[发明专利]铝合金阳极氧化膜无金属盐封闭剂

说明书

技术领域

本发明铝合金阳极氧化膜无金属盐封闭剂，属铝合金阳极氧化膜后处理技术领域。

技术背景

铝及其合金材料是有色金属中使用量最大，应用面最广的金属材料，因其具有一系列优良的物理、化学、力学和加工性能，可以满足从餐厨用具到尖端科技，从建筑装潢到交通运输和航空航天等各行各业对于铝合金材料提出的千差万别、各不相同的使用要求。但铝的某些应用性能如硬度、耐磨性和耐腐蚀性还不大理想，表面处理技术正好弥补了这些弱点。铝及其合金的阳极氧化处理是改善其应用性能的最佳表面处理技术，即将铝部件置于酸性电解质中通电氧化，在表面生成一层具有连续纳米孔结构的氧化铝膜，膜的孔隙率很高具有很强的吸附性，可应用此性能对膜进行电化学着色或各种染料染色，提高工件的装饰性。这种开放性膜结构的不利之处在于易吸附环境中的腐蚀介质从而加速材料的腐蚀，因而，无论是未着色还是着色的阳极氧化膜必须经封闭处理后才能应用。

铝阳极氧化膜的封闭就是采用物理或化学的方法将纳米孔洞阻塞，从而降低膜的孔隙率及其吸附性能，改善膜的硬度和抗腐蚀性。沸水或高温蒸汽封孔、铬酸盐封孔和镍盐钴盐封孔是当前较为成熟的封闭技术。沸水或高温蒸汽封孔技术源于日本，其原理较为简单，膜的封闭过程就是氧化铝的水合过程，操作温度是封闭速度的主要控制因素，水质也会显著影响封闭膜的外观和封闭速度，过多的钙、镁离子，会使封孔膜出现斑迹和封闭灰；而过多的硅酸盐或磷酸盐会抑制膜的水解。高温水合封闭技术能耗大、对水质要求高的缺点压缩了该技术的市场空间，目前应用已经很少。铬酸盐封闭也是应用较早的一项阳极氧化封闭技术，其原理与水合封闭不尽相同，却与铝合金化学转化成膜的机理有相似之处，铬酸盐与氧化铝的化学反应产物阻塞纳米孔的同时，还在膜表面生成薄薄的一层致密铬化膜，但铬酸盐具有高毒性，所以该技术的应用也已很少。

镍盐钴盐封闭是当前国内外市场应用最广的阳极氧化膜封闭技术，有乙酸镍基中温封闭和氟化镍基常温封闭两大体系，封闭过程中，镍、钴等重金属离子在特定的条件下会发生水解，在阳极氧化膜纳米孔中生成沉淀，而将膜封闭。乙酸镍基中温体系一般封闭温度在80℃以上，在此温度下，氧化膜也会发生水解，即氧化铝水合与镍钴离子水解这两种化学反应是膜封闭的主要原因。氟化镍基常温封闭体系通常在室温下操作，氟离子对氧化铝的水合及镍钴离子的水解具有促进作用，但经氟化镍常温封闭处理后的氧化膜对温度及日光较为敏感，过高的温度和日晒会使封闭膜产生裂纹，显著降低膜的耐候性，因而此技术多用于封闭室内使用的铝制品。经镍基封闭剂处理后的阳极氧化膜无论从外观还是从性能上都可达到使用要求，但封闭剂中含有大量的镍、钴等重金属离子，对自然生态危害严重，欧美各国及我国对此类金属离子制定了严格的排放标准，废弃的封闭液必须经处理后才能排放，废水处理费用显著增加了铝合金加工商的运行成本，降低了产品的市场竞争力。

无镍中温封闭是近年来阳极氧化膜封闭技术的研究焦点，美国专利US5362317和US5374455配方中使用醋酸镁和醋酸钙代替乙酸镍作为封闭促进剂，使用芳香族磺酸盐阴离子表面活性剂做抑灰剂，封闭温度为75-90℃，速度为1-2min/um，该专利配方处理后膜的表面无灰，酸浸试验失重也可达到ASTM标准，但封闭有机染料染色膜时流色严重，膜易变色，烘干后滞留水渍。美国专利US5411607和US5478415配方中采用锂盐作为促进剂，也使用芳香族磺酸盐阴离子表面活性剂做抑灰剂，封闭温度为82℃以上，速度为2min/um，膜的外观及封闭质量都很好，但封闭液中锂盐含量大，成本很高，封闭染色膜时流色也很重，快速烘干后也有残留水渍。镁、钙、锂盐封闭体系尽管具有与环境相容性，但封闭膜仍具有诸多缺陷，工业上还没有大规模应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种铝合金阳极氧化膜无金属盐封闭剂，开发不含金属镍、镁、钙、锂盐及氟离子的环境友好型水溶性封闭剂，能广泛适用于本色阳极氧化膜、电解着色阳极氧化膜、硬质氧化膜以及染色阳极氧化膜的封孔处理，从而解决当前铝合金阳极氧化膜含金属盐封闭体系存在的环境污染、封孔膜层品级和封孔剂成本等诸多问题。

本发明铝合金阳极氧化膜无金属盐封闭剂，是由水合促进剂、pH缓冲剂、润湿剂和抑灰剂组成的水溶液，其组份配方如下：

水合促进剂

选自10～18碳烷基乙醇胺类化合物或/和环状多羟基低聚物

0.5-10g/L

pH缓冲剂

选自柠檬酸铵、乙酸铵、丙酸铵之一种或两种以上

1-15g/L

润湿剂