專利名稱：鋁陽極氧化膜的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鋁陽極氧化膜的制備方法，屬于陽極氧化的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
鋁及其合金具有比強度高、導(dǎo)熱和導(dǎo)電性好、色澤美觀、無磁性、耐腐蝕性能及塑性和成形性好、無低溫脆性等優(yōu)點，是一種具有優(yōu)良綜合性能的有色金屬材料。當(dāng)前鋁及其合金已廣泛用于航天航空、建筑、汽車、機械設(shè)備和民用裝飾五金件等。但鋁的某些性還不太理想，如硬度、耐磨性和耐蝕性等表面性能。為了克服鋁合金表面性能方面的缺點，也是為了提高防護性、裝飾性和功能性，鋁的表面技術(shù)中的陽極氧化和涂層是兩種最常用的保護手段。
鋁及鋁合金陽極氧化是將鋁或鋁合金置于適當(dāng)?shù)碾娊庖褐凶鳛殛枠O進行通電處理的過程。經(jīng)過陽極氧化，鋁表面能生成厚度為幾微米至近百微米的氧化膜。在酸性電解液中進行陽極氧化，生成的是多孔型的鋁陽極氧化膜。多孔型陽極氧化膜由兩層氧化膜所組成，底層是致密無孔的薄氧化物層，叫做阻擋層，其厚度只與外加陽極氧化電壓有關(guān)。而主體部分是多孔層結(jié)構(gòu)，其厚度取決于通過的電量。多孔層的氧化物結(jié)構(gòu)單元胞是非晶態(tài)多孔型陽極氧化膜的最小結(jié)構(gòu)單元，其中心是一個圓孔，直通孔底的呈扇形的阻擋層，孔壁為比較致密的呈六方結(jié)構(gòu)的鋁氧化物。陽極氧化根據(jù)電解液的不同可分為不同類型，現(xiàn)代工業(yè)中主要采用硫酸、草酸、鉻酸以及硼酸作為電解液。其中硫酸陽極氧化具有生產(chǎn)成本低，膜透明度高，耐蝕性和耐磨性好，電解著色和化學(xué)染色容易而廣泛使用。另外，在硫酸陽極氧化液中加入草酸可提高陽極氧化成膜速率及溫度上限值，還可以降低硫酸電解液的酸性，降低電解液對鋁氧化膜的化學(xué)溶解作用，故硫酸一草酸陽極氧化也被廣泛研究使用。在陽極氧化過程中，部分電能會轉(zhuǎn)化為熱量，導(dǎo)致電解液溫度升高，超過一定范圍會增加氧化鋁溶解速率，使獲得的氧化膜阻擋層厚度減少，氧化膜的孔隙率增加氧化膜的耐蝕性、耐磨性及厚度下降。故加快電解過程中熱量的散發(fā)的研究是很有必要的。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種鋁陽極氧化膜的制備方法，該方法制備過程簡單，生產(chǎn)操作安全，生產(chǎn)成本低。本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案加以實現(xiàn)的，一種鋁陽極氧化膜的制備方法，方法之一，其特征在于包括以下過程
1.將片狀鋁基體用水砂紙打磨；
2.機械拋光；
3.將拋光后的鋁基體浸泡在由質(zhì)量濃度為O.75%的NaOH，質(zhì)量濃度為2. 5%的Na2CO3,質(zhì)量濃度為5%的Na3PO4 · 12H20和質(zhì)量濃度為O. 1%的洗衣粉構(gòu)成的除垢劑中，在溫度60 80°C下進行I 2min，取出鋁基體用去離子水沖洗并干燥；4.將除垢后的鋁基體浸泡在質(zhì)量濃度為4.5%的NaOH的堿蝕劑中，在溫度40 60°C下進行2 4min，取出鋁基體用去離子水沖洗并干燥；
5.將堿蝕后的鋁基體浸泡在體積濃度為15%的硝酸的除灰劑中，在室溫下進行I 3min，取出鋁基體用去離子水沖洗并干燥；
6.將步驟5處理后的鋁基體進行陽極氧化，采用的電解液由下列組分及其質(zhì)量含量組
成
H2SO4 :16 24 %，
草酸:1· 8 2. 2%,
丙三醇1. 5%，
乙醇0. 5%,
余量為水；
在上述的電解液中，以步驟5處理過的鋁基體為陽極，采用質(zhì)量含量為99. 999%的純鋁為陰極，且陰極與陽極面積之比為(I. 5 2):1，在溫度為12 18°C和電流密度為18 22mA/cm2的條件下進行ISOmin的陽極氧化，得到鋁陽極氧化膜。方法之二，其特征在于包括以下過程
步驟I 5同方法之一，
6.將步驟5處理后的鋁基體進行陽極氧化，電解液采用等體積的乙醇和乙酸為溶劑，溶劑中含有下列組分及其質(zhì)量含量
H2SO4 :18 22 %，
草酸:1· 8 2. 2%,
丙三醇1. 5% ；
在上述的電解液中，以經(jīng)步驟5處理過的鋁基體為陽極，采用質(zhì)量含量99. 999%的純鋁為陰極，且陰極與陽極面積之比為(I. 5 2) :1，在溫度為12 18°C和電流密度為4 8mA/cm2的條件下進行75min的陽極氧化，得到鋁陽極氧化膜。本發(fā)明的優(yōu)點在于，本發(fā)明所采用的電解液中加入一定量的易揮發(fā)的醇類物質(zhì)丙三醇和乙醇，能帶走電解過程中生成的熱量，有效控制溫度，并能顯著降低對氧化膜的化學(xué)溶解，所以可以進行較長時間的陽極氧化有利于得到較厚的陽極氧化膜，厚度可達180μπι ;這樣厚度的陽極氧化膜因氧化時間足夠延長能顯著提高氧化膜構(gòu)型的規(guī)整度。氧化膜構(gòu)型的規(guī)整度沿著膜孔的方向是變化的，越靠近孔底部位，構(gòu)型越規(guī)整；方法二所采用的電解液包括乙醇和乙酸成分，鋁基在這種成分的電解液中易生成的較厚的阻擋層以及生成的較大尺寸的氧化膜晶胞。另外，與傳統(tǒng)的鋁陽極氧化方法相比較，本發(fā)明生產(chǎn)成本低，操作簡便、安全。
圖I為實施例I所制得的陽極氧化膜水平斷面形貌；
圖2為實施例I所制得的陽極氧化膜垂直斷面形貌；
圖3為實施例2所制得的陽極氧化膜水平斷面形貌；
圖4為實施例2所制得的陽極氧化膜垂直斷面形貌；
圖5為實施例3所制得的陽極氧化膜水平斷面形貌；圖6為實施例3所制得的陽極氧化膜垂直斷面形貌；
具體實施例方式實施例I
以質(zhì)量純度為9 9. 999%純鋁試片(IC m X IC m )作為氧化膜生長的鋁基體，經(jīng)水砂紙(#180, #600，#1200，#1500)打磨、用型號為BR_b02圓盤拋光機機械拋光；拋光后的鋁片在200ml 的成分為 NaOH 7. 5g/L、Na2CO3 25g/L、Na3PO4 · 12H20 50g/L 和洗衣粉 lg/L 的水溶液在60°C下除油浸泡Imin ;然后再經(jīng)去離子水清洗、室溫干燥后，采用濃度為40 g/L的NaOH200ml水溶液在40°C下堿蝕浸泡2min ;再經(jīng)去離子水清洗、室溫干燥后,采用體積分數(shù)為15%的硝酸200ml水溶液在室溫下除灰浸泡lmin，之后對試片再進行去離子水清洗、室溫干燥處理；
將處理過的鋁試片作為陽極，采用質(zhì)量純度為99. 999%純鋁作為陰極，陰極面積為
I.5cm2,陰、陽極在60ml組成成分為H2SO4 180g/L,草酸18g/L，丙三醇15ml/L和乙醇5ml/L組成的電解液中，在溫度為12°C和電流密度為18mA/cm2的條件下進行150min陽極氧化后取出；此后再將試片經(jīng)去離子水清洗后室溫干燥，得到鋁陽極氧化膜。實施例2
以質(zhì)量純度為9 9. 999%純鋁試片(I c m X I c m )作為氧化膜生長的鋁基體，經(jīng)水砂紙(#180, #600，#1200，#1500)打磨、用型號為BR_b02圓盤拋光機機械拋光；拋光后的鋁片浸泡在 200ml 成分為 NaOH 7. 5g/L、Na2CO3 25g/L、Na3PO4 · Iffi2O 50g/L 和洗衣粉 lg/L 水溶液在70°C下進行I. 5min ;然后再經(jīng)去離子水清洗、室溫干燥后,采用200ml濃度為NaOH 45g/L水溶液在50°C下浸泡3min ;再經(jīng)去離子水清洗、室溫干燥后,采用200ml體積分數(shù)為硝酸15%水溶液在室溫下浸泡2min，之后對試片再進行去離子水清洗、室溫干燥處理；
將處理過的鋁試片作為陽極，采用質(zhì)量純度為99. 999%純鋁作為陰極，陰極面積為2cm2，陰、陽極在60ml的組成成分為H2SO4 200g/L，草酸20g/L，丙三醇15ml/L和乙醇5ml/L組成的電解液中，在溫度14°C和電流密度為20mA/cm2的條件下進行ISOmin陽極氧化后取出；此后再將試片經(jīng)去離子水清洗后室溫干燥，得到鋁陽極氧化膜。實施例3
以質(zhì)量純度為9 9. 999%純鋁試片(I c m X I c m )作為氧化膜生長的鋁基體，經(jīng)水砂紙(#180, #600，#1200，#1500)打磨、用型號為BR_b02圓盤拋光機機械拋光；拋光后的鋁片在200ml 成分為 NaOH 7. 5g/L、Na2CO3 25g/L、Na3PO4 · Iffi2O 50g/L 和洗衣粉 lg/L 水溶液在80°C下浸泡2min ;然后再經(jīng)去離子水清洗、室溫干燥后,采用200ml濃度為NaOH 50 g/L水溶液在60°C下浸泡4min ;再經(jīng)去離子水清洗、室溫干燥后,采用200ml體積分數(shù)為硝酸15%水溶液在室溫下浸泡3min，之后對試片再進行去離子水清洗、室溫干燥處理；
將處理過的鋁試片作為陽極，采用質(zhì)量純度為99. 999%純鋁作為陰極，陰極面積為2cm2，陰、陽極在含有H2SO4 200g/L，草酸20g/L，丙三醇15ml/L的30ml乙酸和30ml乙醇的混合有機電解液中，在溫度16°C和電流密度為8mA/cm2的條件下進行75min陽極氧化后取出；此后再將試片經(jīng)去離子水清洗后室溫干燥，得到鋁陽極氧化膜。
權(quán)利要求
1.一種鋁陽極氧化膜的制備方法，其特征在于包括以下過程 1)將片狀鋁基體用水砂紙打磨； 2)機械拋光； 3)將拋光后的鋁基體浸泡在由質(zhì)量濃度為0.75%的NaOH，質(zhì)量濃度為2. 5%的Na2CO3,質(zhì)量濃度為5%的Na3PO4 12H20和質(zhì)量濃度為0. 1%的洗衣粉構(gòu)成的除垢劑中，在溫度60 80°C下進行I 2min，取出鋁基體用去離子水沖洗并干燥； 4)將除垢后的鋁基體浸泡在質(zhì)量濃度為4.5%的NaOH的堿蝕劑中，在溫度40 60°C下進行2 4min，取出鋁基體用去離子水沖洗并干燥； 5)將堿蝕后的鋁基體浸泡在體積濃度為15%的硝酸的除灰劑中，在室溫下進行I 3min，取出鋁基體用去離子水沖洗并干燥； 6)將步驟5)處理后的鋁基體進行陽極氧化，采用的電解液由下列組分及其質(zhì)量含量組成H2SO4 :16 24 %， 草酸:1. 8 2. 2%, 丙三醇1. 5%， 乙醇0. 5%, 余量為水； 在上述的電解液中，以步驟5)處理過的鋁基體為陽極，采用質(zhì)量含量為99. 999%的純鋁為陰極，且陰極與陽極面積之比為(I. 5 2):1，在溫度為12 18°C和電流密度為18 22 mA/cm2的條件下進行ISOmin的陽極氧化，得到鋁陽極氧化膜。
2.一種鋁陽極氧化膜的制備方法，其特征在于包括以下過程 1)將片狀鋁基體用水砂紙打磨； 2)機械拋光； 3)將拋光后的鋁基體浸泡在由質(zhì)量濃度為0.75%的NaOH，質(zhì)量濃度為2. 5%的Na2CO3,質(zhì)量濃度為5%的Na3PO4 12H20和質(zhì)量濃度為0. 1%的洗衣粉構(gòu)成的除垢劑中，在溫度60 80°C下進行I 2min，取出鋁基體用去離子水沖洗并干燥； 4)將除垢后的鋁基體浸泡在質(zhì)量濃度為4.5%的NaOH的堿蝕劑中，在溫度40 60°C下進行2 4min，取出鋁基體用去離子水沖洗并干燥； 5)將堿蝕后的鋁基體浸泡在體積濃度為15%的硝酸的除灰劑中，在室溫下進行I 3min，取出鋁基體用去離子水沖洗并干燥； 6)將步驟5)處理后的鋁基體進行陽極氧化，電解液采用等體積的乙醇和乙酸為溶劑，溶劑中含有下列組分及其質(zhì)量含量H2SO4 :18 22 %， 草酸:1. 8 2. 2%, 丙三醇1. 5% ； 在上述的電解液中，以經(jīng)步驟5)處理過的鋁基體為陽極，采用質(zhì)量含量99. 999%的純鋁為陰極，且陰極與陽極面積之比為(I. 5 2) :1，在溫度為12 18°C和電流密度為4 8 mA/cm2的條件下進行75min的陽極氧化，得到鋁陽極氧化膜。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鋁陽極氧化膜的制備方法。該方法步驟包括除油、堿蝕、除灰和陽極氧化過程，所述的陽極氧化過程是以經(jīng)過處理的鋁基體為陽極，以純鋁為陰極，在由硫酸、草酸、丙三醇、乙醇組成的水溶液為電解液，或是在由硫酸、草酸、丙三醇的乙酸和乙酸溶液為電解液，在溫度為12～18℃和電流密度為18～22mA/cm2的條件下進行陽極氧化處理，得到鋁陽極氧化膜。本發(fā)明優(yōu)點在于，制備過程簡單，生產(chǎn)操作安全，生產(chǎn)成本低，所制得的氧化膜具有較好的結(jié)構(gòu)構(gòu)型。
文檔編號C25D11/10GK102808207SQ20121032490
公開日2012年12月5日 申請日期2012年9月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月5日
發(fā)明者唐子龍, 劉文靜 申請人:天津大學(xué)