表面加工用添加剂、表面加工方法以及由此制备的工件

摘要

本公开涉及一种用于铝和/或镁和/或钛合金工件的表面加工的添加剂，使用该添加剂的铝和/或镁和/或钛合金工件的表面加工方法，以及使用所述方法加工的铝和/或镁和/或钛合金工件。根据本公开的技术方案，可以提供一种能实现不同颜色的表面的铝和/或镁和/或钛合金工件。

说明书

技术领域

本公开涉及表面加工技术领域，特别涉及一种表面加工用添加剂、铝和/或镁和/或钛合金工件的表面加工方法以及由此制备的铝和/或镁和/或钛合金工件。

背景技术

消费电子产品中的电脑、手机以及智能物联设备正在变得越来越小、越来越轻薄，但强度与散热性能依旧有较高要求，铝合金等轻金属材料在其中得到了较快的发展与广泛的应用。作为铝合金表面处理的最广泛应用是阳极氧化技术，可以得到具有金属光泽和彩色的氧化膜层。但随着用户对外观多样化的追求，阳极膜层的装饰外观已经逐渐不能满足用户的需要。多彩的颜色、陶瓷质感是用户的新需求，也是提升产品独特性的途径。

为实现这一品质，现有技术中通常采用硬质阳极氧化+染色的方式来实现这一目标，但由于阳极氧化工艺的特点决定了氧化膜层的生成特点与膜层性能，仅仅可以达到仿陶瓷的效果，无法真正实现陶瓷质感。

发明内容

本公开的发明人在大量实验的基础上发现了一种新的添加剂组合物，可以在铝和/或镁和/或钛合金工件的表面加工中实现多种表面颜色，并在此基础上完成了本公开。

本公开的目的在于提供一种用于铝和/或镁和/或钛合金工件的表面加工的添加剂，以在铝和/或镁和/或钛合金工件的表面实现不同的颜色。

本公开的另一个目的在于提供一种铝和/或镁和/或钛合金工件的表面加工方法，从而在铝和/或镁和/或钛合金工件的表面实现不同的颜色。

本公开的又一个目的在于提供一种铝和/或镁和/或钛合金工件，以满足用户多样化的需求。

根据本公开的一个方面，其提供了一种用于铝和/或镁和/或钛合金工件的表面加工的添加剂，所述添加剂包含：

金属盐，选自含钼、钴、铁的盐中的一种或多种；

助剂，选自三乙醇胺、乙二胺四乙酸二钠、草酸中的一种或多种；

分散剂，选自辛基酚聚氧乙烯醚-10、壬基酚聚氧乙烯醚-10、分子量小于1000的聚乙二醇中的一种或多种；

其中，所述金属盐的含量为1至30重量份，所述助剂的含量为20至100重量份，所述分散剂的含量为1至30重量份。

根据本公开的另一个方面，其提供了一种铝和/或镁和/或钛合金工件的表面加工方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1)将铝和/或镁和/或钛合金工件浸没在电解氧化液中；

S2)向所述电解氧化液中施加脉冲电流，在所述铝和/或镁和/或钛合金工件的表面氧化形成金属氧化膜，

在步骤S1)中，所述电解氧化液包括硅酸盐、磷酸盐、氟化盐以及上述的添加剂。

根据本公开的另一个方面，其提供了一种铝和/或镁和/或钛合金工件，其特征在于，其表面采用上述的表面加工方法加工。

有益效果

根据本公开的技术方案，可以提供一种能实现不同颜色的表面的铝和/或镁和/或钛合金工件。

附图说明

图1为根据本公开的一个实施例的铝和/或镁和/或钛合金工件的表面加工方法的工艺流程图；

图2为本公开的实施例1的使用根据本公开的方法加工的铝合金工件的处理效果图。

具体实施方式

以下将参照具体实施方式进一步描述本公开，应理解的是，可以对此处公开的实施例做出各种修改。因此，上述说明书不应该视为限制，而仅是作为实施例的范例。本领域的技术人员将想到在本公开的范围和精神内的其他修改。

根据本公开的一个实施方式，其提供了一种用于铝和/或镁和/或钛合金工件的表面加工的添加剂，所述添加剂包含：

金属盐，选自含钼、钴、铁、铜的盐中的一种或多种；

助剂，选自三乙醇胺、乙二胺四乙酸二钠、草酸中的一种或多种；

分散剂，选自辛基酚聚氧乙烯醚-10、壬基酚聚氧乙烯醚-10、分子量小于1000的聚乙二醇中的一种或多种；

水；

其中，所述金属盐的含量为1至30重量份，所述助剂的含量为20至100重量份，所述分散剂的含量为1至30重量份，水的含量为900-950重量份。

在所述添加剂中：

金属盐通过在工件于电解液中在等离子放电过程参与氧化成膜，金属离子或原子掺杂在氧化膜中，根据所选择的不同金属离子可以形成具有不同颜色的金属陶瓷氧化膜；

助剂为金属络合剂，可以有效络合添加剂中的金属盐，形成稳定的溶液体系；

分散剂可以将添加剂中的组分均匀分散，并保证添加剂添加至电解液中保持分散稳定；

所述金属盐的含量低于1重量份时，表面颜色不显著；在所述金属盐的含量超过30重量份时，会造成金属氧化物的沉积不均匀从而引起局部颜色不均匀，并且由于电解液局部pH升高而在溶液中形成不溶于水的沉淀物。

所述助剂的含量低于20重量份时，溶液体系可能不稳定，导致不能顺利进行后续氧化过程，在助剂的含量超过100重量份时，由于其在工件表面吸附积累，诱发离子迁移放电不良，从而影响等离子放电过程进而造成表面氧化过程不均匀，局部颜色差异较大。

所述分散剂的含量低于1重量份时，溶液体系可能不稳定或者不能长时间保持稳定，导致不能顺利进行后续氧化过程，在分散剂的含量超过30重量份时，由于其在工件表面过量吸附，影响等离子放电过程进而造成表面氧化过程不均匀，局部颜色差异较大。

根据本公开的另一个实施方式，

在所述金属盐中，所述钴盐包括氯化钴、硝酸钴、硫酸钴中的至少一种，所述铁盐包括硫酸亚铁、氯化亚铁、硝酸亚铁中的至少一种，所述钼盐包括钼酸钠、钼酸钾及钼酸铵中的至少一种，以及铜盐包括硝酸铜、硫酸铜、氯化铜盐中的至少一种。

所述钴盐的含量为1至5重量份，所述铁盐的含量为1至5重量份，所述钼盐的含量为5至10重量份，所述铜盐的含量为1至5重量份，所述三乙醇胺的含量为30至50重量份，所述乙二胺四乙酸二钠的含量为10至20重量份，所述草酸的含量为5至10重量份，所述分散剂的含量为1至5重量份，水的含量为900-950重量份。

其中，使用所述特定种类和含量的金属盐可以在工件表面形成具有青色的金属陶瓷氧化膜；

在所述金属盐的含量不满足上述条件时，无法实现特定的工件表面的颜色；

在所述助剂/分散剂的含量不满足上述条件时，可能因分散不均匀等问题而影响后续的氧化过程。

根据本公开的另一个实施方式，其提供了一种铝和/或镁和/或钛合金工件的表面加工方法，包括以下步骤：

S1)将铝和/或镁和/或钛合金工件浸没在电解氧化液中；

S2)向所述电解氧化液中施加脉冲电流，在所述铝和/或镁和/或钛合金工件的表面氧化形成金属氧化膜，

在步骤S1)中，所述电解氧化液包括硅酸盐、磷酸盐、氟化盐以及如上文所述的添加剂。

在上述步骤中，所添加的硅酸盐、磷酸盐、氟化物构成了基础电解液，所述基础电解液构成了溶液中的导电物质，可以有效的起弧使工件表面进行等离子放电；同时，硅酸根离子、磷酸根离子、氟离子在电解过程中参与材料表面氧化过程，形成的氧化膜中含有以上离子。所述基础电解液结合上文所述的添加剂，即可以形成具有不同颜色的金属陶瓷氧化膜。所述颜色与金属离子、基础电解液都相关。

根据本公开的另一个实施方式，在上述表面加工方法中，

所述硅酸盐的含量为5至10重量份，所述磷酸盐的含量为1至5重量份，所述氟化盐的含量为0.5至2重量份，所述添加剂的含量为5-15重量份。

其中，使用所述特定含量的上述成分可以使工件表面进行有效地放电、进而进行微弧氧化；

在所述成分的含量不满足上述条件时，放电、氧化过程可能会不那么均匀，从而对表面加工的效果有影响。

根据本公开的另一个实施方式，在上述表面加工方法中，

所述硅酸盐是硅酸钠和/或硅酸钾；磷酸盐是磷酸钠和/或磷酸钾；氟化盐是氟化钠和/或氟化钾。

使用上述特定成分可以防止影响加工件的表面颜色。

根据本公开的另一个实施方式，在上述表面加工方法中，

在步骤S2)中，施加的所述脉冲电流的电流密度为5-10A/dm

通过使用上述特定的加工工艺参数，在结合上述基础电解液的情况下可以有效的在工件表面起弧，从而进行等离子放电，实现微弧氧化、表面加工。

根据本公开的另一个实施方式，在上述表面加工方法中，

在步骤S2)之后还包括：

S3)采用抛光液对所述铝和/或镁和/或钛合金工件的表面进行纳米抛光，以及任选地对所述铝和/或镁和/或钛合金工件的表面进行局部热塑性变形。

在经过所述抛光工艺之后，可以使工件表面的氧化膜形成具有特定陶瓷质感的膜层，而且，不会影响其颜色。

根据本公开的另一个实施方式，在上述表面加工方法中，

在步骤S3)中，所述抛光液包括抛光助剂，所述抛光助剂包括微腐蚀剂、蜡质以及分散剂，

所述微腐蚀剂包括碱金属的碳酸盐、碳酸氢盐、氢氧化物中的至少一种，所述蜡质包括鲸蜡、蜂蜡、羊毛蜡、巴西棕榈蜡中的至少一种或多种，所述分散剂包括辛基酚聚氧乙烯醚-10、壬基酚聚氧乙烯醚、聚乙二醇中的至少一种。

在一般的抛光过程中，纳米金刚石抛光液通过在尼龙布上分布，在与材料压合抛光过程中，通过纳米金刚石颗粒的磨削作用使疏松层趋于平面。但由于经过如本公开的等离子/微弧氧化后的陶瓷氧化膜硬度高，磨削作用仅对疏松位置有作用，难以起到正面磨削抛光作用，因此通过添加抛光助剂，由于在磨削过程中局部的碱性腐蚀剂对三氧化铝陶瓷层有化学腐蚀溶解作用，同时蜡质在抛光过程有填充和表面润滑作用，在这些成分的综合效果下，最终达到特别优异的抛光效果的作用。

根据本公开的另一个实施方式，在上述表面加工方法中，

所述微腐蚀剂的含量为10-20重量份，所述蜡质的含量为70-90重量份，所述分散剂的含量为20-30重量份。

其中，使用所述特定含量的上述成分可以使工件表面进行有效地抛光，得到优异的抛光效果和优异的陶瓷质感。

根据本公开的另一个实施方式，其提供了一种铝和/或镁和/或钛合金工件，其特征在于，其表面采用上述的表面加工方法加工。

包含在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本公开的实施例，并且与上面给出的对本公开的大致描述以及下面给出的对实施例的详细描述一起用于解释本公开的原理。

通过下面参照附图对给定为非限制性实例的实施例的优选形式的描述，本公开的这些和其它特性将会变得显而易见。

还应当理解，尽管已经参照一些具体实例对本公开进行了描述，但本领域技术人员能够确定地实现本公开的很多其它等效形式，它们具有如权利要求所述的特征并因此都位于借此所限定的保护范围内。

当结合附图时，鉴于以下详细说明，本公开的上述和其他方面、特征和优势将变得更为显而易见。

此后参照附图描述本公开的具体实施例；然而，应当理解，所公开的实施例仅仅是本公开的实例，其可采用多种方式实施。熟知和/或重复的功能和结构并未详细描述以避免不必要或多余的细节使得本公开模糊不清。因此，本文所公开的具体的结构性和功能性细节并非意在限定，而是仅仅作为权利要求的基础和代表性基础用于教导本领域技术人员以实质上任意合适的详细结构多样地使用本公开。

本说明书可使用词组“在一种实施例中”、“在另一个实施例中”、“在又一实施例中”或“在其他实施例中”，其均可指代根据本公开的相同或不同实施例中的一个或多个。

以下将通过实施例进一步描述本公开。

实施例1

电解过程：

添加剂的制备：

按照以下配方配置添加剂：

称取硝酸钴2.5g，硝酸亚铁2g，三乙醇胺35mL，乙二胺四乙酸二钠(EDTA)15g，草酸7.5g，辛基酚聚氧乙烯醚-10(OP-10)1.25g，壬基酚聚氧乙烯醚(TX-10)1.25g，加若干水搅拌均匀，然后定容至1L，得到添加剂备用。

电解液的制备：

然后，称取取硅酸钠7.5g、磷酸钠2.5g、氟化钠1g，加少量水搅拌均匀，然后加入15mL上述制备的添加剂，然后定容至1L，以得到电解液。

加工工艺：

将6063材质的铝合金手机框工件置于电解槽中，施加电流密度7.5A/dm2，占空比25％，频率700HZ，氧化时间45min得到具有青色金属氧化物的工件，表面为亚光磨砂质感。

抛光过程：

抛光助剂的制备(1L)：

称取12.5g碳酸钠，2.5g碳酸钾，45g蜂蜡，35g巴西棕榈蜡，7.5g辛基酚聚氧乙烯醚-10，17.5g聚乙二醇(分子量小于1000)，加入880g水进行充分搅拌混合均匀，备用。

抛光工艺：

使用尼龙布和市售的纳米金刚石抛光液加入10重量份含量的上述抛光助剂，在自动抛光设备上以转盘逆时针360转/分钟，压头120转/分钟，压力5N对通过上述电解过程制备的工件进行抛光15min。得到了亚光、具有陶瓷釉感的工件，如图2所示。

实施例2

除了在添加剂的制备中使用钼酸钠金属盐代替硝酸钴2.5g，硝酸亚铁2g，并将硫酸钴成分的含量调整为1.5g以外，以与实施例1相同的方式制备工件。

结果可以得到亚光、具有陶瓷釉感的淡青色颜色的工件。

实施例3

除了将添加剂的含量调整为20ml/L，将加工的工艺参数调整为将电流密度调整为10A/dm2，占空比30％，氧化时间30min以外，以与实施例1相同的方式制备工件。

结果可以得到亚光、具有陶瓷釉感的淡白色的工件。

实施例4

除了将抛光剂的氢氧化钠成分/含量调整为2.5g/L以外，使用尼龙布和市售的纳米金刚石抛光液加入5重量份含量的上述抛光助剂，在自动抛光设备上以转盘逆时针360转/分钟，压头120转/分钟，压力5N对通过上述电解过程制备的工件进行抛光25min。以与实施例1相同的方式制备工件。结果可以得到高光、具有陶瓷釉感的淡青色的工件。

对比实施例1

除了不使用添加剂/使用有机染色剂/在添加剂的制备中使用其他金属盐代替硝酸钴2.5g，硝酸亚铁2g，并将钴盐、铁盐、钼酸盐成分的含量调整为多于15g以上或少于2.5g以与实施例1相同的方式制备工件。

结果，工件表面未呈现特定的淡青色，并且表面颜色不均匀易呈现发雾现象。

对比实施例2

除了将添加剂的含量调整为30ml/L，将加工的工艺参数调整为电流密度10A/dm2，占空比30％，频率800HZ，氧化时间30min以与实施例1相同的方式制备工件。

结果，氧化膜层颜色不均，出现大量异色点，制备过程中电解液出现浑浊现象。

对比实施例3

除了不添加抛光剂以外以与实施例1相同的方式制备工件。

结果，表面呈现颜色亮暗不均匀、不规则的情况，且无法得到高光泽、具有釉质感的陶瓷膜层。

以上实施例仅为本公开的示例性实施例，不用于限制本公开，本公开的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本公开的实质和保护范围内，对本公开做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本公开的保护范围内。