使用低温无镍工艺封闭阳极氧化铝制造技术

本发明专利技术的两步法在低温下操作，没有任何有毒的重金属，以在阳极氧化铝基材，特别是那些包含硅的铝基材上提供优异的封闭。该方法的第一步封闭阳极氧化表面，第二步钝化阳极氧化表面。该方法允许实现阳极氧化铝和阳极氧化铝合金的耐腐蚀性，其与传统的镍基封闭剂相当，没有镍的毒性。根据热水封闭工艺的要求，该方法另外不需要任何过高的温度。用于封闭步骤的组合物包含可溶性锂离子，氟离子，以及优选的包含膦、膦酸盐和/或丙烯酸聚合物的络合剂。用于钝化步骤的组合物包含金属离子，以及优选的包含膦、膦酸盐和/或丙烯酸聚合物的络合剂。

Closure of Anodic Alumina by Low Temperature Nickel-Free Process

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用低温无镍工艺封闭阳极氧化铝
本专利技术概括而言涉及一种封闭阳极氧化铝表面以保护表面免受腐蚀的方法。
技术介绍
阳极氧化是一种长期以来用于保护铝部件表面免受腐蚀的工艺。该工艺包括在酸性溶液中制备阳极部件。典型的阳极氧化工艺由脱脂、酸洗/蚀刻(或增亮)、去污、阳极氧化、封闭和老化步骤构成。阳极氧化工艺导致在铝表面上形成多孔氧化物层，其厚度可以在3至25微米的范围内，这取决于应用领域。因为氧化物层是多孔的，所以必须封闭孔以防止腐蚀。一种方法使用热水(通常在沸点下使用)来封闭多孔氧化物层。然而，实现表面完全封闭所需的浸渍时间为每微米氧化物涂层2至3分钟，这会导致整体长时间的浸渍时间。另外，使用热水进行封闭并不节能，并且使用沸水存在明显的安全隐患。在具有大量硅的铝合金上，氧化物层通常不是均匀的。由于氧化物层的不均匀性，使用热水不能成功地处理这种合金，因为所产生的腐蚀性能不足。为了解决与热水封闭工艺相关的问题，已经开发了使用镍盐，通常使用氟化镍的低温封闭工艺。这些工艺在低温下操作，通常低于30℃，并且在铝表面上每微米氧化物的接触时间约为1分钟。认为封闭工艺是通过在阳极氧化涂层的孔中形成镍铝-氟化物盐的络合物来完成的。镍基封闭工艺在生产能力和能量效率方面具有明显的优势。此外，使用镍基封闭工艺可提供良好的耐腐蚀性，特别是对于硅含量较高的铝合金。然而，镍的使用由于其致癌性而变得越来越受限制；因此，为了在阳极氧化铝表面上提供耐腐蚀性，需要不含镍的低温封闭工艺。另外，由于镍的毒性，必须采取措施仔细处理来自镍基封闭工艺的废水，这可能非常昂贵。已经尝试生产无镍低温封闭系统，但目前这些都没有有效地解决与高硅合金处理相关的问题。例如，Koerner等人的加拿大专利2,226,418提出在常规热封工艺(80～100℃)之前使用基于氟化锂的浸渍工艺(可选地含有钼酸根、钒酸根或钨酸根离子)。据称该方法减少了热工艺中所需的浸渍时间，并提供了阳极氧化金属的有效封闭。但是，仍然需要超过80℃的温度。Schoener等人的美国专利4,786,336描述了使用基于氟代锆酸盐或氟钨酸盐与硅酸盐组合的组合物的低温(40℃)工艺。然而，该工艺对具有高硅含量的阳极氧化铝合金不能产生令人满意的结果。有许多工业应用，其中铝合金具有高于1％的硅，其中耐腐蚀性是关键的。制动钳是铝合金部件的极好例子，其可包含高百分比的硅，其中充分封闭的表面对最终产品的耐腐蚀性是最重要的。因此，需要一种适用于包括高硅合金在内的所有阳极氧化铝合金的无镍低温封闭工艺。
技术实现思路
本专利技术提供两步法，其中第一步的组合物包含锂离子和氟离子，第二步的组合物包含钨、钼、钛、锆或钒离子。该工艺允许阳极氧化铝合金，包括具有高硅含量的合金的成功封闭。阳极氧化铝合金的封闭是在低温、缩短的浸渍时间和封闭组合物中不存在镍的情况下实现的。用本专利技术工艺处理的表面具有优异的耐腐蚀性和与标准化测试中的传统镍基冷封工艺相当的性能。本专利技术总结为一种封闭阳极氧化铝或阳极氧化铝合金表面的方法，包括：(i)使阳极氧化表面与包含锂离子源、氟离子源和络合剂的封闭组合物接触，然后；(ii)使阳极氧化表面与钝化组合物接触，其中该钝化组合物包含金属离子源和络合剂；其中阳极氧化铝或阳极氧化铝合金的表面变得耐腐蚀。具体实施方式根据本专利技术，提供了一种方法，其用于低温封闭阳极氧化铝和阳极氧化铝合金的表面，包括具有高硅含量的铝合金。该方法包括两个步骤，其导致不包含镍的阳极氧化铝部件的优异耐腐蚀性，并且可以在低温下进行。第一步封闭阳极氧化表面，第二步钝化表面，赋予表面优异的耐腐蚀性。与冷封镍和热水封闭工艺相比，本专利技术的工艺更环保且节能。根据本专利技术的工艺可用于封闭各种阳极氧化铝和阳极氧化铝合金的表面，包括硅含量为1％或更高的那些。该工艺可用于铝和铝合金的有色和无色阳极氧化表面。铝和铝合金的阳极氧化表面通过传统工艺着色，例如整体着色、吸收着色、反应性着色、电化学着色或干涉着色。本专利技术另外减少了在高温工艺中出现的这种颜色的渗色。将待封闭的阳极氧化铝部件浸入到含有可溶性锂盐的封闭组合物中，该组合物足以提供100至2000ppm，优选300至800ppm的锂离子浓度。锂离子优选由乙酸锂或氟化锂提供，但是可以使用任何可溶的锂盐。封闭组合物还必须含有氟化物离子，其浓度为100至2000ppm氟化物，优选150至800ppm。在一个优选的实施方案中，锂离子由乙酸锂(无水)提供，其中乙酸锂在封闭组合物中的浓度为3000至8000ppm，氟离子由氟化钾(无水)提供，其中氟化钾在组合物中的浓度为450至2400ppm。封闭组合物还优选含有络合剂。合适的络合剂包括膦、膦酸盐和丙烯酸聚合物。络合剂可以以10至10000ppm，优选50至500ppm的浓度存在于封闭组合物中。封闭溶液中的络合剂优选从由膦基羧酸聚合物、膦酰基羧酸聚合物以及它们的混合物构成的群组中选出。特别优选的络合剂是2-膦酰基丁烷-1,2,4-三羧酸(结构1)。其他合适的络合剂包括丙烯酸聚合物，其可以与膦和膦酸盐类似的浓度使用。分子量在1,000和10,000之间的丙烯酸聚合物在本专利技术中特别有用。最优选分子量为约4500的丙烯酸均聚物。结构1封闭组合物的操作温度为20℃至60℃，优选35℃至40℃。封闭组合物的pH为5至8，优选为6至7。封闭组合物中的浸渍时间为每微米阳极氧化涂层0.75至1.25分钟，最优选每微米约1分钟。在封闭步骤之后，冲洗部件并转移到钝化步骤。在如上所述的封闭处理步骤之后，将铝部件转移到第二组合物中用于钝化。钝化组合物包含金属盐，其提供选自钨、钛、锆以及它们的混合物的金属离子。金属盐的优选例子是偏钨酸铵、钼酸铵、钨酸铵、钒酸铵、乙酸锆、草酸钛以及它们的混合物。最优选的金属盐是钨酸铵。金属盐在钝化组合物中的浓度为200至8000ppm，或更优选1000至4000ppm。金属离子优选以100至3000ppm的浓度存在于钝化组合物中。钝化组合物优选含有络合剂。合适的络合剂包括膦和膦酸盐。膦和膦酸盐络合剂可以以10至10000ppm的浓度，优选50至500ppm的浓度存在于钝化组合物中。钝化组合物中的络合剂优选从由膦基羧酸聚合物、膦酰基羧酸聚合物以及它们的混合物构成的群组中选出。特别优选的膦酸盐络合剂是次氮基三亚甲基膦酸(结构2)。其他合适的络合剂包括丙烯酸聚合物，其可以与膦和膦酸盐络合剂类似的浓度使用。分子量在1,000和10,000之间的丙烯酸聚合物在本专利技术中特别有用。最优选分子量为约4500的丙烯酸均聚物。结构2钝化组合物的操作温度为40℃至80℃，优选为55℃至65℃的温度。钝化组合物的pH应为4至8，优选为5.5至7.0。钝化组合物中的浸渍时间为5至35分钟，优选10至25分钟。在钝化步骤之后，冲洗和干燥部件。通过以下非限制性实施例说明本专利技术：实施例1将四块铝合金6060的Q板(最大0.3～0.6％硅)进行阳极氧化处理，使其具有厚度为20微米的氧化物。将两块Q板在50℃下浸入到黑色有机颜料中10分钟(8g/l的SanodalBlack2MLW)，并将另外两块板保持在自然(未加工)状态。将一块黑色阳极氧化板和一块自然板在28℃下浸入到常规的氟化镍基封闭剂中10分钟。镍离子本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种封闭阳极氧化铝或阳极氧化铝合金表面的方法，包括：(i)使阳极氧化表面与包含锂离子源、氟离子源和络合剂的封闭组合物接触，然后；(ii)使阳极氧化表面与钝化组合物接触，其中该钝化组合物包含金属离子源和络合剂；其中阳极氧化铝或阳极氧化铝合金的表面变得耐腐蚀。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2017.01.13 US 15/405,4171.一种封闭阳极氧化铝或阳极氧化铝合金表面的方法，包括：(i)使阳极氧化表面与包含锂离子源、氟离子源和络合剂的封闭组合物接触，然后；(ii)使阳极氧化表面与钝化组合物接触，其中该钝化组合物包含金属离子源和络合剂；其中阳极氧化铝或阳极氧化铝合金的表面变得耐腐蚀。2.根据权利要求1的方法，其中该封闭组合物中的该络合剂是从由膦、膦酸盐、丙烯酸聚合物以及它们的混合物构成的群组中选出的。3.根据权利要求2所述的方法，其中该络合剂在该封闭组合物中的浓度为50ppm至500ppm。4.根据权利要求1的方法，其中该钝化组合物中的该络合剂是从由膦、膦酸盐、丙烯酸聚合物以及它们的混合物构成的群组中选出的。5.根据权利要求4的方法，其中该络合剂在该钝化组合物中的浓度为50ppm至500ppm。6.根据权利要求2的方法，其中该封闭组合物中的该络合剂是从由膦基羧酸聚合物、膦酰基羧酸聚合物以及它们的混合物构成的群组中选出的。7.根据权利要求6的方法，其中该络合剂是2-膦酰基丁烷-1,2,4-三羧酸。8.根据权利要求4的方法，其中该钝化组合物中的该络合剂是从由膦基羧酸聚合物、膦酰基羧酸聚合物以及它们的混合物构成的群组中选出的。9.根据权利要求8的方法，其中该钝化组合物中的该络合剂是次氮基三亚甲基膦酸。1...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·萨尔萨，P·安吉利，
申请(专利权)人：麦克德米德尖端有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US