一种提高铝及铝合金防护性能的阳极化方法技术

本发明专利技术是一种提高铝及铝合金防护性能的阳极化方法，所用的阳极化溶液由硫酸、硼酸钠、苹果酸及铈的至少一种无机盐和水按比例混合，阳极化采用控制电压方式，对铝或铝合金材料进行阳极化处理。本发明专利技术制备的阳极化膜层耐蚀性好、与有机漆膜结合性能优异、对基体疲劳性能影响低，具有工艺简单、性能稳定、成膜效率高、对环境污染小的特点。阳极化之后选用有机-无机杂化的无铬封闭方法，该封闭液完全不含铬及其它有毒有害物质，封闭过程中不产生废液排放。封闭后的阳极化膜层耐蚀性能良好，不影响原有阳极化膜层漆膜结合力。上述阳极化方法和封闭方法可用于替代传统的铬酸阳极化、硫酸阳极化及重铬酸盐封闭技术，应用于航空等各行业的铝及铝合金材料表面防护。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是，属于金属的表面处理技术 领域。
技术介绍
铝及铝合金是目前应用量最广泛的金属结构材料之一。选择合适的铝及铝合金表 面处理工艺对于提高铝及铝合金的耐蚀性、增强其与有机涂层的结合力、保证基体材料的 疲劳性能有着重要作用。传统的铝及铝合金表面防护工艺通常采用硫酸阳极化或铬酸阳极 化工艺。硫酸阳极化虽然有着良好的耐蚀性能，但对于基体的疲劳性能影响很大，不能满足 铝及铝合金零件安全、长寿命的使用要求;铬酸阳极化对基体的疲劳性能影响较小，但由于 膜层较薄，耐蚀性较差，不能满足铝及铝合金零件防护性能的要求，同时铬酸盐对环境还会 产生很大污染。 阳极化之后必须采用封闭工艺才能保证膜层的耐蚀性能。目前广泛采用的是重铬 酸盐或稀铬酸封闭。该方法不但含有六价铬，而且产生大量冲洗废水，对环境有严重污染。 另外，该工艺必须加热至90°C以上，不仅浪费能源，还将产生大量含铬废气。
技术实现思路
本专利技术正是针对上述现有技术中存在的不足设计提供了一种提高铝及铝合金防 护性能的阳极化方法，其目的是利用硫酸-硼酸盐-苹果酸-铈盐水溶液对铝及铝合金材料 零件进行电解法阳极化处理，实现较低的环境影响，后续的表面耐蚀性处理工序补充了阳 极化膜层耐蚀性能的不足。提高了铝及铝合金材料零件表面的耐腐蚀性能而不降低疲劳性 能。 本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的： 该种提高铝及铝合金防护性能的阳极化方法，该方法包括清洗除油、表面脱氧处 理、表面阳极化处理和后续的表面耐蚀性处理工序，表面阳极化处理工序中，待阳极化处理 的铝及铝合金材料零件作为阳极，使用不锈钢或铅板或石墨作为阴极，其特征在于： 上述表面阳极化处理工序中的阳极化溶液是硫酸、硼酸钠、DL-苹果酸和铈的无机 盐的水溶液，其中，硫酸的浓度为〇. 3M~0.6M，硼酸钠的浓度为1X1(Γ2Μ~2X 苹 果酸浓度为2X10_2M~3XK^M，铈的无机盐的浓度为1X10_2M~2.5XΠ^Μ; 上述表面阳极化处理工序中，阳极化溶液的温度维持在15°C~30°C之间，阳极和 阴极之间施加15V~25V的电势差，阳极化处理时间为20min~40min; 上述表面阳极化处理后续的表面耐蚀性处理工序中的表面耐蚀性处理溶液是溶 剂为丙三醇和甲醇的胶体，其中胶体的前驱体为环氧类硅烷、含氟类硅烷、钛金属醇盐和铈 金属醇盐，胶体中溶剂的重量百分比为40%~60%，四种前驱体的原子百分比为1:1:1:1， 在胶体中还添加有催化剂、水解稳定剂和表面活性剂，催化剂为苹果酸，水解稳定剂为乙酰 乙酸乙酯，表面活性剂为0P-10，该三种成分的含量占胶体的重量百分比为0.5 %~1 % ; 上述表面阳极化处理后续的表面耐蚀性处理工序中，用喷涂或浸涂的方式将胶体 涂覆在铝及铝合金材料零件的阳极化表面，然后在室温下干燥20min~40min，50°C下干燥 20~40min。 其特征在于：阳极化溶液中硫酸的浓度为〇. 5M，硼酸钠的浓度为0.015M，DL-苹果 酸浓度为0.045M，铈的无机盐的浓度为0.02M，表面阳极化处理过程中的阳极化溶液的温度 维持在25°C±1°C，阳极和阴极之间施加15V的电势差，阳极化处理时间为20min。 其特征在于：表面阳极化处理工序中，待阳极化处理的铝及铝合金材料零件不带 电进入阳极化溶液中时，需在2min内施加电压，初始电压最大值为5V，然后以不超过5V/min 的速率升至15V~25V，保持阳极化处理时间后断电2min内需将铝及铝合金材料零件从阳极 化溶液中取出并清洗。 本专利技术阳极化所述方法的特点是在常规硫酸阳极化工艺的基础上，减小了硫酸的 浓度，同时增加了硼酸盐、DL-苹果酸及稀土铈盐。由于硫酸浓度的减小，降低了阳极化过程 中对阳极化膜层的溶解，提高了阳极化膜阻挡层的厚度；同时添加硼酸盐及苹果酸有助于 阻挡层的形成。在阳极化溶液中添加稀土铈盐及其络合剂苹果酸，反应生成稀土络离子在 阳极化过程中在阳极反应的界面上起到了空间阻挡的作用，从而影响氧化膜生成与溶解的 平衡，以致影响阳极化膜的生长过程，使膜的阻挡层厚度、膜孔密度、孔径等阳极化膜微观 形貌发生变化，最终改善阳极化膜层的性能。与传统的铝及铝合金硫酸阳极化、铬酸阳极化 工艺相比，本专利技术的阳极化工艺具有工艺简单、性能稳定、成膜效率高、综合性能优异、对环 境污染小等优点。 本专利技术所述的一种阳极化后处理工序使用有机-无机杂化的胶体。胶体中四种前 驱体发生水解和缩合反应后形成，其中锆和铈金属醇盐的水解缩合产物与阳极化中含铈的 氧化铝具有协同作用，两者可以形成稳定的共价键结合，结合强度非常好。另两种前驱体为 含有官能团的硅氧烷，缩合反应后的硅氧烷可以有效填充阳极化膜的空隙，达到封闭效果。 而且含氟的硅氧烷具有表面疏水的特性，极大强化了膜层抗腐蚀介质浸入的能力，提高耐 蚀性能。最后，含环氧基团的硅氧烷可以与常用环氧底漆或聚氨酯类漆膜发生化学反应，膜 层与漆膜同样共价键结合。所以整个膜层与有机漆膜共价键结合，结合强度极好。另外，相 比于传统封闭方法，该无铬封闭无需冲洗水，对环境无任何污染。【具体实施方式】 以下将结合实施例对本专利技术技术方案作进一步地详述： 实施例1 采用本专利技术所述的阳极化方法的过程如下：1、试验材料为2024裸铝板材，热处理制度为T3，尺寸为75mmX150mmX2mm; 2、将铝及铝合金试样浸入丙酮中，超声波除油8min，取出用50°C热风吹干； 3、将铝及铝合金试样装挂在铝合金挂具上；4、将铝及铝合金试样置于50g/L的清洗剂溶液中进行试样表面除油，在60°C清洗 剂中除油不少于l〇min;除油后用流动水清洗试样； 5、在25°C下对铝及铝合金试样进行脱氧，脱氧时间为3min，取出后用去离子水清 洗试样表面;脱氧溶液中铬酐(Cr03)浓度为45g/L，硝酸(HN〇3，P= 1.42g/mL)浓度为100g/L， 氢氟酸浓度为9mL/L;6、错及铝合金试样进行阳极化，阳极化水溶液中，硫酸(H2S〇4，P= 1.84g/mL)浓度 为0.5M，硼酸钠浓度为0.015M，DL-苹果酸浓度为0.04M，硫酸铈浓度为0.02M，试样在25°C的 溶液中进行阳极化;采用lCrl8Ni9Ti不锈钢作为阴极，铝及铝合金试样作为阳极;在阳极化 过程中采用洁净的压缩空气搅拌;试样下槽lmin施加电压，以5V/min的速率升至15V，保持 阳极化时间20min;断电后0.5min将试样从槽中取出并清洗试样； 7、阳极化后的铝及铝合金试样在胶体中进行阳极化后续处理工序。胶体的前驱体 包含四种成分，分别是γ-甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、三乙氧基氟代硅烷、正丙醇锆和硝 酸铈，溶剂使用丙三醇，催化剂使用苹果酸，水解稳定剂使用乙酰乙酸乙酯。待四种前驱体 反应完成后，最后添加表面活性剂0Ρ-10。添加上述四种前驱体的原子百分比为1:1:1:1，水 的加入量为所有前驱体完全水解的理论计算值。溶剂含量为40%~60%，催化剂水解稳定 剂和表面活性剂的含量为0.5 %~1 %。将阳极化后试样浸入封闭液中，等待1~2min后缓慢 取出，室温下干燥20~40min，50°C条件下干燥20~40min; 8、在测试结合力的铝及铝合金试样表本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种提高铝及铝合金防护性能的阳极化方法，该方法包括清洗除油、表面脱氧处理、表面阳极化处理和后续的表面耐蚀性处理工序，表面阳极化处理工序中，待阳极化处理的铝及铝合金材料零件作为阳极，使用不锈钢或铅板或石墨作为阴极，其特征在于：上述表面阳极化处理工序中的阳极化溶液是硫酸、硼酸钠、DL‑苹果酸和铈的无机盐的水溶液，其中，硫酸的浓度为0.3M～0.6M，硼酸钠的浓度为1×10‑2M～2×10‑1M，DL‑苹果酸浓度为2×10‑2M～3×10‑1M，铈的无机盐的浓度为1×10‑2M～2.5×10‑1M；上述表面阳极化处理工序中，阳极化溶液的温度维持在15℃～30℃之间，阳极和阴极之间施加15V～25V的电势差，阳极化处理时间为20min～40min；上述表面阳极化处理后续的表面耐蚀性处理工序中的表面耐蚀性处理溶液是溶剂为丙三醇和甲醇的胶体，其中胶体的前驱体为环氧类硅烷、含氟类硅烷、钛金属醇盐和铈金属醇盐，胶体中溶剂的重量百分比为40％～60％，四种前驱体的原子百分比为1:1:1:1，在胶体中还添加有催化剂、水解稳定剂和表面活性剂，催化剂为苹果酸，水解稳定剂为乙酰乙酸乙酯，表面活性剂为OP‑10，该三种成分的含量占胶体的重量百分比为0.5％～1％；上述表面阳极化处理后续的表面耐蚀性处理工序中，用喷涂或浸涂的方式将胶体涂覆在铝及铝合金材料零件的阳极化表面，然后在室温下干燥20min～40min，50℃下干燥20～40min。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王强，宇波，易俊兰，吴松林，汤智慧，彭超，陈洁，朱瑞鑫，孙志华，王志申，丁建岗，宋袁曾，吴宏亮，
申请(专利权)人：中国航空工业集团公司北京航空材料研究院，上海飞机制造有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11