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鋁合金型材陽(yáng)極氧化表面處理工藝及處理槽裝置的制作方法

文檔序號(hào):85704閱讀:1303來(lái)源:國(guó)知局
專利名稱:鋁合金型材陽(yáng)極氧化表面處理工藝及處理槽裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及鋁合金表面處理技術(shù),尤其是指鋁合金型材陽(yáng)極氧化表面處理工藝,本發(fā)明還涉及陽(yáng)極氧化處理槽裝置。
背景技術(shù)
用傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)的陽(yáng)極氧化鋁型材,特別是建筑用鋁合金門窗用材,按國(guó)標(biāo)GB5237.2-2004的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),每氧化一噸(約400~500m2)的10微米膜厚鋁材,氧化工序耗電900kwh,其中20~30%的電耗是為了控制鋁材陽(yáng)極氧化過(guò)程中的放熱反應(yīng),通常是利用制冷機(jī)制冷來(lái)保證槽液溫度恒定在20±2℃而耗用的電能。當(dāng)槽溫超過(guò)23℃,就會(huì)引起氧化膜質(zhì)量下降,產(chǎn)生膜層疏松、著色差等缺陷。傳統(tǒng)的鋁材陽(yáng)極氧化工藝,氧化槽液組成為硫酸150~180g/L,5g/L≤Al3+≤20g/L,槽液溫度20±2℃,電流密度1~1.5A/dm2,直流電壓15~17伏,生成10微米膜層所需陽(yáng)極氧化通電時(shí)間為25分鐘(生膜速率0.4微米/分)陽(yáng)極氧化過(guò)程中部分鋁金屬被硫酸溶液溶解成Al3+,當(dāng)槽液中Al3+≥20g/L后,槽液的電導(dǎo)下降,電耗上升,氧化膜生膜速率下降,膜層性能下降。至目前為止,國(guó)內(nèi)的鋁型材廠多數(shù)是將部分硫酸槽液排放,再補(bǔ)充新槽液來(lái)控制Al3+含量。在90年代末,國(guó)內(nèi)也有部分廠家,試用過(guò)離子交換樹脂除Al3+法,但由于樹脂再生周期短,耗水太多等原因,目前已很少?gòu)S家還在使用。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種處理時(shí)間短、耗能低、氧化質(zhì)量好、硫酸廢液排放少的鋁合金型材陽(yáng)極氧化表面處理工藝。
本發(fā)明的另一目的是提供一種實(shí)現(xiàn)本發(fā)明處理工藝的處理槽裝置。
本發(fā)明的前一技術(shù)方案是一種鋁合金型材陽(yáng)極氧化表面處理工藝,其中陽(yáng)極氧化工藝條件是(1)槽液組成為硫酸150~180g/L,5g/L≤Al3+≤20g/L,1~4%重量份的多元醇,1~4%重量份帶羥基的有機(jī)羧酸和余量的水;(2)槽液溫度15~35℃,電流密度0.5~3A/dm2,電壓13~18伏,每10微米厚度氧化膜的氧化處理時(shí)間為16~18分鐘;(3)在氧化處理的同時(shí)通入空氣進(jìn)行微孔攪拌;(4)當(dāng)Al3+≥20g/L后,在槽液中加入硫酸銨或過(guò)硫酸銨,然后將槽溫降溫至<15℃,使部分Al3+形成鋁復(fù)鹽晶體沉淀到槽底部,清除晶體沉淀物后槽液重復(fù)使用。
上述的鋁合金型材陽(yáng)極氧化表面處理工藝中所述的多元醇為乙二醇、丙三醇、甘露糖醇、山梨醇的其中至少一種。
上述的鋁合金型材陽(yáng)極氧化表面處理工藝中所述的帶羥基的有機(jī)羧酸為果酸中的乳酸、蘋果酸、甘醇酸、酒石酸等的其中至少一種。
上述的鋁合金型材陽(yáng)極氧化表面處理工藝中所述的微孔攪拌的微孔直徑為50~90微米,空氣壓力0.4MPa。
上述的鋁合金型材陽(yáng)極氧化表面處理工藝中所述的硫酸銨或過(guò)硫酸銨的添加量與需要降低的Al3+摩爾濃度相當(dāng)。
本發(fā)明的后一技術(shù)方案是一種實(shí)現(xiàn)鋁合金型材陽(yáng)極氧化表面處理工藝的處理槽裝置,包括槽體,其中所述槽體的內(nèi)排列有一條以上的支管,在每條支管上均分布有多個(gè)PE微孔噴嘴,支管通過(guò)輸氣管與壓縮空氣源連接。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比,具有下述優(yōu)點(diǎn)(1)采用15~35℃的寬溫氧化,一方面可以降低制冷機(jī)的能耗,另一方面可提高鋁合金表面的氧化成膜速度,減少氧化時(shí)間,提高生產(chǎn)效率。
(2)通過(guò)使用硫酸銨或過(guò)硫酸銨降低槽液的Al3+含量,可以有效地回收槽液重復(fù)使用,大大減小廢液的排放處理,減小環(huán)境污染。
(3)本發(fā)明工藝所加工的鋁合金型材,具有更好的耐滴堿測(cè)試性,膜層更均勻、致密。
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步地詳細(xì)說(shuō)明,但不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的任何限制。
圖1是鋁合金型材表面處理流程示意 圖2是本發(fā)明處理槽結(jié)構(gòu)示意圖;圖3是圖2的俯視圖。
具體實(shí)施方式參閱圖1所示,鋁合金型材的表面處理工序?yàn)轭A(yù)處理、陽(yáng)極氧化處理、電解著色、封孔、電泳涂漆,預(yù)處理包括脫脂、堿蝕、出光等,本發(fā)明只改變鋁合金型材的陽(yáng)極氧化工藝,其它工序都不改變,以保證經(jīng)陽(yáng)極氧化處理的產(chǎn)品,從外觀、色澤、品種上都與原常規(guī)工藝兼容。
本發(fā)明的鋁合金陽(yáng)極氧化處理工藝,在槽液中添加了1~4%重量份的多元醇和1~4%重量份帶羥基的有機(jī)羧酸,多元醇與羥基羧酸與硫酸組成了一個(gè)有酯和水生成物,有負(fù)反饋效應(yīng),對(duì)(鋁基材表面)局部溫度、溶解速度有自動(dòng)控制效果的調(diào)節(jié)劑。
醇類與硫酸在一定溫度下脫水反應(yīng)生成硫酸酯,調(diào)節(jié)了膜層溶解反應(yīng)進(jìn)程。
例如帶羥基的有機(jī)羧酸如乳酸、蘋果酸、甘醇酸、酒石酸等,都具有醇和羧酸的某些共性,分子內(nèi)脫水和分子間脫水,調(diào)節(jié)了膜層溶解反應(yīng)進(jìn)程。
羥基羧酸對(duì)溶液中所溶解的膜層中的部分Al3+的螯合作用調(diào)節(jié)了膜層溶解反應(yīng)進(jìn)程。
本發(fā)明的工藝在Al3+≥20g/L后,利用硫酸銨或過(guò)硫酸銨,用結(jié)晶沉淀除去部分Al3+,反應(yīng)式為
利用Al(NH4)(SO4)2微溶性復(fù)鹽的結(jié)晶體而沉淀,使槽液中有效成分的活性得以恢復(fù)。通過(guò)降低槽液溫度,使槽液體系中焓變(ΔH)為負(fù)值,它小于熵變(ΔS)值,體系向固相移動(dòng),從而產(chǎn)生結(jié)晶沉淀。
參閱圖2、圖3所示,為保證在槽液內(nèi)形成均勻的微攪拌氣泡,在槽體1的內(nèi)底部放有兩條支管2,在每條支管2上都安裝有多個(gè)PE微孔噴嘴3,支管2通過(guò)輸氣管4與壓縮空氣源連接;本發(fā)明中所采用的PE高分子材料,其本身帶有很多直徑為50~90微米的孔,由這種PE材料組成的空氣攪拌裝置,當(dāng)0.4MPa的壓縮空氣注入,可以經(jīng)PE微孔噴嘴3產(chǎn)生無(wú)數(shù)連續(xù)、有足夠大表面積的攪拌氣泡,這種氣泡平靜地溢出,不會(huì)局部翻騰而造成鋁材導(dǎo)電松弛,它使得氧化膜生成過(guò)程中,鋁基材表面產(chǎn)生的熱量(實(shí)驗(yàn)測(cè)得將60平方分米的鋁材,浸入150升的氧化槽中以2.5A/dm2電流密度陽(yáng)極氧化10微米膜厚,可使槽液溫度上升5℃,即每平方分米鋁材產(chǎn)生12大卡的熱量)迅速擴(kuò)散,由此減少由于槽溫升高到35℃時(shí)硫酸對(duì)氧化膜厚層的溶解速度。
實(shí)施例1本發(fā)明的陽(yáng)極氧化工藝與現(xiàn)有技術(shù)對(duì)比實(shí)驗(yàn)1.本發(fā)明工藝的槽液組成自由H2SO4,170g/L,Al3+,17g/L,甘油1%(w/w),甘醇酸4%(w/w),以微孔空氣攪拌陽(yáng)極氧化。
2.現(xiàn)有技術(shù)的槽液組成自由H2SO4,170g/L,Al3+,17g/L。
通過(guò)現(xiàn)有技術(shù)五組、本發(fā)明六組實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1。
表1本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果
表1顯示本發(fā)明的工藝比現(xiàn)有技術(shù)縮短氧化時(shí)間近10分鐘,工效明顯提高。
實(shí)施例2微孔空氣攪拌對(duì)氧化膜的影響槽液組成自由H2SO4,170g/L,Al3+≤20g/L,甘油2%(w/w),乳酸3%(w/w),氧化溫度30℃,電流密度1.4A/dm2,氧化時(shí)間24分鐘,結(jié)果見表2。
表2微孔攪拌對(duì)氧化膜的影響
表2顯示,微孔攪拌比無(wú)攪拌可提高氧化膜轉(zhuǎn)化系數(shù)K值10%以上,也可提高膜層耐磨系數(shù)。
實(shí)施例3槽液組成為自由H2SO4,170g/L,Al3+≤20g/L,乳酸4%(w/w),乙二醇3%(w/w),以微孔空氣攪拌,溫度35℃,電流密度2.6A/dm2,氧化18分鐘得膜厚12微米。
實(shí)施例4槽液組成自由H2SO4,170g/L,Al3+20g/L,甘油4%(w/w),乳酸1%(w/w),在微孔空氣攪拌下,溫度35℃,電流密度2.6A/dm2,氧化21分鐘得膜厚18微米。
實(shí)施例5不同溫度、電流密度對(duì)氧化膜性能的影響槽液組成自由H2SO4,170g/L,Al3+,17g/L,甘油3%(w/w),果酸2%(w/w),以微孔空氣攪拌陽(yáng)極氧化。
表3不同溫度、電流密度對(duì)氧化膜性能的影響
實(shí)施例6槽液除Al3+在含160g/L自由H2SO4氧化槽液中加入硫酸銨或過(guò)硫酸銨。
目標(biāo)值是除去Al3+10g/L,硫酸銨或過(guò)硫酸銨的添加量與需要降低的Al3+摩爾濃度比例相當(dāng),即按49g/L加入硫酸銨或按84g/L加入過(guò)硫酸銨,然后降低槽液溫度,達(dá)到設(shè)定溫度后靜置2~3小時(shí)以待結(jié)晶形核和晶粒長(zhǎng)大。
當(dāng)溫度T=20℃時(shí),可除Al3+為目標(biāo)值的30%當(dāng)溫度T=15℃時(shí),可除Al3+為目標(biāo)值的60%當(dāng)溫度T=10℃時(shí),可除Al3+為目標(biāo)值的80%當(dāng)溫度T=5℃時(shí),100%達(dá)到目標(biāo)除Al3+的值。
當(dāng)達(dá)到溫度后,靜置2~3小時(shí)后,槽底就會(huì)出現(xiàn)一層白色的晶體顆粒沉淀,這時(shí)可以抽取沉淀上清液,用來(lái)重復(fù)使用,而沉淀的晶體則可清除(槽液回收值≥90%)。
實(shí)施例7鋁合金型材性能測(cè)試數(shù)據(jù)槽液組成H2SO4濃度180.67g/L,Al3+濃度14.45g/L,乙二醇3%(w/w),乳酸3%(w/w),電流密度2.8A/dm2,電壓16.5伏,氧化時(shí)間15分鐘,以微孔空氣攪拌陽(yáng)極氧化,送樣測(cè)試數(shù)據(jù)如下,完全符合GB5237.2-2004的要求。
單件平均膜厚 14μm單件最小局部膜厚 12μmCASS試驗(yàn) 9.3級(jí)落砂試驗(yàn)?zāi)ズ南禂?shù) >400g/μm
封孔 21mg/dm2滴堿實(shí)驗(yàn) 76s。
權(quán)利要求
1.一種鋁合金型材陽(yáng)極氧化表面處理工藝,其特征是陽(yáng)極氧化工藝條件是(1)槽液組成為硫酸150~180g/L,5g/L≤Al3+≤20g/L,1~4%重量份的多元醇,1~4%重量份帶羥基的有機(jī)羧酸和余量的水;(2)槽液溫度15~35℃,電流密度0.5~3A/dm2,電壓13~18伏,每10微米厚度氧化膜的氧化處理時(shí)間為16~18分鐘;(3)在氧化處理的同時(shí)通入空氣進(jìn)行微孔攪拌;(4)當(dāng)Al3+≥20g/L后,在槽液中加入硫酸銨或過(guò)硫酸銨,然后將槽溫降溫至<15℃,使部分Al3+形成鋁復(fù)鹽晶體沉淀到槽底部,清除晶體沉淀物后槽液重復(fù)使用。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的鋁合金型材陽(yáng)極氧化表面處理工藝,其特征是所述的多元醇為乙二醇、丙三醇、甘露糖醇、山梨醇的其中至少一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的鋁合金型材陽(yáng)極氧化表面處理工藝,其特征是所述的帶羥基的有機(jī)羧酸為果酸中的乳酸、蘋果酸、甘醇酸、酒石酸的其中至少一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的鋁合金型材陽(yáng)極氧化表面處理工藝,其特征是所述的微孔攪拌的微孔直徑為50~90微米,空氣壓力0.4MPa。
5.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的鋁合金型材陽(yáng)極氧化表面處理工藝,其特征是所述的硫酸銨或過(guò)硫酸銨的添加量與需要降低的Al3+摩爾濃度比例相當(dāng)。
6.一種實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求
1所述工藝的處理槽裝置,包括槽體(1),其特征是所述槽體(1)的內(nèi)排列有一條以上的支管(2),在每條支管(2)上均分布有多個(gè)PE微孔噴嘴(3),支管(2)通過(guò)輸氣管(4)與壓縮空氣源連接。
專利摘要
本發(fā)明公開了一種鋁合金型材陽(yáng)極氧化表面處理工藝及處理槽裝置,旨在提供一種處理時(shí)間短、耗能低、氧化質(zhì)量好、硫酸廢液排放少的鋁合金表面處理技術(shù),技術(shù)要點(diǎn)是(1)槽液組成硫酸濃度150~180g/L,5g/L≤Al
文檔編號(hào)C25D11/04GK1995478SQ200610123782
公開日2007年7月11日 申請(qǐng)日期2006年11月27日
發(fā)明者周國(guó)斌, 李國(guó)有 申請(qǐng)人:周國(guó)斌, 李國(guó)有導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan
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