铝合金阳极氧化电解着色工艺及性能研究

摘要

铝合金阳极氧化电解着色是铝合金表面处理中广泛采用的方法之一。我国目前使用的电解着色工艺大都是镍盐、锡盐或者镍-锡混合盐，颜色大多是古铜色系。因此研究铝合金的多色电解着色工艺、提高其装饰性，对促进铝合金的工业应用有重要意义和紧迫性。 电解着黄色系是近年来研究较多的课题，但是颜色淡和稳定性差等问题一直没有得到很好的解决，本文力图通过在基础着色液中加入Cu盐和添加剂通过金属的共沉积，来达到所希望的颜色。在查阅了大量的文献基础上，确定了着色主盐种类、添加剂种类、着色电压、着色时间、着色温度。设计采用正交化设计，以膜层的粗糙度、均匀性、光亮度为指标，找到最佳铝合金阳极氧化工艺条件，并通过正交实验确定此阳极氧化条件下电解着色的最佳工艺条件。采用此阳极氧化工艺能在铝合金上形成无色透明、均匀、多孔的光滑膜层，电解着色处理后，膜层呈现金黄色，色泽美观，在提高耐蚀性的同时满足了装饰性的要求。 本文采用电流-时间曲线、成膜过程中试样表面微观形貌变化的观察等方法对铝合金阳极氧化成膜动力学特征进行了探索。采用SEM、XRD、EDS、EPMA、XRF、扫描电镜能谱法等对阳极氧化和电解着色膜的形貌、成分和结构进行了分析和对比。研究了着色膜的耐磨性、耐热性、耐光老化等性能。结果表明：用橡皮来回擦拭着色膜表面40次，无掉膜失色现象；300℃耐热性良好；着色试件的耐紫外线性能较好，适合于作室外的装饰材料。 文中采用HCl浸泡实验、NaOH溶液浸泡实验、3％NaCl浸泡实验、极化曲线、电化学阻抗谱不同方法对铝合金阳极氧化着色膜耐蚀性能进行了测试，测试的结果基本一致，均表明阳极氧化着色处理使铝合金的耐蚀性得到了一定改善；着色处理不仅满足了装饰性的要求，还进一步提高了耐蚀性；封闭处理后又较大提高了耐蚀性能和耐光老化性能。本文研究的工艺流程简单、污染小、易操作、着色液性能稳定，数月内不易分解，是一种较理想的电解着黄色系工艺，具有非常广阔的应用前景。

目录

文摘

英文文摘

声明

引言

1文献综述

1.1表面技术

1.1.1表面技术概述

1.1.2表面技术的分类

1.1.3表面技术的发展及应用

1.2金属着色技术

1.2.1金属着色技术概述

1.2.2金属着色技术的分类

1.3铝及铝合金阳极氧化

1.3.1阳极氧化概述

1.3.2阳极氧化膜的分类

1.3.3铝及铝合金阳极氧化机理

1.4阳极氧化膜的结构模型

1.4.1 KHR模型

1.4.2 3层结构模型

1.4.3胶体结构模型

1.4.4修正的KHR模型

1.5铝合金阳极氧化膜着色技术

1.5.1浸渍着色法

1.5.2自然发色法

1.5.3一次电解着色

1.5.4二次电解着色

1.5.5三次电解着色(光干涉着色法)

1.6电解着色的发展

1.6.1欧洲发明了电解着色

1.6.2日本为电解着色的工业化开辟了道路

1.6.3外国技术转让权的确定和普及

1.7铝阳极氧化电解着色处理方法

1.7.1AC(交流)酸性Sn-Ni盐电解着色处理

1.7.2AC(交流)弱酸性镍盐电解着色处理

1.7.3银盐电解着色处理

1.7.4硒盐电解着色处理

1.8电解着色的机理

1.9选题依据和研究意义

1.10本论文研究的主要内容

2实验材料、设备及方法

2.1实验材料及设备

2.1.1原材料

2.1.2实验药品

2.1.3实验仪器

2.2实验步骤和方法

2.2.1工艺流程

2.2.2表面预处理

2.2.3阳极氧化实验方法

2.2.4电解着色实验方法

2.2.5水合封孔

2.3阳极氧化电解着色槽液的配制

2.3.1阳极氧化槽液的配置

2.3.2电解着色槽液的配置

2.4阳极氧化着色膜的质量评定

2.4.1外观检测

2.4.2膜厚的测定

2.4.3膜层硬度检测

2.4.4膜层的耐蚀性检测

2.4.5腐蚀失重实验

2.4.6抗光老化性能检测

2.4.7热稳定性检测

2.4.8耐摩擦性检测

2.5膜层的物理检测

2.6极化曲线的测量

2.7电化学阻抗谱(EIS)测量

3阳极氧化工艺

3.1正交实验

3.2正交因素和水平的确定

3.3实验结果评定

3.3.1直接分析

3.3.2极差分析

3.3.3各个因素对膜性能影响分析

3.4最佳工艺条件的确定

3.5铝阳极氧化膜的成分和结构

3.6最佳阳极氧化条件下的成膜动力学特征

4金黄色电解着色正交实验和最优工艺

4.1金黄色着色工艺比较

4.2电解着色液成分的确定

4.3基础配方的确定

4.4正交实验

4.4.1正交实验水平与因素的确定

4.4.2着色膜综合性能处理结果

4.4.3着色膜颜色指标评定结果

4.4.4各个因素影响的比较

4.5各因素水平影响分析

4.5.1各因素的水平影响分析

4.5.2正交最优着色液配方的确定

4.6工艺参数对电解着色膜性能的影响

4.6.1温度对电解着色膜性能的影响

4.6.2电压对电解着色膜性能的影响

4.6.3时间对电解着色膜性能的影响

4.6.4络合剂对电解着色膜性能影响

4.6.5促进剂B对着色膜性能影响

4.6.6 CuSO4·5H2O含量对着色膜性能影响

4.6.7 Na2SeO3对电解着色的影响

4.6.8最优电解着色工艺确定

5阳极氧化着色膜层的性能测试

5.1着色膜的外观检查

5.2膜层的耐磨性测试

5.3膜层的耐热性实验

5.4耐光老化实验

5.5化学腐蚀实验

5.5.1 3%NaCl浸泡实验

5.5.2 NaOH溶液浸泡实验

5.5.3 HCl溶液浸泡实验

5.6极化曲线

5.7电化学阻抗谱

5.8电子探针分析

5.9着色膜的表面形貌

5.9.1金相显微镜形貌

5.9.2扫描电镜形貌

5.10荧光光谱检测

5.11原子能谱

5.12扫面电镜能谱法

5.13 XRD分析

5.14着色液的使用寿命和可调性

5.15着色膜的膜厚和耐蚀性

结论

参考文献

附录

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

攻读硕士学位期间获奖情况

致 谢