及非单块材料，诸如辊轧粘结的材料、包覆材料、复合材料或各种其它材料。在一些实例中，金属制品是金属卷、金属带、金属板、金属片、金属坯、金属锭等。

金属基材可由任何合适回火的合金制备。在某些实例中，合金可用于F、O、T3、T4、T6或T8x回火。合金可通过直接冷硬铸造(包括直接冷硬共铸造)或半连续铸造、连续铸造(包括例如通过使用双带式铸造机、双辊式铸造机、块式铸造机或任何其它连续铸造机)、电磁铸造、热顶铸造或任何其它铸造方法生产。

阳极氧化膜层

如上所述，通过本文所述的方法在金属基材的表面上形成阳极氧化膜层。阳极氧化膜层包括由氧化铝(例如无孔氧化铝)构成的阻挡层。阻挡层的厚度可高达约25nm。在一些情况下，阻挡层的厚度可为约1nm至约25nm、约5nm至约25nm、约10nm至约20nm或约12nm至约17nm。例如，阻挡层的厚度可以是约1nm、约2nm、约3nm、约4nm、约5nm、约6nm、约7nm、约8nm、约9nm、约10nm、约11nm、约12nm、约13nm、约14nm、约15nm、约16nm、约17nm、约18nm、约19nm、约20nm、约21nm、约22nm、约23nm、约24nm或约25nm，或其间的任何厚度。

在一些情况下，阳极氧化膜层可包括细丝层。细丝层由氧化铝(例如多孔氧化铝)构成并且可包括一系列柱状多孔结构。细丝层的特征(例如柱状多孔结构的特征)可以通过阳极氧化参数和条件(例如电解质溶液的组成)来控制。细丝层的厚度可高达约75nm。在一些情况下，细丝层的厚度可为约5nm至约800nm、约10nm至约750nm、约25nm至约700nm或约45nm至约650nm。例如，细丝层的厚度可为约5nm、约25nm、约50nm、约75nm、约150nm、约200nm、约300nm、约350nm、约400nm、约450nm、约550nm、约600nm、约650nm、约700nm、约750nm或约800nm，或其间的任何厚度。

在一些情况下，阳极氧化膜层可包括上述任何厚度的阻挡层和上述任何厚度的细丝层。在一些情况下，阳极氧化膜层包括约10nm、约15nm、约20nm或约25nm的阻挡层和约650nm、约700nm、约750nm或约800nm的细丝层。例如，阳极氧化膜层可包括约10nm的阻挡层和约650nm的细丝层、约15nm的阻挡层和约700nm的细丝层、约20nm的阻挡层和约750nm的细丝层、或约25nm的阻挡层和约800nm的细丝层。

阳极氧化膜层，包括阻挡层或阻挡层和细丝层的厚度可在约1nm至约1000nm范围内。在一些情况下，阳极氧化膜层的厚度为小于约1000nm，例如小于约900nm、小于约800nm、小于约700nm、小于约600nm、小于约500nm、小于小于约400nm、小于约300nm、小于约200nm或小于约100nm。例如，阳极氧化膜层的厚度可为约5nm至约1000nm、约10nm至约900nm、约20nm至约800nm或约30nm至约700nm。在一些实例中，阳极氧化膜层的厚度可为约1nm、5nm、约10nm、约15nm、约20nm、约25nm、约30nm、约35nm、约40nm、约45nm、约50nm、约55nm、约60nm、约65nm、约70nm、约75nm、约80nm、约85nm、约90nm、约95nm、约100nm、约150nm、约250nm、约300nm、约400nm、约500nm、约600nm、约700nm、约750nm、约800nm、约825nm、约850nm、约900nm、约950nm或约1000nm，或其间的任何厚度。

制造阳极氧化基材的方法

本公开提供了制造阳极氧化基材的方法。如本文所述，对金属基材进行阳极氧化的方法包括任选的准备步骤、阳极氧化步骤和任选的干燥步骤。如上所述，本文所述的方法不包括蚀刻金属基材的单独步骤(例如酸蚀刻和/或电解蚀刻)。此外，所述方法可以使用一种化学浴进行，从而消除了对常规阳极氧化方法中所需的多种化学浴的需要。因此，这些新的阳极氧化方法允许缩短操作时间，改善环境健康和安全，并降低成本。

如本文所述的金属基材可在阳极氧化之前经受加工技术以提供呈适合阳极氧化的形式的金属基材。在一些情况下，例如，可以采用加工技术来提供连续卷材形式的金属基材，包括例如铸造、均化、热轧、温轧、冷轧、固溶热处理、退火、老化(包括自然老化和/或人工老化)、任何合适的加工技术和/或它们的任何组合。因此，阳极氧化可以作为上述加工技术之后的步骤进行，以提供连续卷材或其它金属基材。例如，可以在冷轧机、退火炉、连续退火和固溶热处理(CASH)生产线或任何合适的最终加工设备中加工金属基材之后进行阳极氧化。换句话说，本文所述的阳极氧化可发生在倒数第二个金属加工步骤与金属基材的卷绕之间。因此，金属基材可以加工成金属产品，并且可以在加工后立即进行阳极氧化，而无需卷取金属产品(例如以提供连续卷材)。在一些情况下，本文所述的金属基材可在卷绕后进行阳极氧化。金属基材可以在阳极氧化之前被储存(例如，使金属基材自然老化)或人工老化。在这种情况下，金属基材(例如，储存的金属基材或人工老化的金属基材)可以被展开并馈入本文所述的系统中以进行阳极氧化。

所述方法可用于连续卷绕工艺，例如其中金属基材由一个或多个拼接或连接在一起的连续卷材组成。连续卷绕工艺的线速度是可变的，且可在约1米每分钟(mpm)至约350mpm范围内。例如，线速度可以是约1mpm、约2mpm、约3mpm、约4mpm、约5mpm、约6mpm、约7mpm、约8mpm、约9mpm、约10mpm、约15mpm、约20mpm、约25mpm、约30mpm、约35mpm、约40mpm、约45mpm、约50mpm、约55mpm、约60mpm、约65mpm、约70mpm、约75mpm、约80mpm、约85mpm、约90mpm、约95mpm、约100mpm、约105mpm、约110mpm、约115mpm、约120mpm、约125mpm、约130mpm、约135mpm、约140mpm、约145mpm、约150mpm、约155mpm、约160mpm、约165mpm、约170mpm、约175mpm、约180mpm、约185mpm、约190mpm、约195mpm、约200mpm、约205mpm、约210mpm、约215mpm、约220mpm、约225mpm、约230mpm、约235mpm、约240mpm、约245mpm、约250mpm、约255mpm、约260mpm、约265mpm、约270mpm、约275mpm、约280mpm、约285mpm、约290mpm、约295mpm、约300mpm、约305mpm、约310mpm、约315mpm、约320mpm、约325mpm、约330mpm、约335mpm、约340mpm、约345mpm或约350mpm，或其间的任何值。

制备

在阳极氧化之前，金属基材可以经历准备步骤。准备步骤可以准备用于阳极氧化的金属基材。例如，任选的准备步骤可包括清洁金属基材的一个或多个表面。任选的清洁步骤从金属基材表面去除残余油或松散粘附的氧化物。

任选地，可以使用溶剂(例如水性或有机溶剂)作为清洁剂来进行清洁。合适的清洁剂可包括例如水(例如蒸馏水、软化水或去离子水)、酸(例如硫酸、氢氟酸、硝酸、磷酸、硼酸或柠檬酸)、苛性碱(例如氢氧化钠、氢氧化钾、氧化钙、碳酸钙、氢氧化钙、氢氧化锂、氢氧化镁、氢氧化铵)、己烷、乙醇、丙酮或其任何组合。清洁剂还可包括添加到溶剂中的一种或多种添加剂。在一些非限制性实例中，可将清洁剂喷洒到连续卷材的一个或多个表面上。在一些方面，可通过在合适的压力，例如约2巴至约4巴的压力下将水和/或清洁溶液喷洒到金属基材的一个或多个表面上来进行清洁步骤。例如，可在以下压力下喷洒金属基材的表面：约2巴、2.1巴、2.2巴、2.3巴、2.4巴、2.5巴、2.6巴、2.7巴、2.8巴、2.9巴、3巴、3.1巴、3.2巴、3.3巴、3.4巴、3.5巴、3.6巴、3.7巴、3.8巴、3.9巴、4巴或其间的任何压力。另外，清洁剂可在施加到金属基材的一个或多个表面之前被加热。在一些非限制性实例中，清洁剂可被加热到约85℃至约100℃的温度。例如，清洁剂可被加热到以下温度：约85℃、86℃、87℃、88℃、89℃、90℃、91℃、92℃、93℃、94℃、95℃、96℃、97℃、98℃、99℃、100℃或其间的任何温度。

如上所述，清洁步骤是任选的。在一些情况下，金属基材在阳极氧化之前不经受清洁步骤。在一些情况下，如果残余油在金属基材的一个或多个表面上可见，则仅对金属基材进行清洁步骤。

任选的准备步骤优选地不包括制备型蚀刻步骤。在对金属基材进行阳极氧化的常规方法中，在阳极氧化之前例如通过碱性溶液和/或电解质溶液蚀刻金属基材以进一步清洁表面和/或使金属基材的一个或多个表面准备用于阳极氧化。本文所述的方法有效地在金属基材的表面上形成阳极氧化膜层，而不需要制备型蚀刻步骤。因为本文所述的方法不需要制备型蚀刻步骤，所以本文所述的方法比常规阳极氧化方法需要更少的化学浴。在大多数情况下，阳极氧化方法需要单一化学浴。这通过减少进行所述方法的时间和费用来提高加工的整体效率。此外，通过减少对苛刻的碱性和/或酸性浴的需求，本文所述的方法提供了改善的环境健康和安全性。

阳极氧化

在本文所述的方法中，金属基材经受阳极氧化步骤，由此例如在金属基材的一个或多个表面上形成阳极氧化膜层，以形成一个或多个薄阳极氧化膜表面。在一些情况下，薄阳极氧化膜表面是最终产品。在某些实例中，薄阳极氧化膜表面是用于后续涂层的基材(例如，一种或多种预处理，包括增粘剂、腐蚀抑制剂、偶联剂、任何合适的预处理溶液或其任何组合)。阳极氧化是通过使金属基材的表面与电解质溶液接触、使金属基材穿过一个或多个电解槽的活性区、并使电流流过电解质溶液从而形成电路来完成的。

电解质溶液由电解质的水溶液，例如溶解和/或稀释于水中的电解质构成。合适的电解质包括例如无机酸，例如磷酸、硝酸、硫酸、膦酸以及这些的组合。其它示例性电解质包括以下的水溶液：硝酸钠、氯化钠、硝酸钾、氯化镁、乙酸钠、硫酸铜、氯化钾、硝酸镁、硝酸钾、氯化钙、氯化锂、碳酸钠、碳酸钾、碳酸钙、碳酸氢钠、乙酸铵、硝酸银、氯化铁、五硼酸铵、硼酸、柠檬酸、己二酸铵、磷酸二氢铵或其任何组合等。

电解质溶液包括0.01M至1M的量的电解质。在一些非限制性实例中，电解质溶液包括约0.01M至约1M，例如0.01M至0.8M、0.01M至0.6M、0.01M至0.5M、0.01M至0.4M、0.01M至0.2M、0.02M至1M、0.02M至0.8M、0.02M至0.5M、0.02M至0.6M、0.02M至0.4M、0.02M至0.2M、0.4M至1M、0.4M至0.8M、0.04M至0.6M、0.04M至0.5M、0.04M至0.4M、0.04M至0.2M、0.05M至1M、0.05M至0.8M、0.05M至0.5M、0.05M至0.6M、0.05M至0.4M、0.05M至0.2M、0.06M至1M、0.06M至0.8M、0.06M至0.6M、0.06M至0.5M、0.06M至0.4M、0.06M至0.2M、0.08M至1M、0.08M至0.8M、0.08M至0.6M、0.08M至0.5M、0.08M至0.4M或0.08M至0.2M的量的电解质。就下限而言，电解质溶液可包括大于0.01M，例如大于0.02M、大于0.04M、大于0.05M、大于0.06M或大于0.08M的量的电解质。就上限而言，电解质溶液可包括小于1M，例如小于0.8M、小于0.6M、小于0.5M、小于0.4M或小于0.2M的量的电解质。例如，电解质溶液可包括约0.08M电解质、约0.09M电解质、约0.1M电解质、约0.12M电解质、约0.15M电解质或约0.18M电解质。

上述电解质溶液中的电解质浓度范围中的每一个都适用于上述任何合适的电解质。例如，电解质溶液可包含无机酸，例如磷酸、硝酸、硫酸、膦酸或其组合，其浓度为关于电解质溶液中的电解质在上文公开的任何浓度。

本文所述的方法的电解质溶液包括比常规阳极氧化方法的电解质溶液更低浓度的电解质。在常规阳极氧化方法中，典型地使用具有至少约2M的电解质浓度的电解质溶液。本文所述的方法有效地在金属基材的表面上形成阳极氧化膜层，而不需要高浓度的电解质溶液。这通过减少进行所述方法的费用来进一步提高加工的整体效率。此外，由于常规阳极氧化方法典型地使用高浓度的酸溶液，因此本文所述的方法提供了改善的环境健康和安全性。

使金属基材穿过一个或多个电解槽的活性区并使电流流过电解质溶液的方法没有特别限制。在一些情况下，例如由不锈钢构成的金属阴极可用于与金属基材形成电路。在一些情况下，金属阴极可以是接触辊(例如接触辊电极)。一个或多个电解槽还可包括一个或多个对电极。例如，电解槽可包括平行于金属基材的第一表面安置的第一对电极和平行于金属基材的第二表面安置的第二对电极。

可对金属阴极和/或一个或多个对电极施加电力，从而形成交流(AC)电路或直流(DC)电路。电解质溶液中的电流释放氧离子，所述氧离子可迁移到金属基材的表面并在表面上形成金属氧化物。例如，金属基材可由铝合金构成，且由于AC或DC的流动而释放的氧离子可与金属基材表面上的铝结合形成氧化铝(Al₂O₃)。对对电极施加电力可确保阳极氧化发生在电解质与金属基材表面之间的界面处。

在一些情况下，施加电力以形成AC电路。施加到金属阴极和/或一个或多个对电极的AC电的范围可以是约±10伏AC(VAC)至约±35伏VAC，例如约±15伏AC(VAC)至约±35伏VAC、约±18VAC至约±34VAC、约±20VAC至约±32VAC、或约±22VAC至约±30VAC。就下限而言，所施加的AC电可大于±15VAC，例如大于±18VAC、大于±20VAC、或大于±22VAC。就上限而言，所施加的AC电可小于±35VAC，例如小于±34VAC、小于±32VAC、或小于±30VAC。例如，所施加的AC电可以是约±22VAC、约±24VAC、约±26VAC、或约±28VAC。

可通过施加AC达设定时间，例如通过将金属基材暴露于AC达设定时间来对金属基材进行阳极氧化。在一些情况下，施加AC至少5秒，例如至少6秒、至少7秒、至少8秒、或至少9秒。就上限而言，AC可施加少于5分钟，例如少于2分钟、少于1分钟、少于30秒、或少于20秒。就范围而言，AC可施加5秒至5分钟，例如6秒至2分钟、7秒至1分钟、8秒至30秒、或9秒至20秒。例如，金属基材可暴露于通电的电解质溶液约7秒、约8秒、约9秒、约10秒、约11秒、约12秒、约13秒、约14秒、约15秒、约16秒、或约17秒。

所形成的AC电路可以是任何波形，例如正弦波形、矩形波形、锯齿波形、三角波形或方波形。

在一些情况下，施加电力以形成直流电路。施加到金属阴极和/或一个或多个对电极的DC电的范围可以是约±10伏DC(VDC)至约±35伏VDC，例如约±15伏DC(VDC)至约±35伏VDC、约±18VDC至约±34VDC、约±20VDC至约±32VDC、或约±22VDC至约±30VDC。就下限而言，所施加的DC电可大于±15VDC，例如大于±18VDC、大于±20VDC、或大于±22VDC。就上限而言，所施加的DC电可小于±35VDC，例如小于±34VDC、小于±32VDC、或小于±30VDC。例如，所施加的DC电可以是约±22VDC、约±24VDC、约±26VDC、或约±28VDC。

可通过施加DC达设定时间，例如通过将金属基材暴露于DC达设定时间来对金属基材进行阳极氧化。在一些情况下，施加DC持续至少5秒，例如至少7秒、至少10秒、至少12秒、或至少15秒。就上限而言，可施加DC持续少于10分钟，例如少于5分钟、少于2分钟、少于1分钟、或少于30秒。就范围而言，可施加DC持续5秒至10分钟，例如7秒至5分钟、10秒至2分钟、12秒至1分钟、或15秒至30秒。例如，金属基材可暴露于通电的电解质溶液约10秒、约12秒、约14秒、约16秒、约18秒、约20秒、约22秒、约24秒、约26秒、约28秒、或约30秒。

在一些情况下，金属基材的表面通过单独施加AC或通过单独施加DC而被阳极氧化。在一些情况下，金属基材的表面通过例如依次施加AC电和DC电而被阳极氧化。换句话说，对金属基材的表面进行阳极氧化可包括施加AC且随后施加DC和/或施加DC且随后施加AC。例如，阳极氧化可包括在施加DC持续至少5秒之前和/或之后施加AC持续至少5秒，例如，在施加DC持续约5秒之前和/或之后施加AC持续约5秒、在施加DC持续约10秒之前和/或之后施加AC持续约5秒、在施加DC持续约15秒之前和/或之后施加AC持续约5秒、在施加DC持续约20秒之前和/或之后施加AC持续约5秒、在施加DC持续约5秒之前和/或之后施加AC持续约8秒、在施加DC持续约10秒之前和/或之后施加AC持续约8秒、在施加DC持续约15秒之前和/或之后施加AC持续约8秒、在施加DC持续约20秒之前和/或之后施加AC持续约8秒、在施加DC持续约5秒之前和/或之后施加AC持续约10秒、在施加DC持续约10秒之前和/或之后施加AC持续约10秒、在施加DC持续约15秒之前和/或之后施加AC持续约10秒、在施加DC持续约20秒之前和/或之后施加AC持续约10秒、在施加DC持续约5秒之前和/或之后施加AC持续约12秒、在施加DC持续约10秒之前和/或之后施加AC持续约12秒、在施加DC持续约15秒之前和/或之后施加AC持续约12秒、或在施加DC持续约20秒之前和/或之后施加AC持续约12秒。

在一些情况下，在阳极氧化步骤期间，金属基材，例如连续卷材或金属基材的一部分(例如金属基材的表面)可浸入电解质溶液浴中。任选地，电解质溶液可被循环使用以确保新鲜溶液持续暴露于铝合金连续卷材表面。

电解质溶液浴的温度可为约60℃至约100℃，例如约65℃至约98℃、约70℃至约95℃、约75℃至约92℃、约70℃至约90℃、或约75℃至约90℃。就下限而言，电解质溶液浴的温度可高于60℃，例如高于65℃、高于70℃、或高于75℃。就上限而言，电解质溶液浴的温度可低于100℃，例如低于98℃、低于95℃、低于92℃、或低于90℃。例如，电解质浴的温度可以是约60℃、约61℃、约62℃、约63℃、约64℃、约65℃、约66℃、约67℃、约68℃、约69℃、约70℃、约71℃、约72℃、约73℃、约74℃、约75℃、约76℃、约77℃、约78℃、约79℃、约80℃、约81℃、约82℃、约83℃、约84℃、约85℃、约86℃、约87℃、约88℃、约89℃、约90℃、约91℃、约92℃、约93℃、约94℃、约95℃、约96℃、约97℃、约98℃、约99℃、或约100℃。

可根据本领域技术人员已知的技术测量电解质溶液中组分的浓度，例如通过游离酸和总酸的滴定程序或通过电感耦合等离子体(ICP)。例如，铝含量可通过ICP测量并控制在一定范围内。在一些实例中，铝含量被控制为小于约10.0g/L。例如，铝含量可为小于约9.5g/L、小于约9.0g/L、小于约8.5g/L、小于约8.0g/L、小于约7.5g/L、小于约7.0g/L、小于约6.5g/L、小于约6.0g/L、小于约5.5g/L、小于约5.0g/L、小于约4.5g/L、小于约4.0g/L、小于约3.5g/L、小于约3.0g/L、小于约2.5g/L、小于约2.0g/L、小于约1.5g/L、小于约1.0g/L、小于约0.5g/L、小于约0.4g/L、小于约0.3g/L、小于约0.2g/L、或小于约0.1g/L。

在一些情况下，在阳极氧化步骤期间，可将电解质溶液喷洒到金属基材的表面上。在一些方面，电解质溶液可在约2巴至约4巴的压力下喷洒到金属基材的表面上。例如，电解质溶液可在以下压力下喷洒到表面上：约2巴、2.1巴、2.2巴、2.3巴、2.4巴、2.5巴、2.6巴、2.7巴、2.8巴、2.9巴、3巴、3.1巴、3.2巴、3.3巴、3.4巴、3.5巴、3.6巴、3.7巴、3.8巴、3.9巴、4巴或其间的任何压力。另外，电解质溶液可在施加到金属基材的表面上之前被加热。在一些非限制性实例中，电解质溶液可被加热至约60℃至约100℃，例如约65℃至约98℃、约70℃至约95℃、约75℃至约92℃、约70℃至约90℃、或约75℃至约90℃的温度。就下限而言，电解质溶液可被加热至高于60℃，例如高于65℃、高于70℃、或高于75℃的温度。就上限而言，电解质溶液可被加热至低于约100℃，例如低于约98℃、低于约95℃、低于约92℃、或低于约90℃的温度。例如，电解质溶液可被加热至60℃、61℃、62℃、63℃、64℃、65℃、66℃、67℃、68℃、69℃、70℃、71℃、72℃、73℃、74℃、75℃、76℃、77℃、78℃、79℃、80℃、81℃、82℃、83℃、84℃、85℃、86℃、87℃、88℃、89℃、90℃、91℃、92℃、93℃、94℃、95℃、96℃、97℃、98℃、99℃、或100℃的温度。

本文所述的方法的电解质溶液，无论是电解质溶液浴还是喷雾，都被加热至比常规阳极氧化方法的电解质溶液更高的温度。在常规阳极氧化方法中，电解质溶液典型地被加热至低于60℃，例如约55℃。本文所述的方法包括更高温度的电解质以更有效地在金属基材的表面上形成阳极氧化膜层。这通过减少进行所述方法的费用来进一步提高加工的整体效率。

后处理

在阳极氧化之后，金属基材可经历一个或多个后处理步骤。后处理步骤可准备阳极氧化基材用于进一步加工。

任选地，在阳极氧化步骤之后，可用溶剂冲洗金属基材的表面。冲洗步骤可去除在阳极氧化步骤之后剩余的任何残余电解质。合适的溶剂包括例如水性溶剂(例如去离子水)、有机溶剂、无机溶剂、pH特定溶剂(例如不与电解质反应的溶剂)、任何合适的溶剂或其任何组合。可使用喷雾或通过浸泡进行冲洗。溶剂可被循环使用，以去除铝合金连续卷材表面的残余电解质，并防止其重新沉积在表面上。冲洗溶剂的温度可以是任何合适的温度。

任选地，在阳极氧化步骤和/或冲洗步骤之后，金属表面的表面可以被干燥。干燥步骤从卷材表面去除任何电解质溶液和/或冲洗溶剂(例如去离子水)。另外，干燥步骤可提高薄阳极氧化膜的耐腐蚀性和/或粘附性能。

可使用例如压缩空气、空气干燥器、红外线干燥器或任何其它合适的干燥器来进行干燥步骤。对于例如用压缩空气对金属基材表面的空气干燥，空气可被加热至450℃至550℃，例如460℃至530℃、465℃至515℃、470℃至500℃、或475℃至495℃的温度。就下限而言，例如压缩空气的空气可被加热至高于450℃，例如高于460℃、高于465℃、高于470℃、或高于475℃的温度。就上限而言，例如压缩空气的空气可被加热至低于550℃，例如低于530℃、低于515℃、低于500℃、或低于495℃的温度。例如，金属基材的表面可用空气干燥，所述空气被加热至约470℃、约471℃、约472℃、约473℃、约474℃、约475℃、约476℃、约477℃、约478℃、约479℃、约480℃、约481℃、约482℃、约483℃、约484℃、约485℃、约486℃、约487℃、约488℃、约489℃、约490℃、约491℃、约492℃、约493℃、约494℃、或约495℃的温度。

干燥步骤可进行至多5分钟的时间。例如，干燥步骤可进行5秒或更长时间、10秒或更长时间、15秒或更长时间、20秒或更长时间、25秒或更长时间、30秒或更长时间、35秒或更长时间、40秒或更长时间、45秒或更长时间、50秒或更长时间、55秒或更长时间、60秒或更长时间、65秒或更长时间、90秒或更长时间、两分钟或更长时间、三分钟或更长时间、四分钟或更长时间、或五分钟。

在阳极氧化之后，可对阳极氧化的基材进行热处理并加工到所需的状态或回火。例如，可对阳极氧化基材进行加工以实现T1回火、T2回火、T3回火、T4回火、T5回火、T6回火、T7回火、T8x回火或T9回火。

系统

本公开还提供了制造阳极氧化基材的系统。在一些非限制性实例中，所述系统被配置为在金属基材的至少一个表面，例如金属基材的第一表面上形成阳极氧化膜层。第一表面可以是金属基材的顶表面、底表面或侧表面，例如在水平加工线中制备的连续卷材。在一些情况下，第一表面可以是在垂直加工线中制备的金属基材的前表面、后表面或侧表面。在一些方面，本文描述的系统被配置为在金属基材的第一侧和基材的第二侧上形成阳极氧化膜层。例如，阳极氧化膜层可以形成于金属基材的顶表面和底表面上(例如在水平加工线中)，和/或金属基材的前表面和后表面上(例如在垂直加工线中)。在另外的实例中，阳极氧化膜层可以形成于整个金属基材(例如连续卷材的任何暴露表面)上。

如本文所述，制造阳极氧化基材的系统可以是更大加工系统的组件。例如，所述系统可以位于冷轧机、退火炉、连续退火和固溶热处理(CASH)线或任何合适的最终加工设备的下游。换句话说，本文所述的用于阳极氧化金属基材的系统可以位于倒数第二个金属加工设备与金属卷取机之间。因此，金属基材可以加工成金属产品，并且可以在加工后立即进行阳极氧化，而无需卷取金属产品(例如以提供连续卷材)。因此，当上述系统在金属加工线中投入使用时，系统的参数可以取决于金属加工线的线速度，例如由包括均质化、固溶热处理和/或退火(即与时间相关的热过程)的过程选择和/或规定的线速度。因此，可以根据金属加工线的预定/选择的线速度来调整包括施加功率、电解质浓度、电解质温度和/或停留时间等在内的系统参数。

电解槽

本文所述的系统包括电解槽(例如双极电解槽)。在一些情况下，在加工线中使用单个电解槽原位形成阳极氧化膜层。在一些情况下，可在一条加工线中使用多个电解槽。在加工线(例如连续卷材加工线)中使用多个电解槽提供了可定制的阳极氧化系统。在一些实例中，电解槽可用于电解清洁金属基材。在一些情况下，多个电解槽可用于清洁连续卷材并在连续卷材上形成薄阳极氧化膜。

电解槽包括金属阴极。金属阴极是用于阳极氧化金属基材的电流从中流出的电极。金属阴极的组成没有特别限制，且可使用常规阴极材料。示例性阴极材料包括钢、不锈钢、石墨、钛、铅和铝合金。在一些情况下，金属阴极可以是接触辊电极。

电解槽还可包括对电极。对电极(也称为辅助电极)是支持金属阴极功能，例如增加阳极氧化速率的电极。当系统通电时，一个或多个对电极可与金属阴极形成电路。取决于所需的阳极氧化，一个或多个对电极可安装在金属基材表面上方、金属基材表面下方、或金属基材表面上方和下方。对电极的组成没有特别限制，且可使用常规的辅助电极材料。示例性对电极包括钢、不锈钢、石墨、钛、银和铂。

电解质溶液源

本文所述的系统还包括电解质溶液源。电解质溶液源提供在阳极氧化过程中形成的电流从中流过电解质溶液。如上所述，电解质溶液由电解质的水溶液，例如溶解和/或稀释于水中的电解质构成。合适的电解质包括例如无机酸，例如磷酸、硝酸、硫酸、膦酸以及这些的组合。其它示例性电解质包括以下的水溶液：硝酸钠、氯化钠、硝酸钾、氯化镁、乙酸钠、硫酸铜、氯化钾、硝酸镁、硝酸钾、氯化钙、氯化锂、碳酸钠、碳酸钾、碳酸钙、碳酸氢钠、乙酸铵、硝酸银、氯化铁、五硼酸铵、硼酸、柠檬酸、己二酸铵、磷酸二氢铵或其任何组合等。电解质溶液源优选地由不受负面影响，例如被示例性电解质溶液腐蚀的材料构成。

在一些情况下，电解质溶液源包括槽，例如以形成电解质溶液浴。在阳极氧化期间，金属基材可以浸入电解质溶液浴中。所述槽还可以包括搅拌器，用于在电解质溶液浴中产生运动并用于消散阳极氧化过程中产生的热量。搅拌器可以是本领域技术人员已知的常规搅拌器。例如，搅拌器可以是冷凝空气的入口(例如PVC管)。在一些情况下，电解质溶液源包括一个或多个喷嘴，例如用于将电解质溶液喷射到金属基材的表面上。

支撑件

本文所述的系统还包括一个或多个支撑件。支撑件将金属基材馈入和/或悬浮于电解槽中。在一些情况下，支撑件将金属基材浸入电解质溶液浴中。支撑件的组成没有特别限制，且可使用常规阴极材料。示例性阴极材料包括钢、不锈钢、石墨、钛和铝合金。

在一些情况下，支撑件包括一个或多个用于将金属基材传送通过电解槽的辊。例如，支撑件可包括刮辊和/或接触辊系统。在一些情况下，支撑件是将金属基材悬浮于电解质溶液浴中的支架。

电源

本文所述的系统还包括电源。电源能够向电解槽提供AC和/或DC。在电源提供AC的情况下，电源可形成任何波形的AC电路，例如正弦波形、矩形波形、锯齿波形、三角波形或方波形。

示例性配置

在所述系统的一个非限制性实例中，金属基材通过定位在电解槽入口处的刮辊被馈入电解槽。刮辊可去除预备清洁步骤中残留的任何残余溶剂。用于阳极氧化工艺的电解质通过安置在金属基材的第一侧上方和金属基材的第二侧下方的喷嘴供应到金属基材的表面。位于电解槽中点(或其它合适位置)的涂层不锈钢辊稳定金属基材并继续将金属基材馈送通过电解槽。包括由交流(AC)电源供电的第一石墨对电极和第二石墨对电极的电解槽提供电流以穿过电解质并对金属基材的表面进行阳极氧化。位于电解槽出口处的刮辊可以去除残留的电解质并继续将金属基材送出电解槽。

在另一个非限制性实例中，接触辊用作电极以形成电路以对金属基材进行阳极氧化。金属基材被馈入接触辊电极。用于阳极氧化的电解质通过安置在金属基材的第一侧上方和金属基材的第二侧下方的喷嘴供应到金属基材的表面。在第一配置中，接触辊电极和第一对电极被配置成形成电路并且由电流源供电，所述电流源被配置成提供AC以穿过电解质并对金属基材的表面进行阳极氧化。在第二配置中，接触辊电极是阳极并且电流源被配置为提供DC以通过电解质并对金属基材的表面进行阳极氧化。刮辊位于接触辊电极的下游，以从预备清洁步骤中去除任何残留的清洁剂溶剂，并继续将金属基材馈送通过电解槽，且刮辊位于第一对电极的下游，以去除残留的电解质并继续将金属基材馈入任何进一步的下游加工。

在另一非限制性实例中，将金属基材放置在由钛构成的支架内并固定到铝条上。支架将金属基材浸入槽内的电解质溶液浴中。不锈钢阴极用于通过电解质溶液浴提供从脉冲反向电源接收的AC电流和DC电流，以对金属基材的一个或多个表面进行阳极氧化。在电解质溶液浴底部提供压缩空气，以搅动电解质溶液并去除阳极氧化过程中产生的局部热量。

阳极氧化基材的用途

根据本文所述的方法制造的阳极氧化基材可用于生产产品，包括尤其用于汽车、电子设备和运输应用，例如商用车辆、飞机或铁路应用的产品。本文所述的连续卷材和方法为产品提供了各种应用中所需的表面特性。本文所述的产品可具有高强度、高可变形性(伸长率、冲压、成型、成形性、弯曲性或热成形性)和/或高耐腐蚀性。采用薄阳极氧化膜作为连续卷材的表面预处理提供了一种可变形而不损坏预处理的产品。例如，某些基于聚合物的预处理膜可能在用于形成铝合金产品的弯曲操作期间破裂。

在某些方面，阳极氧化基材可以被涂布，例如锌磷化和电涂布(E-涂布)。与不含阳极氧化膜层的连续卷材相比，阳极氧化基材显示出改进的涂层粘附性。

在一些另外的方面，阳极氧化基材显示出层压板或漆膜在连续卷材的表面上的高水平粘附性。另外，层压板和漆可以在高达约230℃的温度下涂覆后固化。在铝合金产品的某些下游加工中使用的高温不会损坏阳极氧化基材，从而为铝合金产品提供耐热预处理。

在一些另外的方面，阳极氧化基材显示出优异的粘结耐久性。

在一些实例中，阳极氧化基材可用于底盘、横梁和底盘内组件(包括但不限于商用车底盘中两个C通道之间的所有组件)以增强强度，从而成为高强度钢的完整或部分替代品。在某些实例中，阳极氧化基材可用于O、F、T4、T6或T8x回火。在某些方面，阳极氧化基材可用于制备机动车车身零件产品，例如汽车车身零件，诸如保险杠、侧梁、车顶梁、横梁、支柱增强件(例如A柱、B柱和C柱)、内部板、侧板、底板、隧道、结构板、加固板、内罩或行李箱盖板。所公开的阳极氧化基材还可用于飞机或铁路车辆的应用中，以制备例如外部和内部面板。

在一些实例中，阳极氧化基材还可用于制备用于包括移动电话和平板电脑的电子设备的外壳。例如，阳极氧化基材可用于制备移动电话(例如智能电话)和平板底架的外罩的外壳。示例性消费电子产品包括移动电话、音频设备、视频设备、相机、笔记本电脑、台式电脑、平板电脑、电视机、显示器、家用电器、视频播放和录制设备等。示例性消费电子产品零件包括用于消费电子产品的外壳(例如正面)和内部部件。

在某些方面，阳极氧化基材还可用于制备电子装置基材。例如，电子装置基材可包括用于制备逐层(例如夹层式)电子装置的导电层(例如铝合金基材，例如连续卷材)和介电层(例如阳极氧化膜层)。在一些实例中，阳极氧化膜层被配置为向铝合金基材提供半导体特性。半导体特性可包括材料的可调节和/或可定制导电性。在某些情况下，可以通过在其上形成阳极氧化膜层来降低金属基材，例如由铝合金构成的金属基材的导电性。在一些实例中，阳极氧化膜层可以使金属基材不导电(例如绝缘体)。例如，虽然铝合金本身是导电的，但沉积在铝合金基材上的阳极氧化膜层，包括Al₂O₃是非导电和/或高介电(即，高k)膜。阳极氧化膜层可以沉积在铝合金基材的至少一个表面的至少一部分上。在一些情况下，金属基材的整个表面可包括阳极氧化膜层。例如，可以在铝合金基材的表面上合理地图案化阳极氧化膜层以定义电子装置区域。在一些实例中，阳极氧化膜层可以具有适合于提供电子装置基材的任何形状，或者金属基材可以被切割成任何合适的形状以提供电子装置基材。

在某些方面，阳极氧化膜层在金属基材的整个表面具有均匀的厚度。薄膜(例如阳极氧化膜层)的介电特性可以取决于薄膜的参数。例如，介电特性可以与装置和/或装置基材的表面积成正比，且与薄膜厚度成反比。因此，提供稳定且均匀的电子装置基材需要提供均匀的阳极氧化膜层。另外，阳极氧化膜层符合表面形态(例如表面粗糙度)，进一步在电子装置和/或电子装置基材的整个区域提供均匀的厚度。阳极氧化膜层的介电特性与厚度成反比。因此，当施加电场和/或电流时，薄阳极氧化膜的较薄部分会经历介电击穿和/或膜损坏。

在一些实例中，阳极氧化膜层在整个铝合金区域具有均匀的介电常数(k)。在某些方面，阳极氧化膜层具有至少约±10伏(V)(例如至少约±11V、至少约±12V、至少约±13V、至少约±14V、至少约±15V、至少约±16V或至少约±17V)的击穿电压。击穿电压是当施加到具有本文所述的薄阳极氧化膜的电子装置时，阳极氧化膜层的介电特性被施加的电压克服并且电流可以流过介电层(例如阳极氧化膜层)的电压。例如，电容器包括两个导电电极，其具有安置在电极之间的介电层。当向电容器施加电压时，电子会在一个电极上积聚，直到电场强度足以驱动电子穿过介电层，从而使电容器放电。因此，当电容器放电时，介电层中会发生介电击穿。

在另外的实例中，阳极氧化膜层被配置为使电子装置中的漏电流最小化。例如，阳极氧化膜层可具有至多约±100纳安(nA)(例如至多90nA、至多80nA、至多70nA、至多60nA、至多50nA、至多40nA、至多30nA、至多20nA、至多10nA、至多1nA、至多90皮安(pA)、至多50pA、或至多1pA)的漏电流。漏电流是在小于击穿电压的施加电压下可以跨介电层(例如薄阳极氧化膜)传播的电流量。在一些情况下，装置缺陷和/或其它装置不规则性可能允许电流通过介电层泄漏，表示为漏电流。本文所述的阳极氧化膜层允许可忽略量的电流通过介电层泄漏。

在一些情况下，阳极氧化膜层在至多100兆赫(MHz)(例如至多90MHz、至多80MHz、至多70MHz或至多60MHz)的施加频率下是稳定的。因此，当使用本文所述的电子装置基材的装置投入使用时(例如当用作电路中的电容器时)，施加到薄阳极氧化膜的高频电不会损坏阳极氧化膜层。

在一些非限制性实例中，电子装置基材包括用于能量储存装置的基材、用于能量收集装置的基材、用于能量消耗装置的基材或用于电路部件的基材。例如，能量储存装置可以是电容器、超级电容器、电池和/或可充电电池。在一些情况下，能量收集装置可以是光伏装置。此外，能量消耗装置可以是发光二极管、有机发光二极管、存储器模块、电音频装置和/或电致变色装置。在另外的实例中，电路部件可以是二极管、整流二极管、电阻器、晶体管、忆阻器、任何合适的电路部件或其任何组合。

说明

说明1是一种制造阳极氧化基材的方法，所述方法包括：提供金属基材；以及在60℃至100℃的温度下在电解质溶液中对金属基材的表面进行阳极氧化以形成阳极氧化膜层，其中电解质溶液包含0.01M至1M电解质。

说明2是任何前述或后续说明的方法，其中电解质是选自由以下组成的组的无机酸：磷酸、硝酸、硫酸、膦酸和其组合。

说明3是任何前述或后续说明的方法，其中电解质溶液包含0.05M至0.5M电解质，并且其中电解质是磷酸。

说明4是任何前述或后续说明的方法，其中阳极氧化包括向电解质溶液施加电压为±10VDC至±35VDC的直流电(DC)和/或施加电压为±10VAC至±35VAC的交流电(AC)持续至少5秒。

说明5是任何前述或后续说明的方法，其中阳极氧化包括在施加DC持续至少15秒之前和/或之后施加AC持续至少5秒。

说明6是任何前述或后续说明的方法，所述方法进一步包括：清洁金属基材的表面；和/或干燥金属基材的表面。

说明7是任何前述或后续说明的方法，其中清洁金属基材的表面包括用溶剂冲洗金属基材的表面。

说明8是任何前述或后续说明的方法，其中金属基材在阳极氧化之前未被蚀刻。

说明9是任何前述或后续说明的方法，其中金属基材包括铝合金。

说明10是一种制造阳极氧化基材的方法，所述方法包括：提供金属基材；通过向电解质溶液施加电压为±10VDC至±35VDC的直流电(DC)和施加电压为±10VAC至±35VAC的交流电(AC)持续至少5秒而在电解质溶液中对金属基材的表面进行阳极氧化，其中电解质溶液包含0.01M至1M电解质；以及任选地，干燥金属基材的表面。

说明11是任何前述或后续说明的方法，其中电解质是选自由以下组成的组的无机酸：磷酸、硝酸、硫酸、膦酸和其组合。

说明12是任何前述或后续说明的方法，其中电解质溶液包含0.05M至0.5M电解质，并且其中电解质是磷酸。

说明13是任何前述或后续说明的方法，其中阳极氧化包括在施加DC持续至少15秒之前和/或之后施加AC持续至少5秒。

说明14是任何前述或后续说明的方法，其中将电解质溶液加热至60℃至100℃的温度。

说明15是任何前述或后续说明的方法，所述方法进一步包括：清洁金属基材的表面；和/或干燥金属基材的表面。

说明16是任何前述或后续说明的方法，其中清洁金属基材的表面包括用溶剂冲洗金属基材的表面。

说明17是任何前述或后续说明的方法，其中金属基材在阳极氧化之前未被蚀刻。

说明18是任何前述或后续说明的方法，其中金属基材包括铝合金。

说明19是一种用于对金属基材进行阳极氧化的系统，所述系统包括：具有金属阴极的电解槽；用于提供包含0.01M至1M电解质的电解质溶液的电解质溶液源；用于将金属基材悬浮于电解质溶液中的支撑件；以及用于向电解槽提供直流电(DC)和交流电(AC)并通过电解质溶液的电源。

说明20是任何前述或后续说明的系统，其中电解质溶液包含0.05M至0.5M电解质，并且其中电解质是磷酸。

说明21是任何前述或后续说明的系统，其中电解质溶液源包括具有搅拌器的槽。

说明22是任何前述或后续说明的系统，其中电解槽进一步包括一个或多个复合电极。

实施例

以下实施例将用于进一步说明本发明，但不构成对本发明的任何限制。相反，应当清楚地理解，在阅读本文的说明书之后本领域普通技术人员可以想到作出各种其它实施方案、修改以及其等效方案而不背离本发明的精神。

实施例1：粘结耐久性测试

如上所述，本文所述的阳极氧化金属基材的方法产生了表现出优异粘结耐久性的阳极氧化基材。此实施例用于说明相对于根据常规方法阳极氧化的金属基材，根据本文所述的方法阳极氧化的金属基材的粘结耐久性的改进。

根据本文所述的方法制备几个阳极氧化的7xxx系列铝合金样品，以测试阳极氧化金属基材的特性。每个测试的样品如表1中所示。在一些样品中，对F回火的7xxx系列铝合金进行阳极氧化，且随后热处理至T6回火(485℃持续5分钟，然后125℃持续24小时)。在其它样品中，T6回火的7xxx系列铝合金在不进行后续热处理的情况下进行阳极氧化。在其它样品中，对T6回火的7xxx系列铝合金进行阳极氧化，且随后进行与T6回火相当的热处理(485℃持续5分钟，然后125℃持续24小时)。

如表1中所示，还根据常规阳极氧化方法制备了两个比较样品。具体来说，第一比较样品通过常规的两步磷酸阳极氧化方法制备，且第二比较样品通过常规的硫酸阳极氧化方法制备。

表1

对示例性阳极氧化基材的三个样品进行粘结耐久性测试。在此测试中，每个样品的一组6个搭接接头/粘结物通过螺栓顺序连接，并垂直放置在90％相对湿度(RH)的湿度柜中。温度保持在50℃下。将2.4kN的力载荷施加到粘结顺序上。粘结耐久性测试是一种最多进行60个循环的循环暴露测试。每个循环持续24小时。在每个循环中，粘结剂在湿度柜中暴露22小时，然后在5％NaCl中浸泡15分钟，且最后风干105分钟。在三个接头断裂时，停止对特定接头组的测试并指示为第一次失效。对于本公开，完成45个循环而没有第一次失效表明所述接头组通过了粘结耐久性测试。

粘结耐久性测试结果如下表2中所示。在表2中，每个接头编号为1至6，其中接头1为顶部接头，且接头6为垂直方向时的底部接头。单元格中的数字(“45”和“60”除外)表示断裂前成功循环的次数。单元格中的数字“45”表示接头在45个循环中保持完好。单元格中的数字“60”表示接头在60个循环中保持完好。所述结果汇总于下表2中：

表2

根据本公开进行阳极氧化的示例性阳极氧化基材表现出优异粘结耐久性，经受住60个测试循环而未失效。比较阳极氧化基材表现出相对较差的粘结耐久性。

Claims (22)

1.一种制造阳极氧化基材的方法，所述方法包括：

提供金属基材；以及

在60℃至100℃的温度下在电解质溶液中对所述金属基材的表面进行阳极氧化以形成阳极氧化膜层，其中所述电解质溶液包含0.01M至1M电解质。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述电解质是选自由以下组成的组的无机酸：磷酸、硝酸、硫酸、膦酸和其组合。

3.如权利要求1所述的方法，其中所述电解质溶液包含0.05M至0.5M电解质，并且其中所述电解质是磷酸。

4.如权利要求1所述的方法，其中所述阳极氧化包括向所述电解质溶液施加电压为±10VDC至±35VDC的直流电(DC)和/或施加电压为±10VAC至±35VAC的交流电(AC)持续至少5秒。

5.如权利要求4所述的方法，其中所述阳极氧化包括在施加所述DC持续至少15秒之前和/或之后施加所述AC持续至少5秒。

6.如权利要求1所述的方法，所述方法进一步包括：

清洁所述金属基材的所述表面；和/或

干燥所述金属基材的所述表面。

7.如权利要求6所述的方法，其中清洁所述金属基材的所述表面包括用溶剂冲洗所述金属基材的所述表面。

8.如权利要求1所述的方法，其中所述金属基材在阳极氧化之前未被蚀刻。

9.如权利要求1所述的方法，其中所述金属基材包括铝合金。

10.一种制造阳极氧化基材的方法，所述方法包括：

提供金属基材；

通过向电解质溶液施加电压为±10VDC至±35VDC的直流电(DC)和施加电压为±10VAC至±35VAC的交流电(AC)持续至少5秒而在所述电解质溶液中对所述金属基材的表面进行阳极氧化，其中所述电解质溶液包含0.01M至1M电解质；以及

任选地，干燥所述金属基材的所述表面。

11.如权利要求10所述的方法，其中所述电解质是选自由以下组成的组的无机酸：磷酸、硝酸、硫酸、膦酸和其组合。

12.如权利要求10所述的方法，其中所述电解质溶液包含0.05M至0.5M电解质，并且其中所述电解质是磷酸。

13.如权利要求10所述的方法，其中所述阳极氧化包括在施加所述DC持续至少15秒之前和/或之后施加所述AC持续至少5秒。

14.如权利要求10所述的方法，其中将所述电解质溶液加热至60℃至100℃的温度。

15.如权利要求10所述的方法，所述方法进一步包括：

清洁所述金属基材的所述表面；和/或

干燥所述金属基材的所述表面。

16.如权利要求15所述的方法，其中清洁所述金属基材的所述表面包括用溶剂冲洗所述金属基材的所述表面。

17.如权利要求10所述的方法，其中所述金属基材在阳极氧化之前未被蚀刻。

18.如权利要求10所述的方法，其中所述金属基材包括铝合金。

19.一种用于对金属基材进行阳极氧化的系统，所述系统包括：

具有金属阴极的电解槽；

用于提供包含0.01M至1M电解质的电解质溶液的电解质溶液源；

用于将所述金属基材悬浮于所述电解质溶液中的支撑件；以及

用于向所述电解槽提供直流电(DC)和交流电(AC)并通过所述电解质溶液的电源。

20.如权利要求19所述的系统，其中所述电解质溶液包含0.05M至0.5M电解质，并且其中所述电解质是磷酸。

21.如权利要求19所述的系统，其中所述电解质溶液源包括具有搅拌器的槽。

22.如权利要求19所述的系统，其中所述电解槽进一步包括一个或多个复合电极。