一种黑色薄膜的制备方法

摘要

本发明公开了一种黑色薄膜的制备方法，包括将铝合金工件进行周期性重复的机械抛光+化学抛光，阳极氧化，采用含有酸性毛元ATT 50‑80g/L、酸性湖蓝5‑8g/L和含碳添加剂8‑20g/L的黑色染料溶液进行染色，封闭和水洗的步骤。本发明通过周期性重复的机械抛光+化学抛光与含碳黑色染料溶液相结合的工艺，得到的黑色薄膜光泽度高，硬度高，具有优异的黑色外观和耐磨性能，适于应用。

说明书

技术领域

本发明涉及金属的表面处理技术领域，尤其涉及一种黑色薄膜的制备方法。

背景技术

随着黑色工业风在全球范围内的流行，小到螺栓、大到家电产品、汽车等，无一不受到黑色的装饰。在泛家居行业中，黑色铝合金产品也是随处可见，如黑色铝合金淋浴房边框、黑色铝合金毛巾架等等。黑色铝合金产品技术已有相关专利报道，如专利CN108707942A公开了一种铝合金黑色阳极氧化电泳的工艺，铝合金阳极氧化加黑色电解着色之后再进行电泳，可以得到平整、光滑和抗冲击能力的阳极氧化外观，又可以满足高耐碱性能，长周期盐雾和冷凝水试验要求。

但现有的铝合金产品，大部分氧化成黑色膜或者喷涂黑漆、黑粉后，样品表面存在光泽度差(如氧化黑色，光泽度＜50)、硬度低(如铅笔硬度为2H)等问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，提供一种兼具高光泽度和高硬度的黑色薄膜的制备方法。

为了实现以上目的，本发明的技术方案为：

一种黑色薄膜的制备方法包括以下步骤：

1)抛光

对铝合金工件表面进行周期性重复的机械抛光+化学抛光，其中所述机械抛光为转速和抛光时间梯度增加的多步抛光，所述化学抛光是将机械抛光之后的铝合金工件放入含有10-20wt％硫酸、65-70wt％磷酸、1-5wt％添加剂的抛光液中进行化学抛光，温度为80-100℃，抛光时间为10-30min；

2)阳极氧化

将抛光之后的铝合金工件放入阳极氧化溶液中进行氧化，电压为10-20V，电流1.0-3.0A/dm

3)染色

将阳极氧化后的铝合金工件放入黑色染料溶液中进行染色，温度为35-45℃，pH值3-5，时间15-30min；所述黑色染料溶液含有酸性毛元ATT 50-80g/L、酸性湖蓝5-8g/L和含碳添加剂8-20g/L；染色完将工件放入纯水中清洗5-20min；

4)封闭

将染色后的铝合金工件放入封孔剂溶液中封孔处理，温度75-85℃，时间40-80min；

5)水洗

将封孔后的铝合金工件用常温超纯水清洗10-20min；然后采用60-90℃超纯水清洗10-30min。

可选的，所述多步抛光包括至少两步，且每一步的转速比前一步增加500-1500r/min，抛光时间比前一步增加3-8min。

可选的，所述多步抛光为三步抛光；第一步抛光的转速为500-1500r/min，时间为2-8min；第二步抛光的转速为1500-2500r/min，时间为7-13min；第三步抛光的转速为2500-3500r/min，时间为12-18min。

可选的，所述化学抛光的添加剂包括硫酸镍、聚二硫二丙烷磺、硫基苯并咪唑、乙烯硫脲、氨基磺酸、润湿剂中的至少一种。

可选的，所述抛光的周期为2-5个。

可选的，所述机械抛光和化学抛光之间还包括对铝合金工件进行脱脂处理、碱洗处理和中和处理的步骤。

可选的，将所述机械抛光之后的铝合金工件放入5-10％的硫酸溶液中进行所述脱脂处理，5-15min后取出并放入纯水中清洗5-20min；然后将所述铝合金工件放入浓度为45-55g/L的NaOH溶液中进行碱洗，溶液温度为45-55℃，碱洗时间为2-5min，碱洗完再放入纯水中清洗5-20min；将碱洗后的铝合金工件放入浓度为140-150g/L的硝酸溶液中进行中和处理，然后再放入纯水中清洗5-20min。

可选的，所述阳极氧化溶液含有5-10g/L的Al

可选的，所述含碳添加剂为粒径10-100μm的颗粒碳粉末。

可选的，所述黑色薄膜的厚度≥10μm。

本发明的有益效果为：

通过周期性重复的机械抛光+化学抛光与含碳黑色染料溶液相结合的工艺，得到的黑色薄膜光泽度高，硬度高，具有优异的黑色外观和耐磨性能，适于应用。

附图说明

图1为实施例4得到的覆有黑色薄膜的铝合金工件的实物图；

图2为实施例4得到的黑色薄膜的表面SEM图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明做进一步解释。

实施例1

实施例1的黑色薄膜的制备方法包括以下步骤：

1、转速梯度机械抛光

①对铝合金毛坯工件表面进行低速机械抛光，转速1000r/min，时间5min；

②然后对低速抛光后的工件进行中速机械抛光，转速2000r/min，时间10min；

③最后对中速抛光后的工件进行高速机械抛光，转速3000r/min，时间15min；

通过梯度机械抛光的设置，由低转速到高转速的变化，可以均匀的去除基材表面的瑕疵，进而获得有一定亮度的表面。

2、脱脂处理

将高速机械抛光后的铝合金工件放入8％的硫酸溶液中进行脱脂处理，10min后取出并放入纯水中清洗10min；

3、碱洗处理

将抛光后的铝合金工件放入NaOH溶液中进行碱洗，其工艺条件为：NaOH浓度为45-55g/L，溶液温度为45-55℃、碱洗时间为3min；抛光工件碱洗完再放入纯水中清洗10min；

4、中和处理

将碱洗后的铝合金工件放入浓度为140-150g/L的硝酸溶液中进行中和处理；抛光工件中和完再放入纯水中清洗10min；

5、两酸环保化学抛光处理

①将清洗后的铝合金工件放入15％硫酸、70％磷酸、3％添加剂的抛光液中进行化学抛光，其中化学抛光添加剂主要包括硫酸镍、聚二硫二丙烷磺、硫基苯并咪唑、乙烯硫脲、氨基磺酸、润湿剂等。化学抛光工艺：温度为100℃，抛光时间为20min；化学抛光后水洗；

化学抛光采用硫酸和磷酸，未采用硝酸等废水处理复杂、对环境污染大的酸，更为环保，且具有好的抛光效果；

6、重复步骤1-5

重复机械抛光+化学抛光，可以将首次化学抛光之后表面反应不均匀的部分进一步磨平，使得最终得到光亮、平整的表面，从而，后续阳极氧化及染色得到的黑色膜成膜更为均匀，染色效果好。

7、阳极氧化处理

将水洗后的铝合金工件放入阳极氧化溶液中进行氧化，溶液中Al

8、染黑色处理

将阳极氧化后的铝合金工件放入化学黑色染料溶液中染黑色。黑色燃料溶液成分：酸性毛元ATT 50-80g/L，酸性湖蓝5-8g/L，含碳添加剂8g/L；染色工艺：温度为35-45℃，pH值3-5，时间15-30min；染色完将工件放入纯水中清洗10min；本实施例使用的含碳添加剂为粒径在10-100μm的颗粒碳粉末。

9、封孔处理

将着黑色后的铝合金工件放入封孔剂溶液中封孔处理，其中封孔剂溶液的pH值5.5-6.5，温度75-85℃，时间60min；封孔剂溶液举例成分为醋酸镍75g/L、苯甲酸2g/L，苯甲酸钠1.5g/L、萘系磺酸盐18g/L、十二烷基硫酸钠2g/L和有机硅消泡剂1g/L；

10、水洗处理

将封孔后的铝合金工件用常温超纯水清洗15min；然后采用75℃超纯水热水清洗20min。

得到的黑色薄膜的厚度约为10μm。

实施例2

实施例2的黑色薄膜的制备方法与实施例1基本相同，所不同的是，在染黑色处理中，改变含碳添加剂含量，含碳添加剂含量为12g/L。

实施例3

实施例3的黑色薄膜的制备方法与实施例1基本相同，所不同的是，在染黑色处理中，改变含碳添加剂含量，含碳添加剂含量为16g/L。

实施例4

实施例4的黑色薄膜的制备方法与实施例1基本相同，所不同的是，在染黑色处理中，改变含碳添加剂含量，含碳添加剂含量为20g/L。

实施例4得到的黑色薄膜实物和SEM图见图1和图2，由图1可见，得到表面光亮、平整的镜面效果的黑色薄膜；由图2可见，得到的黑色薄膜均匀、致密，且碳颗粒均匀分散在薄膜中，起到明显的硬度提升和耐磨的作用。

对比例1

对比例1的黑色薄膜的制备方法与实施例1基本相同，所不同的是，在染黑色处理中，不添加含碳添加剂含量。

对比例2

对比例2的黑色薄膜的制备方法与实施例1基本相同，所不同的是，在染黑色处理中，改变含碳添加剂含量，含碳添加剂含量为4g/L。

对比例3

对比例3的黑色薄膜的制备方法与实施例1的差别在于，抛光采用一次机械抛光+一次化学抛光，且机械抛光是在2000r/min的转速下抛光30min。

实施例1-4和对比例1-3得到的黑色薄膜进行性能测试，结果如下表：

由实施例和对比例可见，通过周期性重复的机械抛光+化学抛光的抛光工艺结合含碳的染色剂，本发明得到的产品实现了高光泽度和高硬度的黑色薄膜的制备，且随着碳添加剂含量的增加和兼容，整体薄膜的着色能力越来越强，颜色也越来越黑，光泽度进一步提高，硬度也得到了进一步提高。

上述实施例仅用来进一步说明本发明的一种黑色薄膜的制备方法，但本发明并不局限于实施例，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均落入本发明技术方案的保护范围内。