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“鋁合金陽極氧化電解著色的封閉工藝”獲國家發明專利授權

鋁及鋁合金因其優越的材料性能而得到了廣泛應用,與此同時,材料表面的裝飾、防護技術也得到迅速發展。在這些表面防護技術中,最常用的是對材料表面進行陽極氧化、電解著色和封閉處理工藝。 

  鋁或鋁合金經過陽極氧化處理后,金屬表面會形成一層氧化膜(Al2O3),氧化膜的表層是多孔狀結構,質地較為疏松,而底層較為致密。為了美觀或其他特殊需要,常常還要對氧化膜進行電解著色處理,使材料表面著上顏色。由于氧化膜表層質地較為疏松,其耐磨性、耐蝕性較差。因此,繼氧化、著色后還需要進行封閉處理這一道關鍵工藝。 

  封閉處理的原理就是通過熱水或化學溶液使得多孔狀的氧化膜發生水解反應,形成Al(OH)3(化學封閉中會形成多種水解產物),體積膨脹后將氧化膜表面的微孔填充,使得工件表面的耐磨性和耐蝕性得到較大改善。目前人們已經發展了多種封閉的技術,如沸水熱封閉、高溫水蒸氣封閉、中溫化學封閉以及冷封閉等。 

  沸水熱封閉主要是將染色后的工件在沸水中煮約30分鐘即可,目前這種工藝對水質要求很高,必須是蒸餾水、且要去離子化、PH值5-7之間、溫度98℃。高溫水蒸氣封閉是由德國提出來的封閉工藝,它是將染色后的工件置于高壓、100℃-110℃的蒸氣中進行封閉。該方法封閉速度稍快,效果稍好一些。但高壓蒸氣要求在密閉的容器中,該方法設備成本高、不適于大件的處理。中溫化學封閉是利用強氧化性的重鉻酸鹽,在較高溫度下(90℃)與氧化膜作用生成堿式鉻酸鋁及堿式重鉻酸鋁沉淀以及氧化鋁的水合物將孔封閉,被認為是各種封閉方法中氧化膜耐蝕性能較好的一種封孔技術。冷封閉首先是由意大利提出來的一種封閉工藝,它是將工件浸入常溫下的以NiF2為主的化學溶液中,通過離子交換以及水合反應形成Ni(OH)2,AI(OH)3混合水合物沉積,從而使氧化膜孔隙實現封閉。該方法對水質要求低、常溫進行能耗低、封閉時間短。技術的缺點是鎳對環境污染及人身損壞嚴重,該方法至今未獲得國際上的認同。 

  現有的封閉工藝基本滿足了常規應用場合的使用需求,但在一些對工件表面潔凈度要求苛刻的一些領域(如慣性約束聚變、航天等),上述多數封閉工藝是不能夠達到要求的。經過封閉處理的零件用酒精擦拭時就會出現大量褪色現象,氧化膜表面的耐磨性和耐蝕性較差,容易對潔凈環境造成污染。而能夠達到要求的個別工藝其成本很高,是普通工藝的幾十倍。 

  為了解決這一問題,西安光機所先進光學技術研究室閆亞東、王鋒、何俊華等科研人員提出了一種鋁合金陽極氧化電解著色的封閉工藝。此工藝因水解溫度逐漸降低,整個過程周期較長,水解過程由快逐漸變慢,為水解產物在氧化膜表面充分、致密附著提供了足夠的時間。通過緩慢降溫至室溫的過程,避免了常規沸水封閉工藝中工件由高溫迅速冷卻導致水解膜快速脫水而開裂的現象,表面裂紋會大幅降低表面的耐磨性和耐蝕性。本發明對經過普通陽極氧化染黑處理后的工件封閉后,用百潔布沾酒精反復擦拭,百潔布潔凈如初。此工藝技術簡單、成本低、無污染、封閉效果好,在慣性約束聚變及航天載荷中得到了驗證,目前已獲國家發明專利授權。


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