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(dòng)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(jì)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(duì)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(shí)， 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(duì)雜質(zhì)影響十分敏感，造成著色色差難以控制，對(duì)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(shí)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(shí)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(shí)間過長(zhǎng)，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(shí) 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(huì)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(shí)間為l_3min。嚴(yán)格控制堿蝕溫度和堿蝕時(shí)間，堿蝕溫度過 高或時(shí)間過長(zhǎng)，將造成鋁合金表面過蝕或砂面，堿蝕溫度過低或時(shí)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(shí)間為2-3min。鋁合金表面經(jīng)過堿蝕后，表面會(huì)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(shí)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(shí)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(huì)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(shí)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(shí)間提高顏色 深度?？朔藗鹘y(tǒng)工藝對(duì)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(shí)間為 12-20min。封孔液的濃度、pH值和封閉時(shí)間應(yīng)嚴(yán)格控制，如果封孔劑濃度過高和pH過高， 封閉時(shí)間過長(zhǎng)，不僅會(huì)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(shí)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(jí)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(xiǎn)。
[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(shí)間提高顏色深度?？?服了傳統(tǒng)工藝對(duì)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(shí)施方式】
[0030] 下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0031] 實(shí)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(duì)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(shí)間為2分鐘。表面油污去除后，應(yīng)采用流 動(dòng)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