一種鋁合金微弧氧化著綠色膜層的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于新材料領(lǐng)域，特別涉及一種鋁合金微弧氧化著綠色膜層的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 鋁是活潑金屬，在干燥的空氣中其表面會(huì)馬上形成一層疏松、多孔的氧化鋁薄膜， 雖然可以阻止鋁的進(jìn)一步氧化，但不能有效的起到防護(hù)性和裝飾性的作用。同時(shí)，鋁的電極 電位較低，導(dǎo)致其在潮濕的空氣、酸和堿液中容易被腐蝕。所以，在鋁及其鋁合金表面制備 出一層具有顏色和一定防護(hù)性能的膜層具有十分重要的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
[0003] 鋁及其合金表面新型著色技術(shù)包括：化學(xué)轉(zhuǎn)化膜技術(shù)、電泳技術(shù)、粉末靜電噴涂技 術(shù)和微弧氧化技術(shù)等。其中，微弧氧化作為一種新興技術(shù)，越來越深入到人們的日常生活 中，雖然，該項(xiàng)技術(shù)還不是很完善，并且沒有大批量投入到生產(chǎn)當(dāng)中，但在一些領(lǐng)域已經(jīng)得 到了廣泛的應(yīng)用。
[0004] 但隨著鋁合金表面微弧氧化陶瓷膜層技術(shù)的日益成熟和廣泛應(yīng)用，對鋁合金表面 微弧氧化陶瓷膜層技術(shù)提出了裝飾性的新需求，由于微弧氧化陶瓷膜層的顏色較為單一， 且大多數(shù)為白色和灰色，所以，生產(chǎn)不同顏色的陶瓷膜層十分重要。與其它著色技術(shù)相比， 微弧氧化著色技術(shù)生成的陶瓷膜層具有顏色均勻，不容易褪色，顏色質(zhì)量好和良好的消光 性能等特點(diǎn)。目前，微弧氧化著色技術(shù)主要通過研宄工藝參數(shù)和添加著色劑制備出性能優(yōu) 異的且具有不同顏色的陶瓷膜層，并解決研制壽命長，能好過大，電解液的重復(fù)利用等工業(yè) 難題。微弧氧化著色技術(shù)在裝飾，材料防護(hù)和光學(xué)儀器等方面具有很大的應(yīng)用前景和實(shí)際 意義。
[0005] 中國專利CN1554807A公開了一種鋁合金鑄件微弧氧化處理的電解溶液，該電解 溶液按重量與總體積比，包括磷酸鈉10g/L-20g/L，硅酸鈉5g/L-10g/L，氫氧化鉀lg/L-4g/ L，鉬酸鈉10g/L-15g/L，且電解溶液的pH值為8-12。采用該電解溶液對鋁合金鑄件表面 進(jìn)行微弧氧化處理，提高了鋁合金鑄件表面的耐磨性。但采用該發(fā)明提供的電解溶液對 鋁合金進(jìn)行微弧氧化后，所得到的微弧氧化膜的耐污性、耐刮性和致密性較差。中國專利 CN102797024B公開了一種鋁合金微弧氧化著藍(lán)色膜層的方法，電解液的組成濃度為：硅酸 鈉5-llg/L，氫氧化鉀0. 5-2.Og/L;氟化鈉0. 3-0. 6g/L，硫酸鈷0. 4-1.lg/L，采用該方法處 理后鋁合金，表面呈現(xiàn)藍(lán)色，且均勻致密，但耐蝕性有待提高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為解決上述問題，本發(fā)明以6063鋁合金為基體，在硅酸鈉-氫氧化鉀 (Na2Si03-K0H)作為主電解液體系中加入甘油和氟化鉀（KF)，以偏釩酸銨（NH4V03)為著色 劑，配制著色電解液，制備綠色微弧氧化陶瓷膜層，該膜層具有硬度高、韌性好、孔隙率低， 膜層均勻、耐磨、耐蝕性能和絕緣性能好的特點(diǎn)。
[0007] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0008] 一種鋁合金微弧氧化著綠色膜層的方法，包括步驟如下：
[0009] (1)選擇鋁合金作為基體，配制電解液體系，電解液的組成濃度為：偏釩酸銨 3-9g/L，硅酸鈉 4-12g/L，氫氧化鉀 2-6g/L;氟化鉀 0? 3-0. 6g/L，丙三醇 3-6mL/L，pH8-10。
[0010] (2)在清潔后的鋁合金表面用電解液進(jìn)行微弧氧化處理，電參數(shù)為：正向電壓 400-450V，負(fù)向電壓是30-80V;頻率是300-500HZ;正、負(fù)占空比分別是20-40%、15-25% ; 控制溫度60攝氏度以下，處理時(shí)間為15分鐘。
[0011] 優(yōu)選的是，步驟（1)中所述鋁合金為6063鋁合金。
[0012] 優(yōu)選的是，步驟（1)中電解液的組成濃度為：硅酸鈉6-10g/L，氫氧化鉀2-6g/L; 氟化鉀0. 5g/L，偏釩酸銨5-8/L。
[0013] 優(yōu)選的是，步驟（1)中電解液的組成濃度為：硅酸鈉8g/L，氫氧化鉀4g/L;氟化鉀 0. 5g/L，偏釩酸銨6g/L。
[0014] 優(yōu)選的是，步驟（2)中電參數(shù)為：正向、負(fù)向電壓分別是440V、40V，頻率是400Hz; 正、負(fù)占空比分別是30%、20%。
[0015] 根據(jù)上述的方法制備的鋁合金件。
[0016] 采用上述方法對鋁合金表面進(jìn)行著色處理。
[0017] 本發(fā)明的設(shè)計(jì)原理：
[0018] 本試驗(yàn)采用NH4V03作為添加劑，是因?yàn)?，一方面，V元素根據(jù)其價(jià)位的不同，其氧化 物會(huì)呈現(xiàn)出不同的顏色；另一方面，NH4V03較難溶于水，根據(jù)物理化學(xué)知識可知，溶質(zhì)的溶 解度越小，其吸附能力就越強(qiáng)，由于nh4vo3和電解液的相互作用力相對比較弱，在強(qiáng)電場的 作用下，nh4vo3更容易吸附在膜層的表面，有利于反應(yīng)的進(jìn)行。通過分析對比不同電解液成 分（NH4V03、Na2SiOjPKF)和電參數(shù)（正、負(fù)電壓和正占空比）對綠色膜層的顏色、膜厚、相 組成、微觀組織、結(jié)合力強(qiáng)度和耐蝕性能等的影響。
[0019] 本發(fā)明的有益效果是：
[0020] 1.工藝流程簡單，前期處理簡單。利用微弧氧化著色技術(shù)在6063鋁合金基體試樣 表面制備出顏色均勻、膜層質(zhì)量較好的綠色膜層，已達(dá)到滿足一定裝飾性的要求。該膜層具 有硬度高、韌性好、孔隙率低，膜層均勻、耐磨、耐蝕性能和絕緣性能好的特點(diǎn)。
[0021] 2.微弧氧化過程中，電解液成分的不同對著色有著不同的效果。隨著順^03濃度 的升高，膜層的顏色逐漸變深，膜層中微孔的孔徑逐漸變大，膜層的厚度在一定范圍內(nèi)線性 增大，膜層與基體的結(jié)合力逐漸變大，膜層的耐蝕性能先增大后又減小。隨著Na2Si03濃度 的升高，膜層的顏色由淺變深再變淺，當(dāng)Na2Si03濃度較高時(shí)，膜層便面比較粗糙，膜層的厚 度在一定范圍內(nèi)線性增大，膜層與基體的結(jié)合力先增大后減小，膜層的耐蝕性能先增大后 又減小。隨著KF濃度的升高，膜層的顏色由淺變深再變淺，膜層的厚度在一定范圍內(nèi)逐漸 增大，膜層與基體的結(jié)合力在一定范圍內(nèi)先增大后不變，膜層的耐蝕性能先增大后又減小。 通過分析對比得出：當(dāng)NH4V03、Na2SiO#PKF的濃度分別為為6g/L、8g/L和0. 5g/L時(shí)，膜層 質(zhì)量最好。
[0022] 3.在微弧氧化著色的過程中，正、負(fù)電壓，正、負(fù)占空比和成膜的時(shí)間等可視為影 響鋁合金微弧氧化陶瓷膜層組織結(jié)構(gòu)和性能的外部因素。正向電壓有利于膜層的生長速