[发明专利]制备耐碱的阳极氧化铝表面的多步骤方法

说明书

本发明涉及制备耐酸、耐碱、高光泽的阳极氧化铝表面的多步骤方法。在本发明的方法中，铝和/或铝合金的阳极氧化表面首先通过将其与含水组合物(A)接触而进行封闭(seal)，所述含水组合物(A)包含SiO₂∶M₂O的摩尔比为至少2∶1且不超过4∶1的水溶性碱金属硅酸盐，其中碱金属原子M选自Li、Na和/或钾，并且然后用酸性含水组合物(B)进行后处理，所述酸性含水组合物(B)包含锆和/或钛的水溶性无机化合物和/或硅的水溶性氟络合物，优选锆和/或钛(特别是锆)的水溶性化合物和任选存在的释放氟离子的水溶性无机氟化合物，其中酸性含水组合物(B)中锆、钛和/或硅的所有元素总数与氟的摩尔比优选不大于1∶4。

电化学制备铝上的氧化物层是本领域常用的在铝材料上制备抗腐蚀和/或装饰涂层的方法(铝的阳极氧化工艺)。电化学制备的铝氧化物覆盖层保护铝基质不受腐蚀和气候的影响并另外增加由阳极氧化铝材料制成的部件的表面硬度和耐磨性。

在Ullmannsder technischen Chemie，第5版，vol.9(1987)，第174-176页中描述了各种将铝阳极氧化的方法并是已知的。对于将铝材料阳极氧化，根据所使用的电解液，现在有标准化的方法，这些方法各自提供了与应用相关的特定技术优势，所述方法例如在硫酸(Eloxal GS)、铬酸(Bengough-Stuart)、磷酸(Boeing)或草酸(Eloxal GX)中阳极氧化。在Eloxal GS方法中，在18-21V的电压下向工件施用0.5-3A/dm²的电流密度，浴温(bath temperature)通常为10-25℃。通过Eloxal GS，可以实现约30-50μm的氧化物层厚度。在将铝阳极氧化的所有方法中，往往获得最大氧化物层厚度，这一方面由所使用的电解液的溶解动力学和另一方面由作为浴电压(bath voltage)的函数的氧化物层的形成动力学预先决定的。

阳极氧化工艺制备的氧化物层在金属基质材料上形成了对抗腐蚀性介质的阻挡层，仅通过材料侧的薄的致密氧化物层(这构成整体氧化物层的仅2％)确保阻挡效果。目前为止，最大部分的氧化物层是无定形的且多孔的并因此不能提供对抗侵蚀性介质的有效保护。新制备的氧化物层的多孔性对于提高有机覆盖层在阳极氧化材料上的附着是有利的，但是对于在强腐蚀性环境中使用铝部件是非常不利的。例如，这些氧化物层不适于作为阻挡层用在汽车领域的铝轮辋上，其暴露于不断的风化中或与汽车清洗中的碱性清洗剂接触。为此，阳极氧化部件首先在含水介质中进行后处理以通过电解获得的氧化物层的水解对孔进行封闭。该工艺(在阳极氧化之后)在技术语言中是指致密化或封闭。多孔氧化物层的致密化可以在含水介质的不同浴温下进行(在金属催化剂存在下的冷封闭/热封闭)且具有将其转变为具有勃姆石结构的致密氧化物的效果。由于该致密化工艺，氧化物涂层的耐腐蚀性显著增加，特别是在pH5-8情况下(T.W.Jelinek，von Aluminium，Eugen G.Leuze Verlag，1997，chapter6.1.3.1)。

为了快速且有效地封闭电解的铝氧化物层，通常在封闭浴中加入无机化合物，其加速多孔铝氧化物层的水解并提供额外的氧化物层结构或至少氧化物层的表面修饰。因此，现有技术中的封闭浴可以包含水溶性硅酸盐用于额外增加氧化物层的耐腐蚀性(US 6,686,053)或用于在制备平版印刷平板中使得材料表面亲水化(US 3,181,461，US 2,714,066)。

在这些应用领域中，由于铝和硅的强亲和力以形成混合氧化物，用含水、含硅酸盐的组合物封闭阳极氧化铝表面是通常选择的方法。在这种封闭方法中，阳极氧化铝氧化物层的孔通过形成硅和铝的混合氧化物被封闭。同时，材料的阳极氧化表面通过形成富硅覆盖层被亲水化，这特别是对于制备平版印刷平板的方法是需要的。

尤其是对于铝表面的耐腐蚀性，通过向含硅酸盐的封闭浴中加入元素锆和/或钛的水溶性络合化合物(EP 0 193 964)和加入分散的颗粒状硅氧化物和/或铝氧化物(EP 1 064 332)，在现有技术中获得进一步改进。