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一種高錳鋁合金陽極氧化及電解著色方法

文檔序號:9344907閱讀:1338來源:國知局
一種高錳鋁合金陽極氧化及電解著色方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于高錳鋁合金陽極氧化領(lǐng)域,具體涉及到一種高錳鋁合金陽極氧化及電 解著色方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 非能動壓水核電廠鋼制安全殼冷卻系統(tǒng)空氣導(dǎo)流板中首次采用鋁合金制造并要 求陽極氧化后電解著黑色。所使用的鋁合金中錳含量高達(dá)0.5-1. 0%,屬于高錳鋁合金,錳 含量過高,將影響陽極氧化膜膜厚均勻性和電解著色后的顏色均勻性。容易產(chǎn)生氧化膜厚 度局部不足,電解著色色差明顯,遮蓋力不足或者露底,甚至出現(xiàn)局部難著色等缺陷。
[0003] 空氣導(dǎo)流板要求氧化膜厚度為20-170微米,氧化膜電解著黑色。基于核電站安全 設(shè)計的要求氧化膜應(yīng)具備從CV安全殼吸熱并釋放到屏蔽廠房中,要求電解著黑色的氧化 膜應(yīng)具有良好的熱傳導(dǎo)性能。熱輻射系數(shù)多0. 94、氧化膜比熱多0. 19BTU/lb";F、氧化膜 密度彡149.Tibyft3、氧化膜熱傳導(dǎo)彡13. 4BTU/hr-ft-°F。
[0004] 傳統(tǒng)的鋁合金陽極氧化工藝多為定電壓氧化,氧化溫度一般為18_22°C,氧化膜厚 度約為10-18微米。傳統(tǒng)定壓氧化常溫氧化工藝雖然上膜速率高,但是氧化膜相對疏松,氧 化過程中溫度過高將造成氧化膜密度、硬度、耐蝕性等降低,當(dāng)氧化膜厚度接近18微米時, 氧化膜的上膜速率與溶解速率相當(dāng),氧化膜厚度不能提高。傳統(tǒng)的電解著色工藝多為單鎳 鹽電解著色,著色過程中對雜質(zhì)影響十分敏感,造成著色色差難以控制,對于高錳鋁合金, 電解著色后往往呈現(xiàn)古銅色,不能獲得理想的黑褐色氧化膜。采用的電壓和電流密度過高, 在較短的著色時間內(nèi)不能保證著色均勻,并且產(chǎn)生的氫氣造成了嚴(yán)重的氧化膜開裂,脫落 等缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題,提供一種高錳鋁合金陽極氧化及電解著 色方法,該方法解決了高錳鋁合金電解著黑色的技術(shù)難題,保證了氧化膜的物理性能和熱 力學(xué)性能。在提高生產(chǎn)效率,降低生產(chǎn)能耗基礎(chǔ)上,增加了陽極氧化膜質(zhì)量的可靠性和穩(wěn)定 性,增強(qiáng)核電運(yùn)行的安全性。
[0006] 為了解決以上技術(shù)問題,本發(fā)明的技術(shù)方案為:
[0007] -種高錳鋁合金陽極氧化及電解著色方法,包括如下步驟:
[0008] (1)將待氧化工件表面進(jìn)行打磨、擦洗和除油后,進(jìn)行堿蝕和中和處理;
[0009] (2)將待氧化工件表面進(jìn)行低溫陽極氧化,氧化的溫度為13_15°C,氧化的時間為 35-50min;
[0010] 低溫氧化能夠保證氧化膜的致密性和熱傳導(dǎo)性,確保氧化膜的熱力學(xué)性能符合要 求。
[0011] (3)將工件表面進(jìn)行鎳、錫雙鹽電解著色,電解著色的電壓為16-18V,電流密度為 0. 3-0. 4A/dm2;
[0012] 雙鹽著色能夠穩(wěn)定的控制工件上色,著色電壓過高將擊穿底材上的氧化膜,過低 將造成上色速率降低。著色時間過長,將導(dǎo)致氧化膜在酸洗溶液中將被溶解降低膜厚,電流 密度過高雖有利于著色,但是氧化膜微孔中產(chǎn)生的氫氣不利于散出,被封閉的氫氣最終將 導(dǎo)致氧化膜破裂。
[0013] (4)將著色后的工件封孔處理,封孔劑為鎳離子封孔劑,鎳離子的濃度為 1. 〇-l. 3g/L〇
[0014] 優(yōu)選的,步驟(1)中,擦洗使用的溶劑為丙酮或酒精。擦洗是為了除去工件表面的 油漆、油脂和字跡,丙酮和酒精可以較好地溶解有機(jī)物,而且具有較好的揮發(fā)性,減少了殘 留。
[0015] 優(yōu)選的,步驟(1)中,采用硫酸溶液進(jìn)行除油,硫酸溶液濃度為60-80g/L,除油時 間為l-3min。采用酸性除油,能夠較快較好的去除鋁合金表面的油污且不會損傷鋁合金工 件的表面。
[0016] 優(yōu)選的,步驟(1)中,采用氫氧化鈉溶液進(jìn)行堿蝕,氫氧化鈉的濃度為40-60g/L, 堿蝕的溫度為40-60°C,堿蝕的時間為l_3min。嚴(yán)格控制堿蝕溫度和堿蝕時間,堿蝕溫度過 高或時間過長,將造成鋁合金表面過蝕或砂面,堿蝕溫度過低或時間過短,將造成表面腐蝕 不均,表層氧化皮未完全去除等表面缺陷。
[0017] 優(yōu)選的,步驟(1)中,中和使用的溶液為硝酸溶液,硝酸的濃度為110_130g/L,中 和的時間為2-3min。鋁合金表面經(jīng)過堿蝕后,表面會附著一層灰褐色的掛灰,中和是為了徹 底去除工件表面可能殘留的堿液,消除工件表面不溶于堿液的灰黑色雜物,獲得潔凈、光亮 的金屬表面。
[0018] 進(jìn)一步優(yōu)選的,硝酸溶液中的鋁離子濃度不高于100g/L。硝酸中和的目的是分解 附著在鋁材表面的固體物,產(chǎn)物中有硝酸鋁,如果鋁離子濃度過高,將抑制該反應(yīng)的發(fā)生。
[0019] 優(yōu)選的,步驟(2)中,低溫陽極氧化采用的是脈沖電源,其正向脈沖為15-16V,持 續(xù)時間為18〇s,頻率為3000-5000HZ。
[0020] 進(jìn)一步優(yōu)選的,所述脈沖電源的反向脈沖為8-10V,持續(xù)時間為10s,頻率與正向 脈沖的頻率一致。正向脈沖控制上膜速率,反向脈沖消除雜質(zhì)和附著不牢的氧化產(chǎn)物,以確 保氧化膜的致密性。保證同一頻率,就是能夠準(zhǔn)確的消除在該頻率上產(chǎn)生的物質(zhì)。正向脈 沖能夠控制最優(yōu)的上膜速率,反向脈沖能夠溶解工件表面附著不牢固的氧化膜和雜質(zhì),提 高氧化膜的純度和抗變色能力。
[0021] 優(yōu)選的,步驟(3)中,電解著色液的pH值為0. 8-1. 2。在該pH值下,電解著色的效 果最好,著色均勻,色差最小。
[0022] 進(jìn)一步優(yōu)選的,步驟(3)中,所述電解著色液中硫酸溶液的濃度為16_22g/L,硫酸 鎳濃度為15_22g/L,硫酸亞錫濃度為8-12g/L。加入的硫酸是為了改變酸度(pH值),由于 溶液中是硫酸鎳和硫酸亞錫,因此采用硫酸不會造成污染,使用其它酸是有害的。
[0023] 優(yōu)選的,步驟(3)中,電解著色的時間15_20min。在該條件下著色后,工件的表面 為深黑色,色澤均勻。電解著色采用較低電流密度,可以有效地通過增加著色時間提高顏色 深度??朔藗鹘y(tǒng)工藝對于高錳鋁合金染色顏色較淺、著色不均勻,氧化膜容易脫落,表面 由于鋁離子沉積造成的白點(diǎn)和高電流密度帶來氧化膜破裂、脫落等缺陷。
[0024] 優(yōu)選的,步驟(4)中,封孔步驟中使用的封孔劑溶液的濃度為5_8g/L。
[0025] 優(yōu)選的,步驟⑷中,封孔步驟中封孔槽液的pH值為5. 3-5. 8,封孔時間為 12-20min。封孔液的濃度、pH值和封閉時間應(yīng)嚴(yán)格控制,如果封孔劑濃度過高和pH過高, 封閉時間過長,不僅會在表面產(chǎn)生封閉灰,高溫加熱將使氧化膜泛黃。
[0026] 本發(fā)明的有益技術(shù)效果為:
[0027] 1、采用的低溫(溫度為13_15°C)脈沖進(jìn)行氧化,脈沖電源能耗較低,正向脈沖能 夠控制最優(yōu)的上膜速率,反向脈沖能夠溶解工件表面附著不牢固的氧化膜和雜質(zhì),提高氧 化膜的純度和抗變色能力,正向脈沖為15-16V,持續(xù)時間為180s,為氧化膜獲得了最優(yōu)上 膜速率。低溫氧化能夠有效消除氧化產(chǎn)生的熱量,增加氧化膜的厚度(20微米以上)、致密 性和耐磨性,改變了傳統(tǒng)工藝能耗高,熱量損失大,工件燒損率高、氧化膜厚度薄并且疏松 等缺陷。
[0028] 2、采用的低壓正弦波交流電源,鎳、錫雙鹽電解著色工藝,分析純級的鎳、錫鹽能 夠有效的消除氫離子的放電,消除氧化膜脫落風(fēng)險。
[0029] 3、電解著色采用較低電流密度,可以有效地通過增加著色時間提高顏色深度???服了傳統(tǒng)工藝對于高錳鋁合金染色顏色較淺、著色不均勻,氧化膜容易脫落,表面由于鋁離 子沉積造成的白點(diǎn)和高電流密度帶來氧化膜破裂、脫落等缺陷。
【具體實施方式】
[0030] 下面結(jié)合【具體實施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0031] 實施例1
[0032] 采用5454-H32高錳鋁合金,板材尺寸為4000mmX2200mmX3. 2mm,成分和性能如 表1所示:
[0033] 表 1
[0034]
[0035] (1)采用丙酮去除表面較厚的油脂,對于機(jī)械損傷,采用1000#砂紙進(jìn)行打磨,獲 得較為平整的表面。
[0036] (2)酸性除油,硫酸溶液濃度為70g/L,時間為2分鐘。表面油污去除后,應(yīng)采用流 動的冷水進(jìn)行噴淋水洗,去除殘留的酸液,而后采用除鹽水(純水)進(jìn)行二次沖洗,保證工 件底部pH值為6-8。禁止用手直接接觸工件。
[0037] (3)堿蝕槽氫氧化鈉濃度為50g/L,槽液中鋁離子濃度不得高于100g/L,堿蝕溫度
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