[发明专利]一种对铝及其合金表面进行着色的方法

说明书

技术领域

本发明涉及铝及其合金表面利用阳极氧化结构色的着色工艺领域，具体是一种对铝及其合金表面进行着色的方法。

背景技术

我国自从20世纪80年代开始，对铝和铝合金着色机理和氧化膜着色技术进行了研究，目前最广泛使用的铝和铝合金着色方法是阳极氧化电解着色法。电解氧化结合了阳极氧化和电化学沉积工艺，首先把铝片或铝合金片在酸溶液中氧化，形成蜂窝状多孔氧化膜，然后在含有金属盐离子的溶液中进行电解处理，在电场作用下，将金属离子沉积到氧化膜的孔隙中。按照沉积金属盐的不同阳极氧化电解着色主要分为镍盐、锡盐、铜盐电解着色，这几种金属沉积出的颜色主要是黄-褐-黑色系和蓝绿色系。阳极氧化电解着色存在着颜色单一、工艺复杂、着色液的稳定性和分散性差等问题，一直没有得到很好解决。

光子晶体是指具有光子能带及能隙的一类新材料。如果将具有不同介电常数的介质材料在空间按一定的周期排列，会出现类似于半导体禁带的“光学禁带”。光学禁带中的光被反射形成结构色是光子晶体着色的基本原理。由于现有技术中的氧化铝光子晶体采用电流法制备，无法在铝或铝合金基上直接显色，设备成本高，并且因为和样品面积相关而无法应用到形状复杂的零件上，因此，目前氧化铝光子晶体的概念并没有被应用到铝或铝合金着色工艺上。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种对铝及其合金表面进行着色的方法，本发明具有工艺简单、稳定、环保、颜色调节范围宽、调节手段方便的优势。

本发明方案设计依据：

阳极氧化形成的层状三维氧化铝光子晶体薄膜，在光垂直入射时，其光学禁带性能可用以下简化的Bragg-Snell公式来表示：

2dn_eff＝m_iλ_i

其中，d是垂直于样品表面的层间距；m_i为正整数，对应每一个吸收峰的级数；λ_i是每个吸收峰的波长；n_eff是样品的有效折射率。因此，通过调节层间距d值，可以精确线性地调节样品的光谱反射峰位置，也就是调节不同的颜色。因此，本发明通过调节氧化时间或周期电压，改变层间距d值，就可在光见光波段内精确调节着色铝或铝合金表面的不同颜色。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种对铝及其合金表面进行着色的方法，包括如下步骤：

(1)首先对铝或铝合金表面进行清洗和抛光；

(2)使用浓度为0.1～3摩尔/升的硫酸电解液，以上述处理好的铝或铝合金为阳极，石墨为阴极，进行恒压阳极预氧化，预氧化电压10～20伏特，预氧化时间20分钟～3小时；

(3)再利用随时间呈周期性变化的电压对上述铝或铝合金表面进行氧化，得到层状结构的氧化铝光子晶体，利用其光学禁带的结构色对铝或铝合金表面实现着色，并通过保持时间一定，只改变电压或保持电压一定，只改变时间，即可控制氧化铝光子晶体的不同层状结构，从而调节铝或铝合金表面不同的颜色。

所述步骤(3)中随时间呈周期性变化的电压，在一个周期内包括正弦上升、高压保持、直线下降和两个正弦下降，共五个阶段：时间t₁内，电压由U₁正弦上升到U₂，在U₂保持时间为t₂，然后在时间t₃内由U₂直线下降到U₃，随后在时间t₄内从U₃正弦下降到U₄，最后在时间t₅内由U₄正弦下降回到U₁，其中时间t₁取值范围为25～250秒，t₂为25～250秒，t₃为12～125秒，t₄为40～400秒，t₅为145～1450秒，电压U₁取值在3～13伏特之间，U₂在7～30伏特之间，U₃在5～22伏特之间，U₄在4～15伏特之间。

所述预氧化和氧化着色的温度均为0～5℃。

所述步骤(3)中电压随时间呈周期性变化的周期数即为层状氧化铝光子晶体的层数，即可控制铝或铝合金表面颜色色泽，优选地本发明采用的周期数为50～300次。