[发明专利]高电绝缘阳极氧化铝膜封闭方法

说明书

技术领域

本发明涉及金属表面处理的方法，更具体的说涉及一种高电绝缘阳极氧化铝膜封闭方法。

背景技术

铝是非常活泼的金属，铝及其合金在空气中自然形成一层Al₂O₃·H₂O或Al₂O₃氧化膜，可以保护铝基质在中性和弱酸性溶液中不再进一步被腐蚀，起一定的防护作用。但对于稍微苛刻的环境下，这种在空气中自然形成的膜，就不足以真正地保护铝基体了。随着铝制品工业的不断完善发展，人们开始采用各种方法以达到工艺上的要求，阳极氧化法就是其中最为常用的一种。阳极氧化膜不仅具有良好的力学性能、很高的耐蚀性，同时还具有较强的吸附性，采用各种着色方法处理后，能获得诱人的装饰外观。阳极氧化膜除了提高铝及其合金的耐蚀及硬度性能外，还可以作为很好的功能材料，比如作为铝质电磁线圈的绝缘层。

所谓铝及铝合金的阳极氧化，就是在适当的电解液中，将铝和铝合金的制品作为阳极，通以阳极电流，使其表面氧化得到一层氧化膜的一种表面处理方法。

但是，经过阳极氧化处理的铝及铝合金表面为蜂窝的多孔结构，这些微孔具有极强的化学活性和物理吸附性能，容易吸附大气中的腐蚀介质和污染物，影响外观，甚至导致氧化膜的腐蚀。因此，必须采用恰当的封闭技术将氧化膜中的微孔闭合，使阳极氧化膜既能起到有效保护铝及铝合金表面的作用，也能充分发挥其特有的性能。

目前常用的以及正在研究的铝及铝合金阳极氧化封闭方法有：水合封闭法(沸水封闭和蒸汽封闭)、重铬酸盐封闭法、水解盐封闭法、低温(常温)金属盐封闭法。目前正在研究的有：稀土封闭法、有机酸封闭法。但它们都各有不足和缺陷。

水合封闭法是将经阳极氧化铝制品放入沸水或蒸汽中封闭，利用氧化膜表面和孔壁中的氧化铝与水发生水合反应，使其本身体积增大而将微孔封闭。其中沸水封闭是使用最为普遍的一种封闭方法，具体做法是将氧化膜置于80～100℃的水中即可进行封闭，优点是操作非常简便，适应性强；但该法存在如下缺点：封孔温度高，实际操作温度在95℃以上，同时封孔时间较长，能耗大，生产成本高。而且易产生粉霜，封孔品质难以保证。目前阳极氧化导线大量使用此种热水封闭方法，因为不能减缓阳极氧化的脆性，使得在电磁线圈绕制时，膜层出现大量裂纹。蒸汽封闭的效果比沸水封闭好，但其需要高压容器，不适合大型制品和流水线生产使用。

重铬酸盐封闭法，此法是在强氧化性的重铬酸钾溶液中，并在较高温度下进行的。封孔的原理为氧化膜和孔壁的氧化铝与水溶液中的重铬酸钾发生反应。生成的碱式铬酸铝与重铬酸铝沉淀和热水分子与氧化铝生成的一水合氧化铝及三水合氧化铝一起封闭了氧化膜的微孔。在重铬酸盐封闭过程中氧化膜的外层孔是张开的，孔内充满了Cr⁶⁺，Cr⁶⁺对腐蚀具有抑制作用。特别对于阳极氧化后残留的H₂SO₄溶液部位，用K₂Cr₂O₇封闭后能减缓H₂SO₄对Al的腐蚀，此封闭工艺对硬铝和高强度铝合金的抗应力腐蚀性能是有益的。重铬酸盐封闭技术简便易行，耐蚀性能好，适用于以防护为目的铝合金阳极氧化膜的封闭，但其具有致命的缺点，Cr⁶⁺剧毒且致癌，各国政府都在逐渐限制或禁止使用。

水解盐封闭法，目前在国内应用较广泛，主要用于染色后膜封闭，其封闭机理是易水解的钴盐与镍盐被氧化膜吸附后，在阳极氧化膜微细孔内发生水解，产生氢氧化物沉淀将孔封闭。此法克服了沸水封闭的许多缺点，如水质要求高、易产生粉霜。但同样需在高温(80-85℃)条件下长时间(15-20min)工作，耗能大，使生产成本提高。

低温(常温)金属盐封闭法，这是20世纪80年代初意大利等国开发的镍氟体系低温封闭技术。其封孔机理是基于吸附阻化原理，包括氧化膜的水合作用、金属的水解沉淀作用和形成化学转化膜作用，生成Ni(OH)₂沉积于孔中。该法具有节约能源、操作简单、原料来源方便等优点，是我国建筑铝型材阳极氧化占绝大多数的封孔方法。但该法所需时间长，生产效率低。尽管工艺要求时间为10-15min，可是从铝质导线阳极氧化绝缘膜的实际生产看，至少需要25-30min。时间过长还会引起膜层脱落。同时，在Ni(OH)₂沉积于多孔的氧化膜过程中，开始沉积的Ni(OH)₂结实，但随着沉积量的增加，将变得愈来愈疏松，使得封闭质量不合格。