[發明專利]陽極化鋁合金

有效

• 申請號: 200680002056.4
• 申請日: 2006-01-10
• 公開（公告）號: CN101128624A
• 公開（公告）日: 2008-02-20
• 發明（設計）人: 加里·克里奇洛;揚·阿什克羅夫特;蒂莫西·卡特賴特;戴維·巴拉尼
• 申請（專利權）人: 肖特兄弟公司
• 主分類號: C25D11/12
• 分類號: C25D11/12
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司
• 代理人: 田軍鋒;鄭立

技術領域

本發明涉及在鋁或鋁合金上形成陽極氧化膜，其特別但并非專門地對航空航天業和汽車業有益，其中，鋁合金(典型地，2000、5000、6000和7000系列鋁合金)利用陽極化工藝而具有氧化鋁或氫氧化鋁的覆層。更具體地，該工藝提供適合用于鋁合金工件的粘結的陽極氧化層。

背景技術

在航空航天業和汽車業內，以及在其他相似行業中，由于兩個主要原因而使鋁合金結構陽極化。第一，在部件的表面上形成氧化鋁層或氫氧化鋁層(此后稱之為陽極氧化膜)，以提供不滲透阻擋層，從而防止部件被大氣腐蝕。第二，在部件的表面上形成層以作為用于有機覆層的區域的粘結表面，該有機覆層包括底漆、聯結劑、漆粘合劑和油漆。陽極覆層的特定功能由其厚度和孔隙度確定。較厚的、孔較少的覆層提供防腐蝕性能，而較薄的、孔較多的覆層為粘合和噴涂提供了高度粘結的表面。覆層的厚度和孔隙度取決于用于處理部件的特定的陽極化工藝。

現行的陽極化技術包括以下幾種技術：

對于隨后將進行有機覆蓋的結構，陽極化使用AC或DC電流，但是并非同時采用。對于將接受顏料的結構，使用先DC后AC的組合工藝。在第一種情況中，將零件浸入酸性溶液中并聯接至陽極，且陰極沿著容器的壁。當DC電流流過時，帶負電的氧離子向帶正電的零件遷移。鋁合金表面和氧之間的反應使得氧化鋁從部件的表面生長。然而，當該覆層生長時，其也被酸性溶液所溶解。覆層生長速度和溶解速度取決于各種工藝參數，諸如酸的類型和濃度、溫度以及陽極化電壓。覆層的孔隙度也取決于這些因素。現行的陽極化工藝的示例為：

a.磷酸陽極化。這種生產出孔非常多的、非常薄(小于1微米)的氧化層。該氧化層為粘合劑或油漆提供非常粘結的表面，但是該氧化層太薄以及孔太多，以致其對基底提供很少的腐蝕保護。

b.硫酸陽極化。這種生產出具有孔隙度較小的、較厚(達30微米)的覆層。該覆層由于較厚的、孔較少的氧化物而為基底提供好的腐蝕保護，但是其對于粘合性較差。

c.鉻酸陽極化。這種工藝生產出厚度在1微米和4微米之間的氧化層。該氧化物的孔比由磷酸工藝所生產的氧化物的孔少。該工藝的孔徑典型地為大約30納米，使得其由于底漆或粘合分子可滲入孔內而適用于粘合。此外，該氧化物為用于覆蓋的合適表面。此外，由于鉻酸工藝下氧化物比磷酸工藝下的更厚以及孔更少，故鉻酸工藝提供一定程度的腐蝕保護。這些氧化物表面的孔隙度可通過將表面浸入熱的去離子水或稀釋的鉻酸鹽溶液中而封閉該表面來降低。這導致氧化物水化和膨脹，從而導致孔的尺寸的減小。封閉的氧化物不適合于粘合，但是其仍然適用于覆蓋。

d.硼酸硫酸陽極化。美國專利4,894,127。這種生產出與鉻酸工藝相似的氧化物，除了孔徑典型地小于30納米以外。這使得該工藝不適合于粘合。通過封閉氧化層，改善腐蝕保護。該工藝被認為是用于腐蝕保護和覆蓋粘合的鉻酸陽極化的無鉻酸鹽的替換。

發明內容

上述的現行工藝存在許多問題。

1.由于在鋁合金表面形成蝕刻坑，因而去氧工藝降低部件的疲勞壽命。此外，較厚的氧化層也降低部件的疲勞壽命。

2.上述工藝都沒有生產出具有最大腐蝕保護且對于粘合允許最大粘結的氧化層。覆層的松散性質可改變，但是粘合所需的增加的孔隙度將導致腐蝕保護的降低，反之亦然。因此，適用于粘合的氧化層的最佳特性不能實現。

3.在所有的情況中，除磷酸陽極化之外，形成的氧化物將從空氣吸收水氣并產生水化。這導致氧化物膨脹以及導致孔的尺寸減小，從而使得表面不適合于粘合或噴涂。為了克服上述問題，在陽極化之后，粘結底漆或油漆必須在特定的時間周期之內施加，以確保水化作用最小以及實現氧化物的最大特性，典型地，該特定的時間周期為最大16小時。在磷酸陽極化表面的情況下，仍然必須施加粘結底漆或油漆。然而，在這種情況下，由于氧化層不具有腐蝕抑制特性，要為部件提供腐蝕保護。必須使用鉻酸鹽的粘結底漆。當磷酸陽極化和涂底漆表示出良好的工作實踐時，磷酸陽極化和涂底漆之間的時間典型地為72小時。

4.現行工藝使得含鉻化合物的廣泛應用。顯然，鉻酸陽極化使用這種化合物，但是在工業內使用的酸性去氧劑中也廣泛地發現這種化合物。此外，鉻用于稀釋的鉻酸鹽封閉溶液中。含鉻的工藝溶液和清洗水需要進行昂貴的廢物處理，以確保這些化合物不被排入外界。某些地區還需要空氣監測器，以測量在處理槽周圍的空氣中的鉻水平。

5.現行工藝的總的工藝周期時間典型地為120至180分鐘。如果要求封閉陽極覆層，該時間還將增加。此外，在一些處理溶液中的浸入時間可能達到60分鐘。這些因素顯著地限制了工藝生產線的生產能力。