一种适用于铝合金表面着色的方法
阅读说明：本技术 一种适用于铝合金表面着色的方法 (Method suitable for coloring surface of aluminum alloy ) 是由 庞美兴 曾文涛 于 2021-07-15 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种适用于铝合金表面着色的方法,包括如下步骤：S1,将铝合金进行碱洗和酸洗；S2,将铝合金置于活化液中进行电解活化；S3,一次电解着色,将铝合金置于一次电解着色液中进行直流电解着色,一次电解着色液组分包括35-50g/L的七水硫酸镍、25-30g/L的硫酸亚锡、1-2g/L的间氨基苯磺酸、2-3g/L的乙二胺四乙酸二钠、5-7g/L的2-氨基-1-丁醇、3-5g/L的植酸；S4,二次电解着色,将铝合金置于二次电解着色液中进行直流电解着色,二次电解着色液组分包括15-20g/L的七水硫酸镍、10-20g/L的硫酸亚锡、5-10g/L的苯甲酸钠、4-6g/L的聚乙二醇、1-2g/L的2-吡咯羧酸乙酯、2-4g/L的三氟甲基磺酸钠；S5,封孔。(The invention relates to a method suitable for coloring the surface of an aluminum alloy, which comprises the following steps: s1, performing alkali washing and acid washing on the aluminum alloy; s2, placing the aluminum alloy in an activating solution for electrolytic activation; s3, carrying out primary electrolytic coloring, namely putting the aluminum alloy into primary electrolytic coloring liquid for direct current electrolytic coloring, wherein the primary electrolytic coloring liquid comprises 35-50g/L nickel sulfate heptahydrate, 25-30g/L stannous sulfate, 1-2g/L metanilic acid, 2-3g/L disodium ethylene diamine tetraacetate, 5-7 g/L2-amino-1-butanol and 3-5g/L phytic acid; s4, secondary electrolytic coloring, namely, putting the aluminum alloy into secondary electrolytic coloring liquid for direct current electrolytic coloring, wherein the secondary electrolytic coloring liquid comprises 15-20g/L nickel sulfate heptahydrate, 10-20g/L stannous sulfate, 5-10g/L sodium benzoate, 4-6g/L polyethylene glycol, 1-2g/L ethyl 2-pyrrole carboxylate and 2-4g/L sodium trifluoromethanesulfonate; and S5, sealing the holes.)
技术领域
本发明涉及表面处理技术领域，特别是涉及一种适用于铝合金表面着色的方法。
背景技术
铝合金重量轻，强度比高，易于加工，且耐腐蚀性良好，由于铝合金的这些优良性质，可以广泛应用于建材、车辆构件、家具等领域中。铝合金阳极氧化电解着色是利用阳极氧化的方法在铝合金表面形成致密、厚实的氧化膜层，从而进一步提升铝合金的耐蚀性、硬度、耐磨性和装饰性能。现有铝合金表面着色的技术方案为将铝合金经过普通硫酸阳极氧化后，再在含有金属盐的电解着色槽中制备有色氧化膜，光线射到此类有色氧化膜时发生漫散射，从而使有色氧化膜呈现颜色。目前应用于铝合金表面着色的金属盐包括硫酸亚锡(香槟、古铜、黑色)、硫酸镍(香槟、古铜、黑色)、高锰酸钾(金黄色)、硫酸铜(紫铜色)、二氧化硒(K金)等。
现有的铝合金表面着色的技术方案存在的技术问题为：1.铝合金表面阳极氧化着色过程中容易出现着色不均匀；2.为提高铝合金阳极氧化着色的装饰性效果，往往需要在着色槽中添加有毒的镍类金属和消耗大量金属盐溶液。
发明内容
针对现有技术中存在的技术问题，本发明提供一种适用于铝合金表面着色的方法，该方法能使铝合金表面着色更均匀，并且该方法能使铝合金表面呈现质感佳的黑色着色层。
本发明所要达到的技术效果通过以下方案实现：
本发明中提供的一种适用于铝合金表面着色的方法，包括如下步骤：
S1，前处理，前处理包括碱洗和酸洗，得到表面平整光洁、化学性能活泼的铝合金；
S2，活化，将铝合金置于活化液中进行电解活化，活化液包括10-20g/L的硫酸、30-40g/L的磷酸二氢钠、0.2-0.3g/L的乙酸钠，活化温度为75-80℃，电解时间为45-60s，电流密度为0.1-0.15A/dm2；
S3，一次电解着色，将铝合金置于一次电解着色液中进行直流电解着色，一次电解着色液组分包括35-50g/L的七水硫酸镍、25-30g/L的硫酸亚锡、1-2g/L的间氨基苯磺酸、2-3g/L的乙二胺四乙酸二钠、5-7g/L的2-氨基-1-丁醇、3-5g/L的植酸，该一次电解着色液利用稀硫酸和氨水调节pH值在4.8-5.0范围内，着色温度为40-60℃，着色的恒电流密度为0.6-0.8A/dm2，着色时长为1-3min，对电极采用石墨电极；
S4，二次电解着色，将铝合金置于二次电解着色液中进行直流电解着色，二次电解着色液组分包括15-20g/L的七水硫酸镍、10-20g/L的硫酸亚锡、5-10g/L的苯甲酸钠、4-6g/L的聚乙二醇、1-2g/L的2-吡咯羧酸乙酯、2-4g/L的三氟甲基磺酸钠，该二次电解着色液利用稀硫酸和氨水调节pH值在4.0-4.5范围内，着色温度为40-60℃，着色的恒电流密度为0.3-0.6A/dm2，着色时长为5-10min，对电极采用石墨电极；
S5，封孔，将上述电解着色后的铝合金表面喷淋冲洗干净后浸入封孔液中进行封孔，封孔液的组分包括5-10g/L的乙烯基三甲氧基硅烷、5-8g/L的三乙醇胺、4-8g/L硅酸钠、7-7.5g/L的N,N-二甲基甲酰胺，该封孔液利用稀硫酸和氨水调节pH值在6-6.5范围内，封孔温度为80-90℃，封孔时长为5-10min。
上述相邻的步骤之间还包括水洗工序，例如使用流动的去离子水清洗铝合金的表面。
在一实施例中，前处理具体为：将铝合金放在温度为50-70℃的碱洗液中浸泡2-3min，将碱洗后的铝合金用去离子水冲洗干净，然后再放入酸洗液中浸泡4-5min。碱洗液包括30-40g/L的氢氧化钠、0.2-0.5g/L的十二烷基硫酸钠和1-2g/L的葡萄糖酸钠，酸洗液为硫酸和硝酸的混合溶液。
铝合金的表面覆盖有一层氧化膜，该氧化膜的的主要成分是氧化铝，在电解着色过程中，一次电解着色液/二次电解着色液中的金属离子在氧化膜孔中进行电解析出，电子必须向氧化膜表面移动，金属离在氧化膜的空隙中沉积着色。
本发明提供的一种适用于铝合金表面着色的方法，该方法的前处理步骤将铝合金表面原有的氧化膜去除，再通过活化步骤利用电解活化使铝合金表面形成活化点，同时使铝合金表面新生成的氧化膜更加平整均匀，有利于提高后续电解着色的均匀性。在进行活化步骤时候，铝合金的活化过程在超声环境下进行，超声频率为80-120KHz，从而防止活化过程中铝合金表面生成的气泡导致铝合金氧化层形成凹凸不平。
本发明提供的一种适用于铝合金表面着色的方法，该方法包括两次电解着色，一次电解着色在铝合金氧化膜表面形成一层有色膜层，二次电解着色，在有色膜层上附着一层更为牢固、坚韧的着色层，该着色层颜色为黑色。有色膜层和着色层均可视为阳极氧化层。
在一次电解着色液中，七水硫酸镍和硫酸亚锡提供金属离子，乙二胺四乙酸二钠作为络合剂使用，植酸作为pH稳定剂使用，间氨基苯磺酸作为增黑剂使用，2-氨基-1-丁醇作为渗透剂使用。
在二次电解着色液中，七水硫酸镍和硫酸亚锡提供金属离子，苯甲酸钠作为pH稳定剂使用，聚乙二醇作为渗透剂使用，2-吡咯羧酸乙酯和三氟甲基磺酸钠均作为增黑剂使用。
在进行二次电解着色时，一次电解着色过程中产生的有色膜层层借助二次主色液中酸性环境转变成交流氧化膜，有色膜层的结构不会发生变化，宏观看来，铝合金表面的着色层更加均匀、着色深入无“浮色”。
相比于现有技术，本发明提供的技术方案至少存在以下有益效果：
1.本发明提供了一种适用于铝合金表面着色的方法，该方法利用两次电解着色和封孔，使铝合金表面的着色层更均匀、稳定、硬度更高，且铝合金着色层最终呈现质感佳的黑色着色层，适合用于高端铝合金件的着色；
2.本发明所采用的封孔液不含重金属，对人和环境无毒无害，封孔处理后铝合金表面的颜色均一稳定并且耐腐蚀性能提升；
3.本发明所采用的渗透剂和增黑剂可有效提高金属离子的利用效率，并且增黑剂的使用可以替代有毒的镍类金属，从而避免向一次电解着色液/二次电解着色液中添加有毒的镍类金属，也减少了一次电解着色液/二次电解着色液中金属盐溶液的消耗；
4.间氨基苯磺酸和2-氨基-1-丁醇的协同作用能使得一次电解着色后在铝合金氧化膜表面形成一层整平性能和均匀性好的有色膜层，聚乙二醇、2-吡咯羧酸乙酯和三氟甲基磺酸钠的协同作用使得一次电解着色过程中在有色膜层上着色均匀性好，着色范围更宽。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行详细的说明。
本发明实施例中采用的铝合金为20*20*5cm3的七系铝合金板材。
实施例1
本实施例提供一种适用于铝合金表面着色的方法，包括如下步骤：
S1，前处理，将铝合金放在温度为60℃的碱洗液中浸泡3min，将碱洗后的铝合金用去离子水冲洗干净，然后再放入酸洗液中浸泡5min，得到表面平整光洁、化学性能活泼的铝合金；
S2，活化，将铝合金置于活化液中进行电解活化，活化液包括15g/L的硫酸、35g/L的磷酸二氢钠、0.25g/L的乙酸钠，活化温度为78℃，电解时间为50s，电流密度为0.12A/dm2，电解活化过程在超声环境下进行，超声频率为100KHz；
S3，一次电解着色，将铝合金置于一次电解着色液中进行直流电解着色，一次电解着色液组分包括40g/L的七水硫酸镍、28g/L的硫酸亚锡、1.5g/L的间氨基苯磺酸、2.5g/L的乙二胺四乙酸二钠、6g/L的2-氨基-1-丁醇、4g/L的植酸，该一次电解着色液利用稀硫酸和氨水调节pH值为4.9，着色温度为50℃，着色的恒电流密度为0.7A/dm2，着色时长为2min，对电极采用石墨电极；
S4，二次电解着色，将铝合金置于二次电解着色液中进行直流电解着色，二次电解着色液组分包括18g/L的七水硫酸镍、15g/L的硫酸亚锡、7g/L的苯甲酸钠、5g/L的聚乙二醇、1.5g/L的2-吡咯羧酸乙酯、3g/L的三氟甲基磺酸钠，该二次电解着色液利用稀硫酸和氨水调节pH为4.4，着色温度为50℃，着色的恒电流密度为0.5A/dm2，着色时长为8min，对电极采用石墨电极；
S5，封孔，将上述电解着色后的铝合金表面喷淋冲洗干净后浸入封孔液中进行封孔，封孔液的组分包括6g/L的乙烯基三甲氧基硅烷、7g/L的三乙醇胺、5g/L硅酸钠、7.2g/L的N,N-二甲基甲酰胺，该封孔液利用稀硫酸和氨水调节pH为6.3，封孔温度为85℃，封孔时长为9min。
实施例2
本实施例提供一种适用于铝合金表面着色的方法，本实施例提供的方法与实施例1所提供的方法的区别仅在于：本实施提供的方法中采用的一次电解着色不含有2-氨基-1-丁醇。
实施例3
本实施例提供一种适用于铝合金表面着色的方法，本实施例提供的方法与实施例1所提供的方法的区别仅在于：本实施提供的方法中采用的一次电解着色不含有间氨基苯磺酸。
实施例4
本实施例提供一种适用于铝合金表面着色的方法，本实施例提供的方法与实施例1所提供的方法的区别仅在于：本实施提供的方法中采用的二次电解着色不含有聚乙二醇。
实施例5
本实施例提供一种适用于铝合金表面着色的方法，本实施例提供的方法与实施例1所提供的方法的区别仅在于：本实施提供的方法中采用的二次电解着色不含有2-吡咯羧酸乙酯。
实施例6
本实施例提供一种适用于铝合金表面着色的方法，本实施例提供的方法与实施例1所提供的方法的区别仅在于：本实施提供的方法中采用的二次电解着色不含有三氟甲基磺酸。
对实施例1-6着色后的铝合金记录表面黑度与颜色均匀程度，结果如下表1所示。
实施例3、实施例5-6制备的着色层的表面凹坑较多，表面较为粗糙，并且出现“浮灰”，实施例2和实施例4制备的着色层的均匀性差；而实施例1制得的着色层的凹坑较少，表面平整，无“浮灰”的出现，并且均匀性较好，呈现质感佳的黑色着色层，说明金属离子在铝合金的有色膜层和着色层的孔道结构中的均匀沉积。因此，间氨基苯磺酸和2-氨基-1-丁醇的协同作用、以及聚乙二醇、2-吡咯羧酸乙酯和三氟甲基磺酸钠的协同作用对于着色层微观结表面结构的构建、对着色层的均匀性有重要影响。
表1
外观颜色
颜色均匀性
黑度
实施例1
纯黑色
表面颜色均匀
最黑
实施例2
青黑色
表面颜色不均匀
黑
实施例3
红黑色
表面有浮灰
不黑
实施例4
青黑色
表面颜色不均匀
黑
实施例5
红黑色
表面有浮灰
不黑
实施例6
红黑色
表面有浮灰
不黑
由上述实施例可看出，本发明提供了一种适用于铝合金表面着色的方法，该方法利用两次电解着色和封孔，使着色层更均匀、稳定、硬度更高，且铝合金着色层最终呈现质感佳的黑色着色层。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。