本發明設計金屬表面處理的方法，尤其是一種表面具有高硬度陽極氧化膜的鋁合金的制備工藝。

背景技術：

鋁合金的密度低、比強度高，具有良好的力學性能、良好的耐蝕性、優異的導電導熱性和良好的鑄造性能等，鋁合金在航天航空、機械制造、化工、交通、電子等領域應用十分廣泛。然而，鋁合金的硬度低、耐磨性和耐蝕性差等難以滿足苛刻的服役環境要求，現在常用的辦法是通過表面處理提高鋁合金的表面性能，提高鋁合金表面的硬度，增強其耐蝕性能，延長其使用壽命。此外，鋁合金在硫酸等傳統電解液中制備陽極氧化膜的顯微硬度偏低，綜合力學性能不高，無法滿足服役條件的要求。

目前，普通鋁合金陽極氧化膜的硬度約為200～500HV，而硬質鋁合金陽極氧化膜的硬度可達到600～800HV，且膜層厚度為30～80um。應用最廣泛的是硫酸陽極氧化膜法和混合酸陽極氧化膜法。硬質陽極氧化工藝是在普通陽極氧化工藝基礎上，通過改變電解液的組成和濃度及改變氧化工藝參數來實現的。在電解液中加入具有絡合作用的有機添加劑，可以提高氧化液的溫度上限，改善氧化膜的綜合性能，同時，有機酸對氧化膜的溶解極其微弱，遠小于硫酸等強酸。然而電解液的工作溫度一般保持在5攝氏度以下，需要采用冷卻和攪拌等方法快速散去熱量，能源消耗較大，酸液排放的污染比較嚴重。

技術實現要素：

本發明旨在提供一種在常溫條件下制備、具有節約能源優勢的表面具有高硬度陽極氧化膜的鋁合金的制備工藝。

為解決上述技術問題，本發明提供的技術方案是這樣的：一種表面具有高硬度陽極氧化膜的鋁合金的制備工藝，所述的制備工藝具體為：將鋁合金采用硬質陽極氧化處理步驟進行處理即得；其中，所述的硬質陽極氧化處理步驟為：將鋁合金放入含有150～250g/L硫酸、20～30g/L草酸、10～20g/L三乙醇胺、5～10ml/L甘油、5～10ml/L乳酸、2～5g/L蘋果酸、2～5g/L硫酸鋁的氧化槽中以10～50攝氏度進行硬質陽極氧化處理。

其中，在硬質陽極氧化處理步驟中，電流密度為2.0～3.0A/dm²、氧化時間為30～60分鐘。

需要說明的是，在硬質陽極氧化處理步驟之前還包括除油步驟、堿蝕步驟、酸洗步驟。

其中，所述的除油步驟為：將鋁合金放入含有40～60g/L磷酸鈉、10～30g/L碳酸鈉、3～8ml/L聚乙二醇單辛基苯基醚的除油槽中進行除油處理。

需要說明的是，在除油步驟中，除油溫度為50～80攝氏度，除油時間為2～8分鐘，將除油后的鋁合金洗凈。

其中，所述的堿蝕步驟為：將鋁合金放入含有80～150g/L氫氧化鈉的堿蝕槽中，堿蝕溫度為20～35攝氏度，堿蝕時間為2～6分鐘，將堿蝕后的鋁合金洗凈。

其中，所述的酸洗步驟為：將鋁合金放入含有50～80ml/L硝酸、體積分數為3～10％氫氟酸的酸洗槽中進行酸洗處理。

需要說明的是，在酸洗步驟中，酸洗溫度為35～80攝氏度，酸洗時間為2～5分鐘，將酸洗后的鋁合金洗凈。

需要說明的是，在硬質陽極氧化處理步驟之后還包括吹干步驟。

本發明與傳統方法相比，具有以下有益效果：

1.本發明的制備工藝實在常溫下進行的，節約了對電解液冷卻的大量能耗，所制備的鋁合金陽極氧化膜的硬度為600～800HV，膜層均勻致密，耐磨性較強。

2.硬質陽極氧化過程中的成膜速度快，混合酸對氧化膜的溶解較少，膜層厚度為30～80um，且電解液的使用壽命較長。

3.制備工藝操作簡便、節能環保，且適用于大規模工業化生產。

附圖說明

圖1為鋁合金陽極氧化工藝的實驗裝置圖；

圖2為實施例一所制備的鋁合金陽極氧化膜的表面形貌。

具體實施例

下面結合具體實施方式對本發明的權利要求做進一步的詳細說明，但不構成對本發明的任何限制，任何在本發明的權利要求范圍內所做的有限次的修改，仍在本發明的權利要求保護范圍內。

實施例1

本實施例中鋁合金為2024鋁合金，化學成分及含量(wt％)分別為：Cu 3.8～4.9、Mg 1.2～1.8、Mn 0.3～0.9、Fe≤0.5、Si≤0.5、Ni≤0.1、余量為Al。

鋁合金硬質陽極氧化膜的制備工藝由下述步驟完成：

(1)除油

將鋁合金放入含有下列溶液的除油槽中并按照下述工藝配方進行除油：

將除油后的鋁合金洗凈。

(2)堿蝕

將鋁合金放入含有下列溶液的堿蝕槽中并按照下述工藝配方進行堿蝕：

NaOH 100g/L

溫度 20攝氏度

堿蝕時間 3min

將堿蝕后的鋁合金洗凈。

(3)酸洗

將鋁合金放入含有下列溶液的酸洗槽中并按照下述工藝配方進行酸洗：

將酸洗后的鋁合金洗凈。

(4)硬質陽極氧化處理

將鋁合金放入含有下列溶液的如圖1所示的實驗裝置中(在圖1的實驗裝置中，1表示為攪拌裝置，2表示為電解液陽極，3表示為電解液陰極，4表示為水浴裝置，5表示為陽極氧化的電解液，6表示為電源)，并按照下述工藝配方進行硬質陽極氧化處理：

將硬質陽極氧化處理后的鋁合金洗凈。

(5)吹干

將鋁合金用吹風機吹干。

本實施例制備的鋁陽極氧化膜均勻致密，顯微硬度637.2HV，膜厚為41.5μm,本實施例所制備的鋁合金陽極氧化膜的表面形貌如圖1所示。

實施例2

本實施例中鋁合金為2024鋁合金，化學成分及含量(wt％)分別為：Cu 3.8～4.9、Mg 1.2～1.8、Mn 0.3～0.9、Fe≤0.5、Si≤0.5、Ni≤0.1、余量為Al。

鋁合金硬質陽極氧化膜的制備工藝由下述步驟完成：

(1)除油

將鋁合金放入含有下列溶液的除油槽中并按照下述工藝配方進行除油：

將除油后的鋁合金洗凈。

(2)堿蝕

將鋁合金放入含有下列溶液的堿蝕槽中并按照下述工藝配方進行堿蝕：

NaOH 150g/L

溫度 30攝氏度

堿蝕時間 2min

將堿蝕后的鋁合金洗凈。

(3)酸洗

將鋁合金放入含有下列溶液的酸洗槽中并按照下述工藝配方進行酸洗：

將酸洗后的鋁合金洗凈。

(4)硬質陽極氧化處理

將鋁合金放入含有下列溶液的氧化槽中并按照下述工藝配方進行硬質陽極氧化處理：

將硬質陽極氧化處理后的鋁合金洗凈。

(5)吹干

將鋁合金用吹風機吹干。

本實施例制備的鋁陽極氧化膜均勻致密，顯微硬度608.5HV，膜厚為43.7μm。

實施例3

本實施例中鋁合金為2024鋁合金，化學成分及含量(wt％)分別為：Cu 3.8～4.9、Mg 1.2～1.8、Mn 0.3～0.9、Fe≤0.5、Si≤0.5、Ni≤0.1、余量為Al。

鋁合金硬質陽極氧化膜的制備工藝由下述步驟完成：

(1)除油

將鋁合金放入含有下列溶液的除油槽中并按照下述工藝配方進行除油：

將除油后的鋁合金洗凈。

(2)堿蝕

將鋁合金放入含有下列溶液的堿蝕槽中并按照下述工藝配方進行堿蝕：

NaOH 80g/L

溫度 35攝氏度

堿蝕時間 6min

將堿蝕后的鋁合金洗凈。

(3)酸洗

將鋁合金放入含有下列溶液的酸洗槽中并按照下述工藝配方進行酸洗：

將酸洗后的鋁合金洗凈。

(4)硬質陽極氧化處理

將鋁合金放入含有下列溶液的氧化槽中并按照下述工藝配方進行硬質陽極氧化處理：

將硬質陽極氧化處理后的鋁合金洗凈。

(5)吹干

將鋁合金用吹風機吹干。

本實施例制備的鋁陽極氧化膜均勻致密，顯微硬度652.6HV，膜厚為51.3μm。

以上所述的僅為本發明的較佳實施例，凡在本發明的精神和原則范圍內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護范圍內。