密封阳极镀层制造技术

本发明专利技术公开了具有密封阳极氧化物镀层的金属和金属合金，所述密封阳极氧化物镀层具有至少部分的结晶度。相应地公开了相关的制品。密封阳极镀层显示耐蒸汽、耐过热蒸汽、耐碱和耐酸性。可以通过以下方式制备这种晶态密封阳极氧化物镀层：用金属前体种类浸渍金属或金属基材的孔、将金属前体种类转化成金属氢氧化物、热处理以弄干水分并促进金属氢氧化物产物相变成金属氧化物固体、并且与金属或金属合金基材的孔结构中的亚稳金属氧化物物质键合和水热密封以产生密封阳极镀层。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及金属上的镀层和其相关方法，尤其涉及在金属和金属合金上显示抗蒸汽(包括过热蒸汽)和抗碱及酸降解的镀层，如阳极化镀层。
技术介绍
例如，铝和铝合金的阳极镀层一般地由类型和类别划分。I型镀层源自铬酸电解质并且IB型镀层源自铬酸电解质中的低电压处理。IC型镀层一般由非铬酸阳极氧化处理产生。II型镀层可以在硫酸电解质中产生。III型镀层，也称作硬质阳极镀层，也在硫酸电解质中产生。1类镀层是无染色镀层并且2类镀层是染色的镀层。II型和III型一般表征为因隔室形成的性质而具有明显孔隙度，并且镀层可以是非密封的或可以是密封的。金属表面上阳极镀层的密封可以基于密封溶液的组成、基于运行温度或基于工艺的机理来分类。所有阳极氧化物镀层，无论其类型是什么，均以没有X射线衍射衬度为特征，即，它们是非晶态的并且不显示结晶度，无论它们是否密封。传统的密封工艺可以视为包括热(沸腾)去离子水密封、蒸汽密封、重铬酸钠或重铬酸钾密封、硅酸钠密封、乙酸镍密封、氟化镍密封，和新密封工艺，如乙酸钴密封、三价铬硫酸盐或乙酸盐密封、乙酸盐铈密封、乙酸锆密封、基于三乙醇胺的密封、基于锂盐或镁盐密封、高锰酸钾密封、基于聚合物的密封和基于氧化腐蚀抑制剂的密封如包括钼酸盐、钒酸盐、钨酸盐和过硼酸盐试剂(agent)的那些。基于温度的密封工艺可以包括采用蒸汽、热水和重铬酸盐的高温密封(高于95°C)；基于三乙醇胺的技术和基于氧化腐蚀抑制剂的技术，采用硅酸盐和二价或三价金属乙酸盐的中温密封(80°C-95°C)；采用金属乙酸盐的低温密封(70°C-80°C)和采用氟化镍的室温密封(25°C-35°C)。密封工艺也可以通过以下来分类，如通过一般包括将水合氧化铝转化成水合勃姆石(氧化铝氢氧化物，AlO(OH))的水热密封分类；物理或化学浸渍和阳极层的孔与重铬酸盐、硅酸盐、氟化镍和聚合物复合物反应；包括电泳迁移和在孔中沉积阴离子种类的电化学密封；和包括热运动和扩散促进腐蚀抑制剂吸附至孔中的腐蚀抑制密封。已经显示这些反应均不在阳极氧化物镀层中产生结晶度。I、IB、IC、II、IIB和III型镀层的密封可以通过浸没在pH5-6和温度90°C-100°C的重铬酸盐水溶液中15分钟、通过浸没在沸腾的去离子水中或通过浸没在乙酸钴溶液或乙酸镍溶液中进行。密封也可以浸没在pH5.5-5.8的水质热乙酸镍或乙酸钴密封性介质中或通过浸没在沸腾的去离子水中进行。采用乙酸镍和重铬酸钠的热水溶液的双重密封也可以在I、IB、IC、II、IIB和III型镀层上进行。根据MIL-A-8625，用于磨耗(abrasion)或耐受(resistance)用途的III型镀层一般不密封。否则，III型镀层可以通过在沸腾的去离子水中、在热重铬酸钠水溶液中或在热乙酸镍或乙酸钴水溶液中浸没和其他密封机制密封。可以在密封工艺中遭遇发黑现象，一般在水热密封方法期间。发黑现象可以因镀层表面转化成勃姆石所致。发黑现象一般与高运行温度和pH、长浸没时间、含有过多溶解的固形物的老化密封溶液和添加物的组分分解和防发黑剂和/或表面活性剂短缺相关。防发黑剂可以抑制勃姆石在镀层表面上形成，而没有不利地影响孔内的密封工艺。常见的防发黑剂包括，例如，羟基羧酸、木质素磺酸盐、环状脂族或芳族多元羧酸、萘磺酸、聚丙烯酸、膦酸酯、磺化苯酚、膦酰基羧酸、聚膦基羧酸、膦酸和三嗪衍生物。如图1中所示，一些非铁金属如铝和铝合金104上的阳极镀层102可以具有带隔室的多孔结构和和屏障氧化物层108，所述隔室包括孔106和金属氧化物壁。这种多孔结构可以易受侵入性环境和水吸附影响，这可以导致阳极化层的降解。常规的水热密封工艺一般通过浸没或暴露于温度高于80°C的热水或蒸汽来进行，其中认为所述热水或蒸汽与阳极镀层中的氧化物(Al2O3)反应以根据以下反应形成勃姆石样反应产物晶体(AlO(OH))：AL2O3(阳极镀层)+H2O→2AlO(OH)     (1)因为勃姆石(3.44g/cm3)具有每单位质量大于氧化铝(3.97g/cm3)的体积，并且因为2摩尔勃姆石可以从1摩尔氧化铝中形成，所以这些孔最终至少部分地反应，尺寸发生变化并且一般因水热密封期间修饰的阳极镀层的隔室壁的所致膨胀阻塞和封闭。没有形成实际的晶体或结晶度；镀层保持非晶态。可水解盐和有机物质可以用来改善密封性能和效率、节约能量并且使阳极镀层表面上污迹的形成最小化。例如，从乙酸镍的镍离子可以根据以下反应经氢氧化镍(Ni(OH)2)的共沉淀使氧化铝催化地水合成勃姆石：Ni2++2OH--→Ni(OH)2↓     (2)在重铬酸盐密封中，氧联二铬酸铝(aluminum oxydichromate)(AlOHCrO4)或氧联铬酸铝(aluminum oxychromate)(AlO)2CrO4)一般根据以下反应在孔中形成：Al2O3+2HCrO4-+H2O→2AlOHCrO4-↓+2OH-(pH<6.0)     (3)Al2O3+HCrO4-→(AlO)2CrO4-+OH-(pH>6.0)     (4)在硅酸盐密封中，硅酸盐离子与氧化铝反应以根据以下反应在阳极镀层的孔中形成硅酸铝(Al2OSiO4)：Al2O3+SiO32-+H2O→Al2OSiO4-↓+2OH-     (5)阳极镀层的孔在重铬酸盐密封或硅酸盐密封中并不完全反应。因此，如果酸溶解试验或染料染色试验用来评价密封质量，则可以预计差的结果。然而，重铬酸盐密封或硅酸盐密封可以增强铝上阳极镀层的耐蚀性，这可以归因于吸附的铬酸盐或硅酸盐抑制铝腐蚀的作用。冷密封工艺一般包括氟化镍密封技术。因为冷密封工艺一般在室温进行，所以反应(1)通常不在阳极镀层的孔中发生。借助氢氧化镍和氟化铝的共沉淀的催化作用，氧化铝在低于70°C的温度转化成氢氧化铝而非勃姆石，如以下反应中表述：Ni2++2OH-→Ni(OH)2-     (2)Al2O3+6F-+3H2O→2A1F3-+6OH-     (6)Al2O3+3H2O→2A1(OH)3↓      (7)与重铬酸盐和硅酸盐密封一样，可以将冷氟化镍密封视为并不彻底填充和封闭多个孔的浸渍过程，尽管当Al2O3(3.97g/cm3)根据反应(7)转化成Al(OH)3(2.42g/cm3)，体积增加大约150%。认识到氢氧化铝在水溶液中比勃姆石化学地上更不稳定和更为可溶。形成的Al(O本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.05.19 US 12/783,130;2010.11.16 US 12/947,1971.一种密封阳极化金属，其包含：
包含第一金属的金属基材；
与金属基材的至少一部分连续的阳极区，所述阳极区具有包含非晶
态第一金属氧化物的多个隔室，所述多个隔室的每一个具有在其至少部
分中带孔填料的孔，所述孔填料包含晶态过渡金属氧化物、晶态贵金属
氧化物、半金属氧化物、碱土金属氧化物和碱金属氧化物的至少一种；
和
与所述阳极区的至少一部分毗邻的密封区，所述密封区包含晶态第
一金属氧化物、晶态贵金属氧化物、晶态碱金属氧化物、晶态第一金属
氢氧化物、晶态贵金属氢氧化物和晶态碱金属氢氧化物的至少一种。
2.根据权利要求1所述的密封阳极化金属，其中所述贵金属是银、
钌、钯、铱、铂、金及其合金之一。
3.根据权利要求1所述的密封阳极化金属，其中所述第一金属是铝
或其合金。
4.根据权利要求3所述的密封阳极化金属，其中所述孔填料包含晶
态氧化镍、氧化锡、氧化钴、氧化镁、氧化硅和氧化钠之一。
5.根据权利要求3所述的密封阳极化金属，其中所述阳极区包含氧
化铝柱状隔室和晶态氢氧化镍的孔填料，并且其中所述密封区包含晶态
氢氧化铝。
6.根据权利要求1所述的密封阳极化金属，其中所述密封区包含氢
氧化铝，所述氢氧化铝具有随所述密封区的深度增加的结晶度水平。
7.根据权利要求1所述的密封阳极化金属，其进一步包含位于所述
阳极区和所述密封区之间的交界区域，所述交界区域包含晶态过渡金属

\t氢氧化物、晶态碱金属氢氧...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒂莫西·P·卡伯特，约翰·J·泰特拉尔特，成东进，
申请(专利权)人：桑福艺公司，
类型：
国别省市：