本申請涉及鋁合金的表面處理技術(shù)領(lǐng)域，具體講，涉及一種鋁合金的表面處理方法及相應(yīng)的鋁合金。
背景技術(shù)：
將鋁合金在酸性溶液和適當(dāng)?shù)碾妷合逻M(jìn)行氧化，能得到多孔型陽極氧化鋁膜。其生產(chǎn)工藝一般包括：機械拋光——化學(xué)處理去掉某些合金表面的銅成分——清洗去油(對于已經(jīng)陽極化的零件，若需要重新陽極化，是用堿或者專用藥劑去掉原來的陽極化表層)——放入稀硫酸中作為陽極進(jìn)行通電，生成表面多孔性的氧化層(為白色半透明薄膜)——染色——固定(加熱或者用鉻酸鹽溶液使表面氧化層的孔封閉)。
鋁的表面技術(shù)中，陽極氧化是應(yīng)用最廣與最成功的技術(shù)，也是研究和開發(fā)最深入與最全面的技術(shù)。鋁的陽極氧化膜具有一系列優(yōu)越的性能，可以滿足多種多樣的需求，因此被譽為鋁的一種萬能的表面保護(hù)膜。具體地，其具有以下特性：1)耐蝕性。鋁陽極氧化膜可以有效保護(hù)鋁基體不受腐蝕，陽極氧化膜顯然比自然形成的氧化膜性能更好，膜厚和封孔質(zhì)量直接影響使用性能。2)硬度和耐磨性。鋁陽極氧化膜的硬度比鋁基體高得多，基體的硬度為HV100，普通陽極氧化膜的硬度約HV300，而硬度氧化膜可達(dá)到HV500。耐磨性與硬度的關(guān)系是一致的。3)裝飾性。鋁陽極氧化膜可保護(hù)拋光表面的金屬光澤，陽極氧化膜還可以染色和著色，獲得和保持豐富多彩的外觀。4)有機涂層和電鍍層附著性。鋁陽極氧化膜是鋁表面接受有機涂層和電鍍層的一種方法，它有效地提高表面層的附著力和耐蝕性。5)電絕緣性。鋁是良導(dǎo)體，鋁陽極氧化膜是高電阻的絕緣膜。絕緣擊穿電壓大于30V/mm，特殊制備的高絕緣膜甚至達(dá)到大約200V/mm。6)透明性。鋁陽極氧化膜本身透明度很高，鋁的純度愈高，則透明度愈高。鋁合金材料的純度和合金成分都對透明性有影響。7)功能性。利用陽極氧化膜的多孔性，在微孔中沉積功能性微粒，可以得到各種功能性材料。正在開發(fā)中的功能部件功能有電磁功能、催化功能、傳感功能和分離功能等。
陽極氧化是鋁和鋁合金最常用的表面處理工藝，但目前普遍使用的陽極氧化表面光澤為啞光，無法實現(xiàn)表面全光的光澤效果。
鑒于此，特提出本申請。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本申請的首要目的在于提出一種鋁合金的表面處理方法。
本申請的第二目的在于提出所述處理方法得到的鋁合金。
為了完成本申請的目的，采用的技術(shù)方案為：
一種鋁合金的表面處理方法，所述方法至少包括以下步驟：
步驟一、對鋁合金工件進(jìn)行硬質(zhì)陽極氧化；
步驟二、對硬質(zhì)陽極氧化后的鋁合金工件進(jìn)行染色；
步驟三、對染色后的鋁合金工件進(jìn)行封孔；
步驟四、對封孔后的鋁合金工件進(jìn)行打蠟拋光；以及
步驟五、對打蠟拋光后的鋁合金工件進(jìn)行磁流變拋光。
優(yōu)選地，步驟一中，所述硬質(zhì)陽極氧化采用硫酸和草酸的混合酸液作為電解液，其中硫酸濃度為120-150g/L，草酸濃度為10-15g/L。
優(yōu)選地，步驟二中，所述硬質(zhì)陽極氧化的電壓為40-75V，電流密度為3.0-4.0A/mm2，陽極氧化槽體溫度為8-11℃，硬質(zhì)陽極氧化時間為40-70min。
優(yōu)選地，所述得到的硬質(zhì)陽極氧化膜厚25μm以上，維氏硬度350HV以上。
優(yōu)選地，步驟二中，采用偶氮染料的水溶液進(jìn)行染色。
優(yōu)選地，所述偶氮染料與水的質(zhì)量比為1：8-10，染色溫度為70-80℃，染色時間為30-700s。
優(yōu)選地，步驟三中，采用無鎳封孔劑的水溶液進(jìn)行封孔。
優(yōu)選地，所述封孔劑的濃度為8-10g/L，封孔溫度為85-100℃，封孔時間為30-50分鐘。
優(yōu)選地，步驟四中，采用小白蠟為拋光蠟，采用布輪或毛氈輪進(jìn)行拋光，拋光輪轉(zhuǎn)速為2500-3500rad/min，拋光時間為3-5min。
優(yōu)選地，步驟五中，所述磁流變拋光在磁流變液中進(jìn)行，所述磁流變液為含有磁性顆粒、基液和穩(wěn)定劑的懸浮液。其中磁性顆粒為鐵粉，粒度為1-10μm，含鐵量大于97％，有效磁導(dǎo)率大于3；基液為烷氧基醇和去離子水的混合液；穩(wěn)定劑為表面活性劑，其選自磷酸酯、脂肪酸、司盤、吐溫中的至少一種。在磁流變液中烷氧基醇的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30％-60％，鐵粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30％-60％，表面活性劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3％-8％，其余為去離子水。
優(yōu)選地，磁流變拋光轉(zhuǎn)速為4500-5500rad/min，拋光時間為3-5min。
本申請還涉及所述處理方法得到的鋁合金工件。
本申請的技術(shù)方案至少具有以下有益的效果：
本申請涉及一種鋁合金的表面處理方法，所述方法采用硬質(zhì)陽極氧化、染色、封孔、打蠟拋光、磁流變拋光等工藝步驟，使鋁合金工件表面實現(xiàn)全光光澤面的外觀效果。
具體實施方式
下面結(jié)合具體實施例，進(jìn)一步闡述本申請。應(yīng)理解，這些實施例僅用于說明本申請而不用于限制本申請的范圍。
本申請涉及一種鋁合金的表面處理方法，該方法使鋁合金工件表面獲得全光光澤的外觀效果，有效提升鋁合金材質(zhì)的外觀競爭力。
具體地，所述方法至少包括以下步驟：
步驟一、對鋁合金工件(后可簡稱為“鋁件”)進(jìn)行硬質(zhì)陽極氧化；
步驟二、對硬質(zhì)陽極氧化后的鋁件進(jìn)行染色；
步驟三、對染色后的鋁件進(jìn)行封孔；
步驟四、對封孔后的鋁件進(jìn)行打蠟拋光；以及
步驟五、對打蠟拋光后的鋁件進(jìn)行磁流變拋光。
作為本申請?zhí)幚矸椒ǖ囊环N改進(jìn)，在步驟一前需要對鋁件表面進(jìn)行機械預(yù)處理和陽極氧化前處理。
其中機械預(yù)處理主要分為“鏡面研磨”和“噴砂”兩個步驟，具體操作方式如下：
鏡面研磨是將拋光液涂抹于軟布輪、毛氈輪或聚氨酯(PU)皮輪上，利用機械轉(zhuǎn)動使軟布輪、毛氈輪或PU皮輪摩擦鋁件表面，獲得光亮如鏡的表面加工過程。具體地，鏡面研磨可在全自動鏡面研磨機上進(jìn)行，先進(jìn)行粗拋光將粗糙和不規(guī)則表面修正成型，再進(jìn)行鏡面研磨，將鋁件表面極微小的不平磨光。鏡面研磨主要作用是去除鋁件表面殘留的數(shù)控刀具加工刀紋、毛刺、凹凸，使鋁件表面得到鏡面級別光亮的表面。鏡面研磨能夠使鋁件表面減薄0.03mm。
“噴砂”是使用精華的壓縮空氣將干砂流或其他磨粒噴到鋁件表面，從而去除表面缺陷，呈現(xiàn)出均勻一致無光砂面的一種操作方法。噴砂主要起到去除鋁件表面的毛刺及其它缺陷污垢、改善鋁合金機械性能等作用。所用砂粒一般為金剛砂、氧化鋁顆粒、氧化鋯顆粒、玻璃珠等。本申請采用氧化鋯顆粒進(jìn)行噴砂，氧化鋯顆粒粒度可選用120#、150#、170#、205#，噴砂氣壓力為2.5-3.0Kg。
機械預(yù)處理完成后，由于鋁件的原始表面一般存在自然氧化膜、油污和其它污染物，因此在進(jìn)行陽極氧化之前需要對鋁件表面進(jìn)行陽極氧化前處理。陽極氧化前處理主要包括以下幾個步驟：1、酸性脫脂；2、堿洗；3、除灰中和；4、超聲水洗；5、化學(xué)拋光；
其中，酸性脫脂的目的是清除鋁件表面的油脂和灰塵等污染物，使后面的堿洗比較均勻，以提高陽極氧化膜的質(zhì)量。酸性脫脂在常溫下進(jìn)行，是在以硫酸和磷酸為基的酸性溶液中進(jìn)行脫脂，其中磷酸在酸性溶液中的含量為30～40g/L，硫酸在酸性溶液中的含量為7～10g/L，酸性脫脂時間為3～5分鐘。
堿洗的目的是進(jìn)一步去除鋁件表面的臟污和自然氧化膜，以顯露出純凈的金屬基體，為隨后在陽極氧化過程中實現(xiàn)均勻?qū)щ?，生成均勻陽極氧化膜打下良好的表面基礎(chǔ)。堿洗是將鋁件放入以氫氧化鈉為主成分的堿性溶液中進(jìn)行浸蝕反應(yīng)，其中氫氧化鈉在堿性溶液中的含量為40-55g/L，堿洗溫度為40-50℃，堿洗時間為2-5分鐘。
除灰中和的目的是除去堿洗后殘留在鋁件表面的雜質(zhì)層，該雜質(zhì)層的主要成分為不溶于堿性溶液的銅、鐵、硅等金屬間化合物及其堿洗產(chǎn)物，以防止它們對后續(xù)陽極氧化槽液的污染。除灰中和是采用一定濃度的硝酸溶液作為除灰中和槽液，通常采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10％-25％的硝酸溶液，在常溫下浸漬1-3分鐘。
超聲水洗的目的是徹底清除除灰中和后鋁件表面殘留的硝酸溶液，一般超聲清洗兩遍，每遍約2-3分鐘。
化學(xué)拋光的目的是去除鋁件表面輕微的模具痕、擦劃傷條紋、機械拋光中的摩擦條紋、熱變形層等，使粗糙的表面趨于光滑而獲得近似鏡面光亮的表面。化學(xué)拋光采用由磷酸、硫酸和硝酸組成的三酸化學(xué)拋光液，其特點是磷酸相對含量較低而硫酸相對含量較高，拋光溫度偏高，相對傳統(tǒng)化學(xué)拋光可更有效去除鋁件表面雜質(zhì)，得到更純更光亮的表面效果。三酸化學(xué)拋光液中磷酸的濃度為25-30g/L，硫酸的濃度為30-35g/L，硝酸的濃度為7-10g/L，化學(xué)拋光溫度為90-100℃，時間為15-30秒。
機械預(yù)處理和陽極氧化前處理完成后，對鋁件進(jìn)行硬質(zhì)陽極氧化。作為本申請?zhí)幚矸椒ǖ囊环N改進(jìn)，該硬質(zhì)陽極氧化是以鋁件為陽極，石墨板為陰極，以硫酸和草酸的混合酸為電解液，利用電解作用使鋁件表面形成多孔型氧化鋁膜層的過程。優(yōu)選地，混合酸液中硫酸濃度為120-150g/L，草酸濃度為10-15g/L。硬質(zhì)陽極氧化的電壓為40-75V，電流密度為3.0-4.0A/mm2，陽極氧化槽體溫度為8-11℃，硬質(zhì)陽極氧化時間為40-70min。硬質(zhì)陽極氧化過程中用磁力攪拌器攪拌電解液。得到的硬質(zhì)陽極氧化膜厚25μm以上，維氏硬度350HV。
與普通陽極氧化相比，硬質(zhì)陽極氧化可以增加得到的氧化膜的硬度和厚度，且生成的氧化膜附著力強(形成的氧化膜有50％滲透在鋁合金內(nèi)部，50％附著在鋁合金表面，呈雙向生長)，絕緣性和耐磨性好。本申請中，采用硬質(zhì)陽極氧化是為了得到硬度較高的氧化膜層，在進(jìn)行后續(xù)的陽極膜層拋光處理后，達(dá)到全光光澤效果。
作為本申請?zhí)幚矸椒ǖ囊环N改進(jìn)，根據(jù)所需的顏色，對硬質(zhì)陽極氧化后的鋁件進(jìn)行染色處理，染色原理為多孔鋁合金氧化膜層對染料色粉的物理吸附著色，本申請中使用偶氮染料進(jìn)行染色，具體方法為將需要的目標(biāo)顏色色粉與去離子純水以1：8-10的質(zhì)量比混合，將溫度加熱到70-80℃，然后將硬質(zhì)陽極氧化后的鋁件浸入該偶氮染料溶液中染色。染色時間根據(jù)顏色效果設(shè)定，一般在30-700秒不等。偶氮染料為偶氮基兩端連接芳基的一類有機化合物，是紡織品服裝在印染工藝中應(yīng)用最廣泛的一類合成染料，用于多種天然和合成纖維的染色和印花，也用于油漆、塑料、橡膠等的著色。常見的偶氮染料種類有蘇丹紅、苯胺黃等。
作為本申請?zhí)幚矸椒ǖ囊环N改進(jìn)，將染色后的鋁件置于含有封孔劑的溶液中進(jìn)行高溫封孔處理。封孔的目的是將封孔劑及水合物沉浸入已填充染料色粉的陽極氧化鋁膜層中，對氧化鋁膜中的孔洞進(jìn)行封閉處理，隔絕內(nèi)部鋁材與空氣中其它物質(zhì)的進(jìn)一步反應(yīng)。封孔劑大體分為有機封孔劑和無機封孔劑。其中有機封孔劑選自乙烯樹脂、酚醛、改進(jìn)型環(huán)氧樹脂及聚氨樹脂等，它們多是用于鋼鐵基體鋅或鋁涂層的封孔，工作溫度不高，處于大氣氧化、工業(yè)氣氛、海水等環(huán)境。對于高溫氧化介質(zhì)，則用瀝青基鋁漿、鋁硅酮樹脂及某些硅酸鹽、鉻酸鹽等無機封孔劑，最高工作溫度可達(dá)980℃。選擇封孔劑的主要依據(jù)是所處介質(zhì)的腐蝕情況及工作溫度。由于早期的鎳鹽封閉劑含Ni2+、F-，對人體和環(huán)境有毒害作用，本申請中使用無鎳封孔劑。優(yōu)選地，封孔劑的濃度為8-10g/L，封孔溫度為85-100℃，封孔時間為30-50分鐘。
作為本申請?zhí)幚矸椒ǖ囊环N改進(jìn)，對經(jīng)過硬質(zhì)陽極氧化并染色封孔的鋁件進(jìn)行打蠟拋光。打蠟拋光的目的是通過在硬質(zhì)氧化膜表面拋光，初步得到具有全光光澤的表面效果。拋光蠟為弱堿性研磨劑，選用小白蠟為拋光蠟，采用布輪或毛氈輪進(jìn)行拋光，拋光輪轉(zhuǎn)速為2500-3500轉(zhuǎn)每分鐘，拋光時間為3-5分鐘。
作為本申請?zhí)幚矸椒ǖ囊环N改進(jìn)，對打蠟拋光后的鋁件進(jìn)行磁流變拋光。磁流變效應(yīng)的定義為：磁流變液在不加磁場時為可流動的液體，而在強磁場的作用下，其流變特性發(fā)生了急劇的轉(zhuǎn)變，表現(xiàn)為類似固體的性質(zhì)，撤掉磁場時又恢復(fù)其流動特性的現(xiàn)象。磁流變拋光技術(shù)正是利用磁流變拋光液在在梯度磁場中發(fā)生流變而形成的具有粘塑行為的柔性“小磨頭”與工件之間具有快速的相對運動，使工件表面受到很大的剪切力，從而使工件表面得到磨光光亮效果。
磁流變拋光的關(guān)鍵在于磁流變液，其為包括磁性顆粒、基液和穩(wěn)定劑的懸浮液?；嚎梢詾樗蛴袡C溶劑，對應(yīng)使用不同性質(zhì)的穩(wěn)定劑。在本申請中，磁性顆粒為鐵粉，粒度為1-10μm，其含鐵量大于97％，有效磁導(dǎo)率大于3；基液為烷氧基醇和去離子水的混合液；穩(wěn)定劑為表面活性劑，其選自磷酸酯、脂肪酸、司盤、吐溫中的至少一種。在磁流變液中烷氧基醇的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30％-60％，鐵粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30％-60％，表面活性劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3％-8％，其余為去離子水。磁流變拋光轉(zhuǎn)速為4500-5500rad/min，拋光時間為3-5min。磁流變拋光可在經(jīng)過打蠟拋光后的鋁件上得到表面更為平整更光亮的光澤效果。
本申請還涉及所述處理方法得到的鋁合金工件，該鋁合金工件依次經(jīng)過硬質(zhì)陽極氧化，打蠟拋光和磁流變拋光，可得到表面全光光澤的效果，提升鋁材的外觀競爭力。
實施例1～4
對經(jīng)過機械預(yù)處理和陽極氧化前處理的鋁件進(jìn)行硬質(zhì)陽極氧化。采用硫酸和草酸的混合酸液作為電解液，其中硫酸濃度為120-150g/L，草酸濃度為10-15g/L。硬質(zhì)陽極氧化的電壓為40-75V，電流密度為3.0-4.0A/mm2，陽極氧化槽體溫度為8-11℃，硬質(zhì)陽極氧化時間為40-70min。實施例1～4中硬質(zhì)陽極氧化的實驗參數(shù)和陽極氧化膜厚度如表1所示。
表1
表1說明，陽極氧化膜厚度與電壓、電流密度、槽體溫度和硬質(zhì)陽極氧化時間成正相關(guān)關(guān)系。采用本申請的方案，可以在鋁合金表面得到厚度在25μm以上的致密陽極氧化膜。
接下來對硬質(zhì)陽極氧化后的鋁件進(jìn)行染色和封孔。采用偶氮染料的水溶液進(jìn)行染色，偶氮染料與水的質(zhì)量比為1:8-10，染色溫度為70-80℃，染色時間為30-700s。封孔采用無鎳封孔劑的水溶液進(jìn)行，封孔劑的濃度為8-10g/L，封孔溫度為85-100℃，封孔時間為30-50分鐘。染色和封孔的實驗參數(shù)如表2所示。
表2
染色步驟結(jié)束后，實施例1～4的鋁件表面均得到均勻上色。封孔步驟結(jié)束后，用濕布擦拭鋁材表面無染料滲透。
接下來對封孔后的鋁件進(jìn)行打蠟拋光。采用小白蠟為拋光蠟，采用布輪或毛氈輪進(jìn)行拋光，拋光輪轉(zhuǎn)速為2500-3500rad/min，拋光時間為3-5min。打蠟拋光的實驗參數(shù)如表3所示。
表3
打蠟拋光后，實施例1～4的鋁件表面平滑光潔，初步呈現(xiàn)具有全光光澤的表面效果。
接下來對打蠟拋光的鋁件進(jìn)行磁流變拋光。磁流變液為含有磁性顆粒、基液和穩(wěn)定劑的懸浮液，其中磁性顆粒為鐵粉，粒度為1-10μm，含鐵量大于97％，有效磁導(dǎo)率大于3；基液為烷氧基醇與水的混合液，實施例中選用乙二醇單丁醚和去離子水的混合液；穩(wěn)定劑為表面活性劑，其選自磷酸酯、脂肪酸、司盤、吐溫中的至少一種，實施例中選用司盤60。在磁流變液中烷氧基醇的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30％-60％，鐵粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30％-60％，表面活性劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3％-8％，其余為去離子水。磁流變拋光轉(zhuǎn)速為4500-5500rad/min，拋光時間為3-5min。磁流變拋光的實驗參數(shù)如表4所示。
表4
磁流變拋光結(jié)束后，實施例1～4的鋁件表面獲得有如玻璃鏡面的剔透感和層次感，可達(dá)到全光光澤的效果。
對比例1
對經(jīng)過機械預(yù)處理和陽極氧化前處理的鋁件依次進(jìn)行硬質(zhì)陽極氧化、染色和封孔，實驗參數(shù)同實施例1，結(jié)束后對鋁件表面進(jìn)行鏡面拋光，鋁件表面光亮，但表面光澤為亞光，無法實現(xiàn)表面全光效果。
對比例2～5
對經(jīng)過機械預(yù)處理和陽極氧化前處理的鋁件進(jìn)行陽極氧化。采用硫酸作為電解液，其中硫酸濃度為150-200g/L。陽極氧化的電壓為11-13V，電流密度為0.8-1.0A/mm2，陽極氧化槽體溫度為18-22℃，陽極氧化時間為30-40min。后續(xù)的染色、封孔、蠟拋和磁流變拋光過程同實施例1。對比例2～5中陽極氧化的實驗參數(shù)和得到的陽極氧化膜厚度如表5所示。
表5
磁流變拋光結(jié)束后，對比例2～5的鋁件表面光亮，但表面光澤不均勻且存在部分磨痕，無法實現(xiàn)表面全光效果。
通過實施例與對比例1對比可知，本申請?zhí)峁┑匿X合金的表面處理方法，由于加入了蠟拋和磁流變拋光過程，能使鋁合金工件表面實現(xiàn)全光光澤面的外觀效果，有效提升鋁合金材質(zhì)的外觀競爭力。通過實施例與對比例2～5對比可知，硬質(zhì)陽極氧化處理能增加多孔氧化鋁膜的厚度和硬度，在后續(xù)的拋光過程中獲得更為光亮的表面。
本申請雖然以較佳實施例公開如上，但并不是用來限定權(quán)利要求。任何本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本申請構(gòu)思的前提下，都可以做出若干可能的變動和修改，因此本申請的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以權(quán)利要求所界定的范圍為準(zhǔn)。