[发明专利]一种铝或铝合金材料表面生成氧化膜的电化学处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种铝或铝合金材料表面生成氧化膜的电化学处理方法，用于铝或铝合金表面防护装饰领域。

背景技术

铝及其合金的电化学氧化是铝表面处理的重要手段，对铝阳极氧化的研究大多采用直流电，而对采用交流电氧化的研究较少。交流电氧化是一种不用整流设备，而直接使用降压后的市售交流电的氧化方法。交流氧化时两个电极工件可同时氧化，不用对极材料，可以使用大电流以实现高速氧化，因此同直流电氧化法相比，具有效率高、节能、成本低等优点，一直为人们所关注。硫酸交流电氧化应用较早，但由于交流电存在阴极过程和电解液自身的限制，所获得的膜层较薄，孔隙率和透明度高，硬度低，耐磨性差，膜层发黄，难以获得厚度大于10μm的膜层，从而限制了它的应用。目前主要应用在铝电线生产以及铝材涂装的底层和工件要求不高的防护-装饰性氧化膜层处理。经文献检索发现，《腐蚀科学与防护技术》1996：8(2)：144-148上刊登了程玉峰等人介绍硫酸交流电氧化工艺的文章，“添加剂对LY12铸铝合金交流氧化膜性能的影响”，该文提出在硫酸溶液中加入特殊添加剂，采用交流电氧化可以在室温条件下，在Al-Cu系直流电难以氧化的合金上形成了厚的氧化膜，但上述研究电解液组成体系复杂，氧化时间较长，不利于工业化生产。中国专利公开号87103213提出了在硫酸和硫酸铝混合电解液中采用交流电氧化，在铝表面形成多孔氧化膜的工艺，但所获氧化膜层的硬度和耐磨性能不好，不能用于铝及其合金表面防护装饰，限制了交流电氧化技术的应用。

发明内容

本发明的目的旨在提供了一种采用交流电在铝或铝合金表面上形成一层氧化膜的电化学处理方法，该方法能耗低，所得氧化膜层具有较高硬度、厚度和装饰性能。

本发明的目的是通过以下方式实现的：

将铝或铝合金工件挂在电极两端，置于复合电解液中，在2min内将交流电压从零调节到设定值，并保持不变；电流密度随着电压升高而增大，达到峰值电流密度后，随着膜层的形成，电流密度逐渐降低，直至成膜结束；经交流氧化后，在铝或铝合金表面生成一层具有较高硬度、厚度和装饰性能的氧化膜；所述的复合电解液由芳香族羧酸及其衍生物(含6～15个碳原子)、脂肪族羧酸(含2～8个碳原子)以及铵盐或有机胺类化合物组成。

复合电解液中芳香族羧酸及其衍生物浓度为40～100g/L、脂肪族羧酸浓度为10～60g/L、铵盐或有机胺类化合物浓度为20～50g/L。

所述的芳香族羧酸及其衍生物为苯六羧酸、磺基酞酸或苯磺酸；脂肪族羧酸为柠檬酸、苹果酸、草酸、酒石酸、丙二酸或乳酸；铵盐或有机胺类化合物为磷酸铵、柠檬酸铵、甲胺或三乙醇胺。

交流电压设定值为60～120V。

电源采用50Hz的交流电源，电压从0V调节至60～120V，峰值电流密度5～10A/dm²，电解液温度10～20℃。

随着膜层的形成，电流密度逐渐下降，最终降为1～2A/dm²。

铝为工业纯铝，铝合金为Al-Cu系合金、Al-Si系合金、Al-Mg-Si系合金或Al-Zn系合金。

所形成氧化膜层色泽为灰白色或灰黑色，成膜速度大于等于1μm/min。

交流电极的两端均挂有待氧化工件，工件互为对极。

将铝及其合金置于复合电解液中，采用50Hz市售交流电，在2min内将电压从0V调节至60～120V，并保持不变，直至试验结束。电流密度随电压升高而增大，达到峰值电流密度5～10A/dm²后，随着膜层的形成，电流密度逐渐下降，最终降为1～2A/dm²。

工艺步骤如下：

(1)配制电解液

本发明采用的电解液为由芳香族羧酸及其衍生物、脂肪族羧酸和铵盐或有机胺类化合物组成的复合电解液。工业纯铝在单独的芳香族羧酸及其衍生物电解液中可以形成完整、黄色的氧化膜，但氧化过程中电压较高。添加脂肪族羧酸可以提高膜层的厚度和均匀性，铵盐或有机胺类化合物的加入可以降低氧化电压并改善膜层的性能。

本发明采用的复合电解液中芳香族羧酸及其衍生物的浓度范围为40～100g/L，脂肪族羧酸浓度范围为10～60g/L，铵盐或有机胺类化合物浓度范围为20～50g/L。

所述的芳香族羧酸及其衍生物优选为苯六羧酸、磺基酞酸、苯磺酸等；脂肪族羧酸优选为柠檬酸、苹果酸、草酸、酒石酸、丙二酸、乳酸等；铵盐或有机胺类化合物优选为磷酸铵、柠檬酸铵、甲胺、三乙醇胺等。

(2)化学预处理