铝制工件的多功能涂层制造技术

本发明专利技术涉及一种将多功能涂层施加于铝制或铝合金制的工件表面的方法。本发明专利技术还涉及一种可由所述方法制造的工件。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种将多功能涂层施加于铝制或铝合金制工件的表面的方法。本专利技术 还涉及一种可以利用这种方法制造的工件。
技术介绍
将阳极氧化层施加于铝材料上的目的是为了改变表面特性。阳极氧化层是根据试 验参数可具有不同表面形态和孔结构的层。施加阳极氧化层的目的可大体归纳为三种功 能其能增加基体材料的防腐蚀性，以及展现适于粘结和/或涂漆的表面结构。下文中，将根据主要特性列出几种已知的阳极氧化方法1.铬酸阳极氧化法(Chromic acid anodising)，CAA。根据 DIN EN 3002，铬酸阳 极氧化将提供耐腐蚀的阳极氧化层。同时，所形成的铬酸阳极氧化层的表面形态使其能够 用于欲涂漆的组件。倘若在阳极氧化之前，应用硫酸铬酸洗剂(chromium sulphuric acid pickling agent)，那么可利用此方法处理被粘物(bonding adherend)。对于标准彩色涂 料，基于含三价铁(Fe(III))酸洗剂的无特定氧化物结构的酸洗剂足以。目前在飞机构造 中(例如空中客车Airbus)所使用的所有铝制组件中，有约90%具有CAA层。2.磷酸-硼酸硫酸阳极氧化法(Phosphoric acid-boric sulphuric acid anodising, PBSA) 0本方法描述于美国专利5，486，283中。利用此方法制造的层具有 耐腐蚀性。同时，其还用作油漆的助粘剂，而且如果在实际阳极氧化法之前，利用另一阳 极氧化法在外表面上产生精细分枝状氧化物结构(磷酸去泥PAD (phosphoric acidic desmutting))，那么这些层还适用作供粘结的衬底。3.磷酸阳极氧化法(Phosphoric acid anodising)，PAA。本方法描述于英国专利 GB 1 555 940中。美国专利4，085，012提供特别针对PAA粘结特性的专利。磷酸阳极氧化 提供一种阳极氧化层，其表面形态适于被粘物，只要使用硫酸铬酸洗剂(FPL)即可。4.磷酸-硫酸阳极氧化法(Phosphoric-sulphuric acid anodising，PSA)。本方 法为空中客车Airbus所使用，而且被列出了名为TN-EVC 904/96的技术说明。PSA阳极氧 化层适于粘结和涂布，而且可用作无铬酸盐的对照阳极氧化层。5.硼酸硫酸阳极氧化法(Boric sulphuric acid anodising，BSAA)。本方法描述 于美国专利4，894，127中。利用此方法制造的层具有耐腐蚀性。同时，其还用作油漆的助 粘剂。当在实际阳极氧化法之前，利用另一阳极氧化法在外表面上产生精细分枝状氧化物 结构(磷酸去泥PAD)时，将得到突出的粘结表现。6. ifLljtSIPgMflftii (Direct current sulphuric acid anodising, GSA) (根据FA 80-T-35-2000)直流电硫酸阳极氧化表面具有高耐腐蚀性。其通常不适于粘结 和油漆。在阳极氧化前，利用基于含三价铁酸洗剂的无特定氧化物结构的酸洗剂进行处理。7.混合酸阳极氧化法(酒石酸-硫酸阳极氧化；tartaric acid-sulphuric acid anodising) TSA。例如根据欧洲专利EP 1 233 084 A2，按本方法制造的表面具有耐腐蚀性。 其适于施加油漆，但在基于无特定氧化物结构的含三价铁酸洗剂的标准酸洗处理中，展现出较弱的粘结性。然而，这些方法存在以下缺点理由1)为了制造铬酸阳极氧化(CAA)层，需要使用含铬酸盐的浸浴；而铬酸盐被 归为致癌物。因此，这些方法将不会用于未来应用中。理由2)双联式PBSA没有任何技术缺陷，但在安装方面，所需的第二个阳极氧化 工艺要求相当大的投资费用。理由3)利用磷酸阳极氧化PAA制造的层不能为飞机构造中整个范围内的部件都 提供令人满意的防腐蚀性，而且需要CSA酸洗。理由4)磷酸-硫酸阳极氧化层PSA不能提供防腐蚀性。理由5)如果第二个PAD浴连接在上游，那么硫酸-硼酸(sulphuric-boric)阳 极氧化层BSAA只适于粘结。理由6)直流电硫酸阳极氧化层不适于涂漆和粘结。理由7)混合酸阳极氧化TSA不适于粘结，而且对于无铬酸盐的油漆具有较低的 性能特征。除此之外，众所周知，还用含四价铈(Ce(IV))的清洁液处理铝制工件。例如，US 6，503，565描述了进行金属表面的预处理，以便为后续处理(施加转换层)作好准备。
技术实现思路
相比之下，本专利技术的目的在于，提供一种将多功能涂层施加于由铝或铝合金组成 的工件的表面的方法，以及满足工艺过程链内全部三个要求的经过相应涂布的工件耐腐 蚀性，涂漆适宜性和作为粘结衬底的适宜性。此目的和其它目的可以利用独立权利要求的技术方案实现。优选实施方式陈述于 从属权利要求中。本专利技术中使用特殊调整的酸洗工艺。如由CSA(铬酸硫酸酸洗)所知，酸洗工艺不 利用铬酸盐，且产生氧化物结构。为了能使用由此得到的氧化物达到与油漆或粘结应用有 关的性能，应对阳极氧化工艺加以修改，从而因此能保留外部酸洗的氧化物层。因而，也有 可能使用孔相对较细的铝阳极层(eloxal layer)，如同在SAA或基于硫酸的混合电解质中一样有效。本专利技术的特征在于，在铝制或铝合金制的工件上产生氧化物膜。在除脂和碱洗浴 中进行常规清洁后，接着将铝组件引入例如含四价铈的酸洗浴中，并进一步处理而进行阳 极氧化，由此使在含铈酸洗浴中产生的氧化物层不会再被完全破坏。铈酸洗工艺的特征在 于，施加一个约50纳米厚的多孔层(heavily-pored layer)(毛刷状；参看图1)。这个层 适于高粘结。阳极氧化步骤使少孔层(low-pored layer)生长在第一层下面，在SAA或TSA中 产生电解质。随后可压实该层，其由此具有耐腐蚀性(参看图2)。可以根据使用目的一一耐腐蚀性，或者是供涂漆或粘结的表面，调整个别层结构 的参数。本专利技术特别提供以下优势-本专利技术的优势在于，它可以用于所有可能的铝系列，例如飞机构造中使用的铝系列AA 7XXX、AA 6XXX、AA 5XXX、AA 2XXX系列，以及铝锂合金(AlLi alloy)。作为半成品， 可以是金属片、金属板、铸铁合金、挤压部件和锻造部件。-本专利技术方法和所用材料无致癌性或毒性。_预置表面具有三个功能耐腐蚀性、作为油漆衬底的适宜性以及作为被粘物的 预处理的适宜性。_对于阳极氧化层，可以根据功能性调整各参数。本专利技术特别针对下述根据第一方面，本专利技术涉及一种将多功能涂层施加于由铝或铝合金组成的工件表 面的方法，所述方法包含以下步骤a)用含有稀土金属离子的酸性溶液处理工件表面，由此在工件上产生第一氧化物 层；及b)对工件进行阳极氧化，得到第二氧化物层，所述工件在含硫酸的水溶液存在下 用作电池的阳极，并保留步骤a)中获得的第一氧化物层。因此，本专利技术方法组合了现有技术中所述的两个要素，即，用含稀土金属离子的溶 液处理工件表面，和阳极氧化步骤。由于阳极氧化步骤和其中使用的反应环境是出于破坏 在用稀土金属离子处理期间产生的第一氧化物层，以致先前未曾考虑过组合这两个步骤。本专利技术首次提供两个方法步骤的组合，并且提供证据证实本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种将多功能涂层施加于铝制或铝合金制工件的表面的方法，其中所述方法包含以下步骤：ａ）用含有稀土金属离子的酸性溶液处理所述工件的表面，由此在所述工件上产生第一氧化物层；及ｂ）对所述工件进行阳极氧化，得到第二氧化物层，所述工件在含硫酸的水溶液存在下用作电池的阳极，并保留步骤ａ）中获得的第一氧化物层。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】DE 2008-2-8 102008008055.1;US 2008-2-8 61/065,145一种将多功能涂层施加于铝制或铝合金制工件的表面的方法，其中所述方法包含以下步骤a)用含有稀土金属离子的酸性溶液处理所述工件的表面，由此在所述工件上产生第一氧化物层；及b)对所述工件进行阳极氧化，得到第二氧化物层，所述工件在含硫酸的水溶液存在下用作电池的阳极，并保留步骤a)中获得的第一氧化物层。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述稀土金属离子是铈(IV)。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中步骤a)的所述酸性溶液中所述稀土金属离子 的浓度为0. 005 1摩尔/升。4.根据权利要求3所述的方法，其中所述酸性溶液中所述稀土金属离子的浓度为 0. 01 0. 5摩尔/升。5.根据权利要求4所述的方法，其中所述酸性溶液中所述稀土金属离子的浓度介于 0. 1摩尔/升与0. 3摩尔/升之间。6.根据前述权利要求中一个或多个权利要求所述的方法，其中步骤a) 设置为50 80°C。7.根据前述权利要求中一个或多个权利要求所述的方法，其中步骤a) 氧化物层的厚度为20 100纳米。8.根据权利要求7所述的方法，其中所达到的层厚度为约50纳米。9.根据前述权利要求中一个或多个权利要求所述的方法，其中步骤a) 液的pH值小于1。10.根据权利要求9所述的方法，其中所述溶液的pH值小于0.5。11.根据前述权利要求中一个或多个权利要求所述的方法，其中步骤a) 溶液含有硫酸。12.根据前述权利要求中一个或多个权利要求所述的方法，其中步骤a) 持续2分钟到60分钟。13.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：艾里希科克，菲力浦沃略特，
申请(专利权)人：空中客车控股有限公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]