[发明专利]阳极化铝合金

说明书

技术领域

本发明涉及在铝或铝合金上形成阳极氧化膜，其特别但并非专门地对航空航天业和汽车业有益，其中，铝合金(典型地，2000、5000、6000和7000系列铝合金)利用阳极化工艺而具有氧化铝或氢氧化铝的覆层。更具体地，该工艺提供适合用于铝合金工件的粘结的阳极氧化层。

背景技术

在航空航天业和汽车业内，以及在其他相似行业中，由于两个主要原因而使铝合金结构阳极化。第一，在部件的表面上形成氧化铝层或氢氧化铝层(此后称之为阳极氧化膜)，以提供不渗透阻挡层，从而防止部件被大气腐蚀。第二，在部件的表面上形成层以作为用于有机覆层的区域的粘结表面，该有机覆层包括底漆、联结剂、漆粘合剂和油漆。阳极覆层的特定功能由其厚度和孔隙度确定。较厚的、孔较少的覆层提供防腐蚀性能，而较薄的、孔较多的覆层为粘合和喷涂提供了高度粘结的表面。覆层的厚度和孔隙度取决于用于处理部件的特定的阳极化工艺。

现行的阳极化技术包括以下几种技术：

对于随后将进行有机覆盖的结构，阳极化使用AC或DC电流，但是并非同时采用。对于将接受颜料的结构，使用先DC后AC的组合工艺。在第一种情况中，将零件浸入酸性溶液中并联接至阳极，且阴极沿着容器的壁。当DC电流流过时，带负电的氧离子向带正电的零件迁移。铝合金表面和氧之间的反应使得氧化铝从部件的表面生长。然而，当该覆层生长时，其也被酸性溶液所溶解。覆层生长速度和溶解速度取决于各种工艺参数，诸如酸的类型和浓度、温度以及阳极化电压。覆层的孔隙度也取决于这些因素。现行的阳极化工艺的示例为：

a.磷酸阳极化。这种生产出孔非常多的、非常薄(小于1微米)的氧化层。该氧化层为粘合剂或油漆提供非常粘结的表面，但是该氧化层太薄以及孔太多，以致其对基底提供很少的腐蚀保护。

b.硫酸阳极化。这种生产出具有孔隙度较小的、较厚(达30微米)的覆层。该覆层由于较厚的、孔较少的氧化物而为基底提供好的腐蚀保护，但是其对于粘合性较差。

c.铬酸阳极化。这种工艺生产出厚度在1微米和4微米之间的氧化层。该氧化物的孔比由磷酸工艺所生产的氧化物的孔少。该工艺的孔径典型地为大约30纳米，使得其由于底漆或粘合分子可渗入孔内而适用于粘合。此外，该氧化物为用于覆盖的合适表面。此外，由于铬酸工艺下氧化物比磷酸工艺下的更厚以及孔更少，故铬酸工艺提供一定程度的腐蚀保护。这些氧化物表面的孔隙度可通过将表面浸入热的去离子水或稀释的铬酸盐溶液中而封闭该表面来降低。这导致氧化物水化和膨胀，从而导致孔的尺寸的减小。封闭的氧化物不适合于粘合，但是其仍然适用于覆盖。

d.硼酸硫酸阳极化。美国专利4,894,127。这种生产出与铬酸工艺相似的氧化物，除了孔径典型地小于30纳米以外。这使得该工艺不适合于粘合。通过封闭氧化层，改善腐蚀保护。该工艺被认为是用于腐蚀保护和覆盖粘合的铬酸阳极化的无铬酸盐的替换。

发明内容

上述的现行工艺存在许多问题。

1.由于在铝合金表面形成蚀刻坑，因而去氧工艺降低部件的疲劳寿命。此外，较厚的氧化层也降低部件的疲劳寿命。

2.上述工艺都没有生产出具有最大腐蚀保护且对于粘合允许最大粘结的氧化层。覆层的松散性质可改变，但是粘合所需的增加的孔隙度将导致腐蚀保护的降低，反之亦然。因此，适用于粘合的氧化层的最佳特性不能实现。

3.在所有的情况中，除磷酸阳极化之外，形成的氧化物将从空气吸收水气并产生水化。这导致氧化物膨胀以及导致孔的尺寸减小，从而使得表面不适合于粘合或喷涂。为了克服上述问题，在阳极化之后，粘结底漆或油漆必须在特定的时间周期之内施加，以确保水化作用最小以及实现氧化物的最大特性，典型地，该特定的时间周期为最大16小时。在磷酸阳极化表面的情况下，仍然必须施加粘结底漆或油漆。然而，在这种情况下，由于氧化层不具有腐蚀抑制特性，要为部件提供腐蚀保护。必须使用铬酸盐的粘结底漆。当磷酸阳极化和涂底漆表示出良好的工作实践时，磷酸阳极化和涂底漆之间的时间典型地为72小时。

4.现行工艺使得含铬化合物的广泛应用。显然，铬酸阳极化使用这种化合物，但是在工业内使用的酸性去氧剂中也广泛地发现这种化合物。此外，铬用于稀释的铬酸盐封闭溶液中。含铬的工艺溶液和清洗水需要进行昂贵的废物处理，以确保这些化合物不被排入外界。某些地区还需要空气监测器，以测量在处理槽周围的空气中的铬水平。

5.现行工艺的总的工艺周期时间典型地为120至180分钟。如果要求封闭阳极覆层，该时间还将增加。此外，在一些处理溶液中的浸入时间可能达到60分钟。这些因素显著地限制了工艺生产线的生产能力。