[发明专利]一种高锰铝合金阳极氧化及电解着色方法

说明书

技术领域

本发明属于高锰铝合金阳极氧化领域，具体涉及到一种高锰铝合金阳极氧化及电解着色方法。

背景技术

非能动压水核电厂钢制安全壳冷却系统空气导流板中首次采用铝合金制造并要求阳极氧化后电解着黑色。所使用的铝合金中锰含量高达0.5-1.0％，属于高锰铝合金，锰含量过高，将影响阳极氧化膜膜厚均匀性和电解着色后的颜色均匀性。容易产生氧化膜厚度局部不足，电解着色色差明显，遮盖力不足或者露底，甚至出现局部难着色等缺陷。

空气导流板要求氧化膜厚度为20-170微米，氧化膜电解着黑色。基于核电站安全设计的要求氧化膜应具备从CV安全壳吸热并释放到屏蔽厂房中，要求电解着黑色的氧化膜应具有良好的热传导性能。热辐射系数≥0.94、氧化膜比热≥0.19BTU/lb_m°F、氧化膜密度≥149.7lb_m/ft³、氧化膜热传导≥13.4BTU/hr-ft-°F。

传统的铝合金阳极氧化工艺多为定电压氧化，氧化温度一般为18-22℃，氧化膜厚度约为10-18微米。传统定压氧化常温氧化工艺虽然上膜速率高，但是氧化膜相对疏松，氧化过程中温度过高将造成氧化膜密度、硬度、耐蚀性等降低，当氧化膜厚度接近18微米时，氧化膜的上膜速率与溶解速率相当，氧化膜厚度不能提高。传统的电解着色工艺多为单镍盐电解着色，着色过程中对杂质影响十分敏感，造成着色色差难以控制，对于高锰铝合金，电解着色后往往呈现古铜色，不能获得理想的黑褐色氧化膜。采用的电压和电流密度过高，在较短的着色时间内不能保证着色均匀，并且产生的氢气造成了严重的氧化膜开裂，脱落等缺陷。

发明内容

本发明为了解决现有技术中存在的问题，提供一种高锰铝合金阳极氧化及电解着色方法，该方法解决了高锰铝合金电解着黑色的技术难题，保证了氧化膜的物理性能和热力学性能。在提高生产效率，降低生产能耗基础上，增加了阳极氧化膜质量的可靠性和稳定性，增强核电运行的安全性。

为了解决以上技术问题，本发明的技术方案为：

一种高锰铝合金阳极氧化及电解着色方法，包括如下步骤：

(1)将待氧化工件表面进行打磨、擦洗和除油后，进行碱蚀和中和处理；

(2)将待氧化工件表面进行低温阳极氧化，氧化的温度为13-15℃，氧化的时间为35-50min；

低温氧化能够保证氧化膜的致密性和热传导性，确保氧化膜的热力学性能符合要求。

(3)将工件表面进行镍、锡双盐电解着色，电解着色的电压为16-18V，电流密度为0.3-0.4A/dm²；

双盐着色能够稳定的控制工件上色，着色电压过高将击穿底材上的氧化膜，过低将造成上色速率降低。着色时间过长，将导致氧化膜在酸洗溶液中将被溶解降低膜厚，电流密度过高虽有利于着色，但是氧化膜微孔中产生的氢气不利于散出，被封闭的氢气最终将导致氧化膜破裂。

(4)将着色后的工件封孔处理，封孔剂为镍离子封孔剂，镍离子的浓度为1.0-1.3g/L。

优选的，步骤(1)中，擦洗使用的溶剂为丙酮或酒精。擦洗是为了除去工件表面的油漆、油脂和字迹，丙酮和酒精可以较好地溶解有机物，而且具有较好的挥发性，减少了残留。

优选的，步骤(1)中，采用硫酸溶液进行除油，硫酸溶液浓度为60-80g/L，除油时间为1-3min。采用酸性除油，能够较快较好的去除铝合金表面的油污且不会损伤铝合金工件的表面。

优选的，步骤(1)中，采用氢氧化钠溶液进行碱蚀，氢氧化钠的浓度为40-60g/L，碱蚀的温度为40-60℃，碱蚀的时间为1-3min。严格控制碱蚀温度和碱蚀时间，碱蚀温度过高或时间过长，将造成铝合金表面过蚀或砂面，碱蚀温度过低或时间过短，将造成表面腐蚀不均，表层氧化皮未完全去除等表面缺陷。

优选的，步骤(1)中，中和使用的溶液为硝酸溶液，硝酸的浓度为110-130g/L，中和的时间为2-3min。铝合金表面经过碱蚀后，表面会附着一层灰褐色的挂灰，中和是为了彻底去除工件表面可能残留的碱液，消除工件表面不溶于碱液的灰黑色杂物，获得洁净、光亮的金属表面。

进一步优选的，硝酸溶液中的铝离子浓度不高于100g/L。硝酸中和的目的是分解附着在铝材表面的固体物，产物中有硝酸铝，如果铝离子浓度过高，将抑制该反应的发生。

优选的，步骤(2)中，低温阳极氧化采用的是脉冲电源，其正向脉冲为15-16V，持续时间为180s，频率为3000-5000Hz。