一种铝合金的表面处理结构及其制备方法技术

一种铝合金的表面处理结构及其制备方法，包括在铝合金的表面依次层叠设置的喷砂层、复合镍层、铝层、阳极氧化层；其中，所述铝层采用电镀的方式，其电镀液B包括bmimCl、AlCl3，bmimCl与AlCl3的摩尔比为1:2；所述阳极氧化层采用先经阳极氧化处理生成多孔阳极氧化铝膜层、再经激光重熔处理生成微纳结构、最后经低表面能处理生成超疏水结构的方式。本发明专利技术所述的铝合金的表面处理结构及其制备方法，通过在铝合金表面的纯铝层上进行阳极氧化处理，解决了由于铝合金存在Fe、Cu、Si等杂质导致的阳极氧化处理外观效果不佳、应用受限的问题，阳极氧化层具有超疏水表面，具有优异的防腐蚀性能。能。能。

【技术实现步骤摘要】
一种铝合金的表面处理结构及其制备方法


[0001]本专利技术属于金属表面处理领域，具体涉及一种铝合金的表面处理结构及其制备方法。

技术介绍

[0002]铝合金密度低、可塑性高、延展性好，因此可通过挤压、铸造等工艺获得各种铝合金零部件以及工艺品，被广泛应用于航空航天、汽车工业和食品包装等领域。同时，铝合金没有低温脆性，是良好的低温材料，被应用于南极科考船仪表、冷藏车厢和经极寒地带高铁车厢制备中。
[0003]腐蚀是铝合金失效的重要原因，一旦发生铝合金局部腐蚀出现仍置之不理，长久下去必会影响铝合金使用寿命，造成环境污染以及资源浪费，甚至会造成安全事故。因此，如何提高铝合金耐腐蚀性，成为大家关注的焦点。
[0004]目前，公认的提高铝合金耐腐蚀性能的途径：一是改善铝合金内部金属结构，通过在合金相上着手，通过热处理调控铝合金内各相结构，从而获取更加耐蚀的铝合金；二是在铝合金进行表面处理形成一层耐腐蚀性薄膜或涂层，将腐蚀介质与铝合金分隔，从而缓解铝合金被腐蚀。
[0005]阳极氧化技术是如今可进行工业化大规模批量生产的铝合金表面处理技术中应用较为广泛的一种。由于有的压铸铝合金存在Fe、Cu、Si等杂质过多的情况，经阳极氧化技术处理后，压铸铝合金表面的气泡、划痕、起皮等缺陷都会被显露出来，有的还会发生变色现象，使得压铸铝合金难以达到理想外观效果。这就造成只有部分的压铸铝合金可以做阳极氧化处理，使其应用大大受限。
[0006]中国专利申请号为201510490736.6公开了一种具有复合结构的铝或铝合金及其制备工艺，以铝或铝合金基材为基础，所述铝或铝合金基材表面具有磨砂层，在所述磨砂层上依次形成化学镍层、电镀铜层、电镀半光镍层和电镀铬层，以来解决铝合金无法通过阳极氧化实现进行金属质感外观的问题。
[0007]其次，虽然目前阳极氧化技术在最近半个世纪得到充分的发展，例如，中国专利申请号为201910622987.3公开了一种铝型材阳极氧化电解液及其制备方法、以及铝型材的阳极氧化工艺，阳极氧化的电解液由植酸、黄腐酸、pH调节剂和水构成，其电解液完全无毒无害，是绿色环保的，其中该专利技术的实施例2的效果最佳，得到的氧化膜厚度达到了38μm，耐腐蚀性时间达到了10h。中国专利申请号为201910495257.1公开了阳极氧化电解液及方法、具有阳极氧化膜的铝或铝合金，该电解液包含以下组分：40～60g/L硫酸；8～20g/L有机弱酸；5～30ml/L成膜促进剂；电解液中以水作为溶剂，其在中性盐雾腐蚀试验中，连续336h测试过后要求试样表面无明显腐蚀或无腐蚀。
[0008]但是，上述这些阳极氧化工艺所生产制备的铝合金表面致密氧化铝薄膜的防腐性质仍不能充分满足极端环境下的使用。比如航海设备、矿业专探等恶劣环境设备下，在恶劣的化工生产强酸环境、高盐含量的航海潮湿环境中，铝合金的使用范围仍然非常有限制。
[0009]因此，需要研发出一种铝合金的表面处理结构，使具有该表面结构的铝合金既具有理想外观效果，又具有优异的耐腐蚀性能，满足极端环境下的使用。

技术实现思路

[0010]专利技术目的：为了克服以上不足，本专利技术的目的是提供一种铝合金的表面处理结构及其制备方法，通过在铝合金表面的纯铝层上进行阳极氧化处理，解决了由于铝合金存在Fe、Cu、Si等杂质导致的阳极氧化处理外观效果不佳、应用受限的问题，通过在喷砂层表面进行化学镀镍形成复合镍层，提高了铝合金的硬度、光亮度、耐磨、耐腐蚀性能，阳极氧化层采用先经阳极氧化处理生成多孔阳极氧化铝膜层、再经激光重熔处理生成微纳结构、最后经低表面能处理生成超疏水结构的方式，具有优异的防腐蚀性能，应用前景广泛。
[0011]本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种铝合金的表面处理结构，所述表面处理结构包括在铝合金的表面依次层叠设置的喷砂层、复合镍层、铝层、阳极氧化层；其中，所述铝层采用电镀的方式，其电镀液B包括bmimCl 、AlCl3，bmimCl 与AlCl3的摩尔比为1:2；所述阳极氧化层采用先经阳极氧化处理生成多孔阳极氧化铝膜层、再经激光重熔处理生成微纳结构、最后经低表面能处理生成超疏水结构的方式制得，阳极氧化处理的电解液为包括去离子水、柠檬酸、浓硫酸，所述电解液中的柠檬酸浓度为100
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200g/L、浓硫酸体积含量为10
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40 mL/L。
[0012]本专利技术所述铝合金的表面处理结构，设计合理，通过在铝合金表面的纯铝层上进行阳极氧化处理，解决了由于铝合金存在Fe、Cu、Si等杂质导致的阳极氧化处理外观效果不佳、应用受限的问题。
[0013]具体地，本专利技术先在铝合金表面设置有喷砂层，这是因为铝合金表面通常比较平整，这使复合镍层和铝合金表面之间很难形成良好的附着力，这会导致长期使用过程中铝合金容易成为裂纹扩展源以及增加应力腐蚀倾向，对铝合金进行喷砂处理后，铝合金表面会形成了大量均匀分布的不规则形状的敞开型凹坑的喷砂层，这种由大量凹坑形成的粗糙表面可以为复合镍层的结合提供多个活性中心，有利于化学键或分子间作用力的强化，并且铝合金表面基本上看不到喷砂处理前存在着的轧制裂纹，这对消除裂纹扩展隐患具有一定作用。
[0014]然后本专利技术在喷砂层表面进行化学镀镍形成复合镍层，该复合镍层可以使铝合金的硬度、光亮度、耐磨、耐腐蚀、可焊性性能得到较大程度的提高。
[0015]然后本专利技术在复合镍层表面进行电镀形成铝层，电镀铝的电镀液B采用bmimCl 、AlCl3，相比现有技术中电镀铝的电镀液采用水溶液，本专利技术采用bmimC这类离子液体，其具有不挥发、不易燃、溶解力较好、电导率较高以及电化学窗口宽且无水无氧等优良的物理和化学性质，可以使铝这类活泼金属在水溶液中难以电沉积的金属沉积，并且不存在H2析出等副反应，并且价格便宜、合成简单、操作环境要求低、能耗低。
[0016]然后本专利技术在铝层表面进行阳极氧化处理，在铝表面原位生成多孔阳极氧化铝膜层，该膜层可以赋予铝合金更高的硬度、良好的耐腐蚀、耐磨性能，再进行激光重熔处理，激光重熔处理过程中，激光束持续地照射多孔阳极氧化铝膜层表面，在其表面处会发生不断反射和折射，然后进入多孔阳极氧化铝膜层内部。经过多次反射和折射后，激光能量会逐渐被多孔阳极氧化铝膜层吸收，光子与多孔阳极氧化铝膜层表面介质的晶格之间强烈振动，
导致自由电子温度持续升高，进而将光能转换为内能，致使多孔阳极氧化铝膜层最终开始熔融、蒸发。随着激光能量的持续吸收，部分材料会气化，材料气化时形成的反冲压力造成熔融材料向四周飞溅，且光斑区域内材料向下凹陷。随着激光束的移动，没有能量输入，熔融材料会迅速冷凝，致使多孔阳极氧化铝膜层表面产生粗糙的微纳结构，该微纳结构经低表面能处理后，其表面接触角会大幅度增大，变为超疏水结构，使得铝合金具有超疏水表面，大大提高了铝合金的耐腐蚀性能。
[0017]本专利技术的阳极氧化处理的电解液采用去离子水、柠檬酸、浓硫酸，相比现有技术中的硫酸阳极氧化，添加柠檬酸使电解液对阳极氧化膜的腐蚀溶解本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铝合金的表面处理结构，其特征在于，所述表面处理结构包括在铝合金（1）的表面依次层叠设置的喷砂层（2）、复合镍层（3）、铝层（4）、阳极氧化层（5）；其中，所述铝层（4）采用电镀的方式，其电镀液B包括bmimCl 、AlCl3，bmimCl 与AlCl3的摩尔比为1:2；所述阳极氧化层（5）采用先经阳极氧化处理生成多孔阳极氧化铝膜层、再经激光重熔处理生成微纳结构、最后经低表面能处理生成超疏水结构的方式制得，阳极氧化处理的电解液为包括去离子水、柠檬酸、浓硫酸，所述电解液中的柠檬酸浓度为100
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200g/L、浓硫酸体积含量为10
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40 mL/L。2.根据权利要求1所述的铝合金的表面处理结构，其特征在于，所述复合镍层（3）采用电镀的方式，其电镀液A每L包括如下成分：20
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30g硫酸镍、20
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30g 次磷酸镍、15
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25g醋酸钠、15
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25g乳酸、0.1
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0.5 g十二烷基硫酸钠，其余为去离子水。3.根据权利要求1所述的铝合金的表面处理结构，其特征在于，所述复合镍层（3）的厚度为2
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5μm，所述铝层（4）的厚度为20
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50μm，所述阳极氧化层（5）的厚度为10
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30μm。4.根据权利要求1至3任一项所述铝合金的表面处理结构的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）预处理：将铝合金表面打磨至光滑平整，去除各种磨痕、凹坑、毛刺缺陷，然后用去离子水冲洗干净并且吹干；（2）喷砂：对预处理后的铝合金进行喷砂处理，喷砂采用氧化铝磨料粒子，喷砂机喷嘴出口压力为0.5
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0.8MPa并且喷嘴距铝合金距离为20
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30mm；（3）镀复合镍层：对喷砂后的铝合金依次进行除油、碱浸蚀、酸浸蚀、浸锌合金处理，然后放入电镀液A中先施镀20
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40min，再将经超声波分散20
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40min的超细α
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Al2O3加入电镀液A中，在200
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500r/min的搅拌速度下施镀4
‑
6h，然后放入真空管式气氛炉中，通入氩气保护，在300
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400℃的温度下恒温处理0.5
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1.5 h；（4）镀铝层：将镀有复合镍层的铝合金置于电镀液B中作为阴极，铝片作为阳极，在100
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400r/min的搅拌速度、温度为20
‑
30℃的条件下，采用脉冲电源进行电镀，其电流密度为30
‑
80mA/cm2，电镀时间为20
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60min;（5）阳极氧化与激光重熔：将镀有铝层的铝合金置于电解液中作为阳极，石墨作为阴极，在200
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500r/min的搅拌速度、温度为20
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25℃的条件下，采用直流稳压电源进行阳极氧化，其输入电压 10
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20V，电流密度为20
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40mA/cm2，阳极氧化时间为25
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40min，在铝合金表面制得10
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30μm后的多孔阳极氧化铝膜，然后用去离子水冲洗干净并且吹干，通过激光重熔处理生成微纳结构。5.根据权利要求4所述铝合金的表面处理结构的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）喷砂中氧化铝磨料粒子为粒径为30
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60目的球形氧化铝磨料粒子。6.根据权利要求4所述铝合金的表面处理结...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱玉冲，
申请(专利权)人：苏州优缘建材有限公司，
类型：发明
国别省市：