铝合金化学粗砂面处理方法与流程

本发明属于铝合金材料表面处理技术领域，具体地，涉及一种铝合金化学粗砂面处理方法。

背景技术：

获得砂面效果常用途径是机械喷砂，一般步骤为上挂、脱脂、碱洗、中和、烘烤、下挂、喷砂，再次上挂后脱脂、碱洗、中和、化学抛光、中和、阳极氧化、封孔、下挂。化学砂面处理可以在不便于机械喷砂的部位(如复杂内腔)获得砂面效果，还可以缩短工艺流程和转移时间，从而降低成本。常规化学砂面处理步骤为上挂、脱脂、碱洗、中和、化学打砂、中和、阳极氧化、封孔、下挂。但目前化学砂面处理常用氟化物或磷酸为主要原料。使用氟化物存在环保方面的不足，氟化物对工人的身体损害较大，此外，使用氟化物的砂面处理只能得到细砂面效果。使用磷酸为主要原料，则成本高昂，同样存在磷酸盐废水处理困难的问题。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种铝合金化学粗砂面处理方法，以获得粗砂面的处理方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明提供一种铝合金化学粗砂面处理方法，包括如下步骤：将铝合金工件依次进行脱脂、碱洗、中和、酸蚀、中和、碱蚀、中和、阳极氧化和封孔处理；

所述酸蚀的步骤中采用的酸蚀液为无机酸、二价过渡金属盐、三价过渡金属盐和水的混合物。

优选地，所述脱脂的步骤包括如下操作：将铝合金工件在40～50℃下浸泡于脱脂液中2～8min；所述脱脂液为硫酸、表面活性剂、柠檬酸钠和水的混合物。采用硫酸作为脱脂剂主要成分，脱脂速度快，且可以利用阳极氧化废硫酸配制，节约成本，减少废液排放。表面活性剂用于加快除油。柠檬酸钠作为缓蚀剂和络合剂，加快铝合金表面附着物的清洗速度，同时减弱硫酸对铝合金的腐蚀。

更优选地，所述表面活性剂为tx-10乳化剂、op-10乳化剂、6501表面活性剂中的一种或多种的组合。

更优选地，所述脱脂液中，硫酸的质量分数为5％～15％，表面活性剂的质量分数为1～5％，柠檬酸钠的浓度为1～3g/l。硫酸浓度过低，除油效果差；浓度过高，则对铝合金的腐蚀较大，容易形成点腐蚀。表面活性剂含量过低，去油效果差；含量过高，则成本高，去污能力反而下降，且表面活性剂容易粘附于铝合金表面，不利于除油后的水洗。

优选地，所述碱洗的步骤包括如下操作：将铝合金工件在50～60℃下浸泡于碱洗液中5～60s；所述碱洗液为氢氧化钠、葡萄糖酸钠和水的混合物。本步骤可提高铝件表面的活性，除去铝件表面的脏污和氧化物。使用的葡萄糖酸钠具有缓蚀作用，使铝合金表面在碱液中均匀腐蚀。此外，葡萄糖酸钠还具有很强的络合作用，抑制碱液中铝离子水解形成沉淀。

更优选地，所述碱洗液中，氢氧化钠和葡萄糖酸钠的浓度分别为100～150g/l和1～5g/l。氢氧化钠浓度过低，则活化速度慢，耗时过长；氢氧化钠浓度过高，则反应速度太快，容易过腐蚀，使得铝合金表面出现明显的挤压纹。葡萄糖酸钠浓度过高则效果增加不明显，反而提高了成本。

优选地，所述中和的步骤包括如下操作：将铝合金工件在常温下浸渍于中和液中0.5～5min；所述中和液为硝酸的水溶液，硝酸水溶液的质量分数为5～15％。碱蚀后的铝合金表面会有一层不溶于碱液的灰渍，利用硝酸的强氧化性，可除去铝件表面残留的碱液和灰渍。

优选地，所述酸蚀的步骤包括如下操作：将铝合金工件在常温下浸渍于酸蚀液中1～5min。

优选地，所述酸蚀液中，所述无机酸为盐酸；所述二价过渡金属盐为硫酸铜；所述三价过渡金属盐为三氯化铁。酸蚀液的作用是利用卤素氯离子和高价金属离子(铁离子和铜离子)在铝合金表面形成微蚀坑。

更优选地，所述酸蚀液中，三价过渡金属盐、盐酸、二价过渡金属盐的浓度分别为80～120g/l、100～150ml/l、0.2～1g/l。酸蚀液中三价过渡金属盐三氯化铁浓度过高，则溶液黏度大，不利于常温下反应的进行。盐酸提供了酸性环境，促进反应进行，浓度过高则反应剧烈，且会有盐酸酸雾形成。二价过渡金属盐为铜离子可以促进点腐蚀形成，若浓度过高，则置换出来的铜容易在表面覆盖，不利于反应均匀进行。

优选地，所述碱蚀的步骤包括如下操作：将铝合金工件在80～90℃下浸泡于碱蚀液中15-60s；所述碱蚀液为氢氧化钠、硝酸钠和水的混合物。利用碱液的强腐蚀性，将铝件表面的微蚀坑扩大，形成完整、均匀的粗糙砂面。碱液成分为氢氧化钠、硝酸钠和水的混合物。添加硝酸钠增强碱液对铝合金的腐蚀性，加快反应速度，而且可以提高碱液黏度，在碱蚀的同时具有一定的化学抛光效果。

更优选地，所述碱蚀液中，氢氧化钠(游离态)、硝酸钠的浓度分别为150～250g/l、100～150g/l；碱蚀液中铝含量控制在30～60g/l。碱蚀液中氢氧化钠浓度过高会使得反应过于迅速，容易过腐蚀。硝酸钠具有整平作用，使铝合金表面出砂，浓度过高亦可以使反应剧烈。碱蚀液中铝含量过低，则铝合金表面反应速度快、易出现材料纹；铝含量过高，反应速度慢，容易出现点腐蚀坑，碱蚀液沉淀杂质多。

优选地，所述阳极氧化的步骤包括如下操作：将铝合金工件浸泡于阳极氧化液中，在18～20℃的温度、13～15v的氧化电压下进行氧化处理15～45min；所述阳极氧化液为硫酸和水的混合物，其中硫酸的浓度为180～200g/l。

优选地，所述封孔的步骤包括如下操作：将铝合金工件在85～95℃下，浸泡于封孔剂中，封孔15～30min；所述封孔剂为奥野dx-500，浓度为7～10g/l。封孔使氧化膜的耐腐蚀性、耐脏污能力大大提高，亦可使染色后的氧化膜中的染料不容易逸出。

优选地，所述铝合金为1系铝合金、5系铝合金或6系铝合金。

更优选地，所述铝合金为5系铝合金。1系铝合金所形成的砂面比5系铝合金的砂面细小，而6系铝合金有时会因为局部铝合金晶粒粗大使得砂面过于粗糙。

目前化学砂面处理常用氟化物或磷酸为主要原料。氟化物有较大毒性，对工人的身体损害较大，此外，使用氟化物的砂面处理只能得到细砂面效果，并不能获得粗砂面。而使用磷酸为主要原料，则成本高昂，且存在磷酸盐废水处理困难的问题。

本发明的步骤为上挂、脱脂、碱洗、中和、酸蚀、中和、碱蚀、中和、阳极氧化、封孔、下挂。基本原理是先在铝合金表面用含有卤素氯离子和高价金属离子(如铁离子或铜离子)的溶液中浸泡，在铝件表面的表面形成大量的微蚀坑，再浸入碱性溶液中进行碱蚀，将腐蚀坑扩大，最终形成均匀砂面效果。

本发明所产生的废水可使用常规的酸碱中和处理；本发明中除酸蚀液外，其他处理工序的药液可与普通阳极氧化工艺中的处理槽液共用，酸蚀液中的化工原料价格低廉，来源广泛；本发明也可以获得均匀的粗砂面处理效果。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明可获得粗砂面效果，在不利于机械喷砂的表面(如复杂内腔)也能形成砂面；

2、经过短时间的化学处理即可获得砂面，与传统机械喷砂相比，节省了一次上下挂具、烘烤、机械喷砂等步骤，提高了效率；

3、本发明所使用的是常用的化工原料，使用寿命长，成本低廉。

4、本发明所产生的废水使用常规的酸碱中和处理即可；

5、本发明中除酸蚀液外，其他处理工序的药液可与普通阳极氧化工艺中的处理槽液共用，只需增加1个酸蚀处理槽和2个水洗槽。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为6063铝合金经过本方法处理后，进行阳极氧化并封孔后，在表面形成了砂面本色阳极氧化膜的照片；

图2为6063铝合金经过本方法处理后，进行阳极氧化并封孔后，在表面形成了砂面本色阳极氧化膜的另一照片；

图3为本方法的工艺流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

本发明提供一种铝合金化学粗砂面处理方法，图3为本方法的工艺流程图。铝件表面经过打磨后进行砂面处理，具体包括如下操作：

1、脱脂

可采用酸性脱脂，槽液成分和浓度参数分别为硫酸5～15％，tx-10乳化剂1～5％，柠檬酸钠1～3g/l，在40～50℃下浸泡2～8min，两道水洗后进入下一工序。采用硫酸作为脱脂剂主要成分，脱脂速度快，且可以利用阳极氧化废硫酸配制，节约成本，减少废液排放。使用tx-10乳化剂加快除油。柠檬酸钠作为缓蚀剂和络合剂。

2、碱洗

本步骤可提高铝件表面的活性，除去铝件表面的脏污和氧化物。本步骤中使用的葡萄糖酸钠具有缓蚀作用，使铝合金表面在碱液中均匀腐蚀。此外，葡萄糖酸钠还具有很强的络合作用，抑制碱液中铝离子水解形成沉淀。溶液成分为氢氧化钠100～150g/l，葡萄糖酸钠1～5g/l，50～60℃，浸渍5～60s。

3、中和

碱洗后的铝合金表面会有一层不溶于碱液的灰渍，利用硝酸的强氧化性，可除去铝件表面残留的碱液和灰渍。硝酸浓度5～15％，常温浸渍0.5～5min。

4、酸蚀

酸蚀液的作用是利用卤素氯离子和高价金属离子(铁离子和铜离子)在铝合金表面形成微蚀坑。其成分是三氯化铁、盐酸、硫酸铜和水的混合物，其中三氯化铁浓度、盐酸、硫酸铜的浓度分别为80～120g/l、150～200ml/l、0.2～1g/l，常温下浸渍1～5min。

5、中和

酸蚀后铝合金表面有灰渍残留，为避免影响后续步骤，需浸入中和液中处理，溶液和方法同步骤3。

6、碱蚀

利用碱液的强腐蚀性，将铝件表面的微蚀坑扩大，形成完整、均匀的粗糙砂面。碱液成分为氢氧化钠、硝酸钠和水的混合物。添加硝酸钠增强碱液对铝合金的腐蚀性，加快反应速度，而且可以提高碱液黏度，在碱蚀的同时具有一定的化学抛光效果。其中氢氧化钠(游离态)、硝酸钠的浓度分别为150～250g/l、100～150g/l，碱液中铝含量控制在30～60g/l，在80～90℃下浸泡于碱蚀液中15～60s。

7、中和

碱蚀后的铝合金表面形成一层灰渍，用硝酸中和铝件表面残留的碱液和除去表面残留的灰渍。溶液和方法同步骤3。

8、阳极氧化

阳极氧化药液硫酸浓度180～200g/l，氧化温度18～20℃，氧化电压13～15v，氧化时间15～45min，铝含量1～15g/l。

9、封孔

封孔使氧化膜的耐腐蚀性、耐脏污能力大大提高，亦可使染色后的氧化膜中的染料不容易逸出。使用奥野dx-500封孔剂封孔，浓度7～10g/l，温度85～95℃，封孔时间15～30min。

实施例1

本实施例提供一种以6063铝合金为处理对象的化学粗砂面处理方法，铝件表面经过打磨后进行砂面处理，具体包括如下操作：

1、脱脂

可采用酸性脱脂，槽液成分和浓度参数分别为硫酸10％，tx-10乳化剂1％，柠檬酸钠3g/l，在50℃下浸泡4min，两道水洗后进入下一工序。采用硫酸作为脱脂剂主要成分，脱脂速度快，且可以利用阳极氧化废硫酸配制，节约成本，减少废液排放。使用tx-10乳化剂加快除油。柠檬酸钠作为缓蚀剂和络合剂。

2、碱洗

本步骤可提高铝件表面的活性，除去铝件表面的脏污和氧化物。本步骤中使用的葡萄糖酸钠具有缓蚀作用，使铝合金表面在碱液中均匀腐蚀。此外，葡萄糖酸钠还具有很强的络合作用，抑制碱液中铝离子水解形成沉淀。溶液成分为氢氧化钠120g/l，葡萄糖酸钠1g/l，55℃，浸渍50s。

3、中和

碱洗后的铝合金表面会有一层不溶于碱液的灰渍，利用硝酸的强氧化性，可除去铝件表面残留的碱液和灰渍。硝酸浓度10％，常温浸渍2min。

4、酸蚀

酸蚀液的作用是利用卤素氯离子和高价金属离子(铁离子和铜离子)在铝合金表面形成微蚀坑。其成分是三氯化铁、盐酸、硫酸铜和水的混合物，其中三氯化铁浓度、盐酸、硫酸铜的浓度分别为100g/l、150ml/l、1g/l，常温下浸渍3min。

5、中和

酸蚀后铝合金表面有灰渍残留，为避免影响后续步骤，需浸入中和液中处理，溶液和方法同步骤3。

6、碱蚀

利用碱液的强腐蚀性，将铝件表面的微蚀坑扩大，形成完整、均匀的粗糙砂面。碱液成分为氢氧化钠、硝酸钠和水的混合物。添加硝酸钠增强碱液对铝合金的腐蚀性，加快反应速度，而且可以提高碱液黏度，在碱蚀的同时具有一定的化学抛光效果。其中氢氧化钠(游离态)、硝酸钠的浓度分别为250g/l、120g/l，碱液中铝含量控制在60g/l，在80℃下浸泡于碱蚀液中40s。

7、中和

碱蚀后的铝合金表面形成一层灰渍，用硝酸中和铝件表面残留的碱液和除去表面残留的灰渍。溶液和方法同步骤3。

8、阳极氧化

阳极氧化药液硫酸浓度180g/l，氧化温度18℃，氧化电压13v，氧化时间20min，铝含量5g/l。

9、封孔

封孔使氧化膜的耐腐蚀性、耐脏污能力大大提高，亦可使染色后的氧化膜中的染料不容易逸出。使用奥野dx-500封孔剂封孔，浓度8g/l，温度90℃，封孔时间15min。

10、效果

通过上述步骤处理的6063铝合金表面形成了粗糙的砂面，表面均匀。将经过砂面处理的铝合金进行阳极氧化和封孔后，铝件表面与0.2mm钢珠的喷丸效果类似，砂面粗糙而均匀。

图1和图2为6063铝合金经过本发明处理后，进行阳极氧化并封孔的步骤后，在表面形成了砂面本色阳极氧化膜的照片。

实施例2

本实施例提供一种以6060铝合金为处理对象的化学粗砂面处理方法，铝件表面经过布轮打磨，以消除表面挤压纹的影响，再进行砂面处理，具体包括如下操作：

1、脱脂

采用酸性脱脂，槽液成分和浓度参数分别为硫酸5％，tx-10乳化剂5％，柠檬酸钠1g/l，在40℃下浸泡5min。

2、碱洗

将铝合金工件在50℃下浸泡于碱洗液中55s。碱洗液成分为氢氧化钠100/l，葡萄糖酸钠3g/l。

3、中和

将铝合金工件在常温下浸渍于中和液中0.5min。中和液为硝酸的水溶液，硝酸浓度15％。

4、酸蚀

将铝合金工件在常温下浸渍于酸蚀液中1.5min。所述酸蚀液为的成分是三氯化铁、盐酸、硫酸铜和水的混合物，其中三氯化铁浓度、盐酸、硫酸铜的浓度分别为120g/l、150ml/l、1g/l。

5、中和

将铝合金工件在常温下浸渍于中和液中0.5min。中和液为硝酸的水溶液，硝酸浓度15％。

6、碱蚀

将铝合金工件在80℃下浸泡于碱蚀液中50s，碱蚀液中氢氧化钠(游离态)、硝酸钠的浓度分别为150g/l、150g/l，碱液中铝含量控制在30g/l。

7、中和

将铝合金工件在常温下浸渍于中和液中0.5min。中和液为硝酸的水溶液，硝酸浓度15％。

8、阳极氧化

将铝合金工件浸泡于阳极氧化液中，阳极氧化液中硫酸浓度180g/l，氧化温度20℃，氧化电压13v，氧化时间15min，铝含量1g/l。

9、封孔

将铝合金工件浸泡于封孔剂中，使用奥野dx-500封孔剂封孔，浓度10g/l，温度95℃，封孔时间15min。

10、效果

通过上述步骤处理的6060铝合金表面形成了均匀而粗糙的砂面效果，砂面粗细与6063铝合金类似。

实施例3

本实施例提供一种以5052铝合金板材为处理对象的化学粗砂面处理方法，铝板表面需要先打磨，去除铝板表面原有纹路的影响，再进行砂面处理，具体包括如下操作：

1、脱脂

采用酸性脱脂，槽液成分和浓度参数分别为硫酸15％，tx-10乳化剂1％，柠檬酸钠2g/l，在50℃下浸泡3min。

2、碱洗

将铝合金工件在60℃下浸泡于碱洗液中10s。碱洗液成分为氢氧化钠150g/l，葡萄糖酸钠1g/l。

3、中和

将铝合金工件在常温下浸渍于中和液中3min。中和液为硝酸的水溶液，硝酸浓度5％。

4、酸蚀

将铝合金工件在常温下浸渍于酸蚀液中3min。所述酸蚀液为的成分是三氯化铁、盐酸、硫酸铜和水的混合物，其中三氯化铁浓度、盐酸、硫酸铜的浓度分别为80g/l、120ml/l、0.5g/l。

5、中和

将铝合金工件在常温下浸渍于中和液中3min。中和液为硝酸的水溶液，硝酸浓度5％。

6、碱蚀

将铝合金工件在90℃下浸泡于碱蚀液中25s，碱蚀液中氢氧化钠(游离态)、硝酸钠的浓度分别为250g/l、100g/l，碱液中铝含量控制在50g/l。

7、中和

将铝合金工件在常温下浸渍于中和液中3min。中和液为硝酸的水溶液，硝酸浓度5％。

8、阳极氧化

将铝合金工件浸泡于阳极氧化液中，阳极氧化液中硫酸浓度200g/l，氧化温度18℃，氧化电压15v，氧化时间45min，铝含量15g/l。

9、封孔

将铝合金工件浸泡于封孔剂中，使用奥野dx-500封孔剂封孔，浓度8g/l，温度85℃，封孔时间30min。

10、效果

通过上述步骤处理的5052铝合金薄板表面形成的砂面与处理6063铝合金表面的砂面相比要更细腻一些，表面均匀。

实施例4

本实施例提供一种以6061铝合金为处理对象的化学粗砂面处理方法，铝件表面经过打磨后进行砂面处理，具体包括如下操作：

1、脱脂

采用酸性脱脂，槽液成分和浓度参数分别为硫酸8％，tx-10乳化剂3％，柠檬酸钠3g/l，在45℃下浸泡8min。

2、碱洗

将铝合金工件在55℃下浸泡于碱洗液中25s。碱洗液成分为氢氧化钠120g/l，葡萄糖酸钠5g/l。

3、中和

将铝合金工件在常温下浸渍于中和液中5min。中和液为硝酸的水溶液，硝酸浓度10％。

4、酸蚀

将铝合金工件在常温下浸渍于酸蚀液中2min。所述酸蚀液为的成分是三氯化铁、盐酸、硫酸铜和水的混合物，其中三氯化铁浓度、盐酸、硫酸铜的浓度分别为100g/l、100ml/l、0.2g/l。

5、中和

将铝合金工件在常温下浸渍于中和液中5min。中和液为硝酸的水溶液，硝酸浓度5％。

6、碱蚀

将铝合金工件在85℃下浸泡于碱蚀液中60s，碱蚀液中氢氧化钠(游离态)、硝酸钠的浓度分别为200g/l、120g/l，碱液中铝含量控制在30g/l。

7、中和

将铝合金工件在常温下浸渍于中和液中5min。中和液为硝酸的水溶液，硝酸浓度5％。

8、阳极氧化

将铝合金工件浸泡于阳极氧化液中，阳极氧化液中硫酸浓度190g/l，氧化温度19℃，氧化电压14v，氧化时间30min，铝含量8g/l。

9、封孔

将铝合金工件浸泡于封孔剂中，使用奥野dx-500封孔剂封孔，浓度7g/l，温度90℃，封孔时间25min。

10、效果

通过上述步骤处理的6061铝合金表面形成均匀的粗砂面，类似于6063铝合金表面的砂面效果。

对比例1

本对比例提供一种以6060铝合金为处理对象的化学粗砂面处理方法，具体步骤与实施例2基本一致，不同之处仅在于：本对比例中酸蚀液采用硫酸铁、盐酸、硫酸铜和水的混合物。

本对比例效果：通过上述步骤处理的6060铝合金表面比实施例2的起砂速度慢，需要在酸蚀液中浸泡更长的时间，同时也会使得铝合金基体损失更多。

对比例2

本对比例提供一种以6060铝合金为处理对象的化学粗砂面处理方法，具体步骤与实施例2基本一致，不同之处仅在于：本对比例中酸蚀液采用三氯化铁、硫酸、硫酸铜和水的混合物。

本对比例效果：用硫酸代替盐酸，使得溶液中的氯离子浓度显著降低，通过上述步骤处理的6060铝合金表面点腐蚀数量不如实施例2密集，需要延长浸泡时间，打砂效率降低。

对比例3

本对比例提供一种以6060铝合金为处理对象的化学粗砂面处理方法，具体步骤与实施例2基本一致，不同之处仅在于：本对比例中酸蚀液采用三氯化铁、盐酸、氯化钴和水的混合物。

本对比例效果：在酸蚀液中，采用氯化钴替换硫酸铜时，不仅由于氯化钴比硫酸铜昂贵得多，经济性差；而且由于采用氯化钴时，二价钴离子的氧化性明显低于二价铜离子的氧化性，所以氯化钴在铝合金表面被铝还原的能力也小，不能促进铝合金表面迅速形成微蚀坑，从而影响酸蚀效果，进而使6060铝合金化学粗砂面处理速度慢、碱蚀需要更长的时间、损失更多的铝基体。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。