铝材料的表面处理方法

技术领域

本公开涉及铝材料的表面处理方法，并且更具体地，涉及处理铝材料的表面以提高该铝材料的表面硬度和耐腐蚀性的方法。

背景技术

难以通过常规地用来实现铝材料的颜色的电镀和涂覆来获得铝材料的优良外观和优异的表面性能。具体地，能够实现高光泽的金属表面的电镀已经被用于制造一般的水龙头，但是其缺点在于，颜色限于诸如银色和黑色之类的金属固有颜色，并且由此获得的耐腐蚀性差。

虽然涂覆可以使用金属颗粒实现各种颜色和颗粒纹理，但是由此获得的硬度非常低，甚至到低于人类指甲的硬度的程度，并且因此难以获得长期的耐腐蚀性。

例如，通过涂覆铝原材料制造的水龙头产品在被使用时可能会被瓷碗、玻璃、海绵等划伤。在涂层表面被直接划伤的情况下，作为铝原材料直接暴露的结果是可能会形成白锈。

在通过对铝材料的表面处理不能获得铝材料的优良外观和优异的表面性能的情况下，则客户的不满在几个月到几年内增加，导致产品的可靠性降低以及由于售后服务的额外成本而造成的财务损失的问题。

发明内容

要解决的技术问题

为了克服以上描述的问题，提供了处理铝材料的表面以提高该铝材料的表面硬度和耐腐蚀性的方法。

技术方案

根据本公开的一方面，一种处理铝材料的表面的方法包括：对铝材料进行脱脂；对经脱脂的铝材料进行蚀刻；通过将经蚀刻的铝材料浸入处于25℃至30℃的25wt％至35wt％硝酸溶液中60秒或更长时间来执行第一除灰处理；通过将经第一除灰处理的铝材料浸入处于25℃至30℃的5wt％至15wt％硝酸溶液中30秒至60秒来执行第二除灰处理；对经第二除灰处理的铝材料进行阳极氧化；对经阳极氧化的铝材料进行着色；以及对经着色的铝材料进行封孔。

另外，所述脱脂可以包括：在处于50℃至60℃的包含中性脱脂剂和3wt％硫酸的溶液中清洗所述铝材料。

另外，所述蚀刻可以包括：将所述铝材料浸入处于50℃至60℃的1wt％至3wt％氢氧化钠溶液中10秒至20秒。

另外，所述阳极氧化可以包括：将所述铝材料浸入处于24℃至26℃的23wt％至24wt％硫酸溶液中5分钟至9分钟，并且向所述铝材料施加12V至13V的电压。

另外，在所述阳极氧化之后形成的氧化膜可以具有3μm至8μm的厚度。

另外，所述封孔可以包括：将所述铝材料浸入处于70℃至80℃的3wt％至5wt％醋酸镍溶液中2分钟至4分钟。

另外，所述方法还可以包括在进行所述封孔之后在60℃至70℃下执行第一干燥10分钟至20分钟。

另外，所述方法还可以包括：进行涂覆；以及在所述第一干燥之后在145℃至150℃下执行第二干燥30分钟至60分钟。

根据本公开的另一方面，一种处理铝材料的表面的方法包括：对铝材料进行脱脂；对经脱脂的铝材料进行蚀刻；对经蚀刻的铝材料执行进行除灰处理；通过将经除灰处理的铝材料浸入处于24℃至26℃的23wt％至24wt％硫酸溶液中5分钟至9分钟，并且向经除灰处理的铝材料施加12V至13V的电压，来对经除灰处理的铝材料进行阳极氧化；对经阳极氧化的铝材料进行着色；以及对经着色的铝材料进行封孔，其中，在所述阳极氧化之后形成的氧化膜具有3μm至8μm的厚度。

另外，所述除灰处理可以包括：通过将所述铝材料浸入25wt％至35wt％硝酸溶液中60秒或更长时间来执行第一除灰处理；和通过将所述铝材料浸入5wt％至15wt％硝酸溶液中30秒至60秒来执行第二除灰处理。

另外，所述脱脂可以包括：在处于50℃至60℃的包含中性脱脂剂和3wt％硫酸的溶液中清洗所述铝材料。

另外，所述蚀刻可以包括：将所述铝材料浸入处于50℃至60℃的1wt％至3wt％氢氧化钠溶液中10秒至20秒。

另外，所述封孔可以包括：将所述铝材料浸入处于70℃至80℃的3wt％至5wt％的醋酸镍溶液中2分钟至4分钟。

另外，所述方法还可以包括：在60℃至70℃下执行第一干燥10分钟至20分钟；进行涂覆；以及在所述封孔之后，在145℃至150℃下执行第二干燥30分钟至60分钟。

根据本公开的另一方面，一种处理铝材料的表面的方法包括：对铝材料进行脱脂；对经脱脂的铝材料进行蚀刻；对经蚀刻的铝材料进行除灰；对经除灰的铝材料进行阳极氧化；对经阳极氧化的铝材料进行着色；以及通过将经着色的铝材料浸入处于70℃至80℃的3wt％至5wt％的醋酸镍溶液中2分钟至4分钟来对经着色的铝材料进行封孔。

另外，所述除灰处理可以包括：通过将所述铝材料浸入25wt％至35wt％硝酸溶液中60秒或更长时间来执行第一除灰处理；以及通过将所述铝材料浸入5wt％至15wt％硝酸溶液中30秒至60秒来执行第二除灰处理。

另外，所述阳极氧化可以包括：将所述铝材料浸入处于24℃至26℃的23wt％至24wt％硫酸溶液中5分钟至9分钟，并且向所述铝材料施加12V至13V的电压。

另外，所述脱脂可以包括：在处于50℃至60℃的包含中性脱脂剂和3wt％硫酸的溶液中清洗所述铝材料。

另外，所述蚀刻可以包括：将所述铝材料浸入处于50℃至60℃的1wt％至3wt％氢氧化钠溶液中10秒至20秒。

另外，所述方法还可以包括：在60℃至70℃下执行第一干燥10分钟至20分钟；进行涂覆；以及在进行所述封孔之后，在145℃至150℃下执行第二干燥30分钟至60分钟。

有益效果

根据本公开，可以提供处理铝材料表面的方法，当与普通的涂覆方法相比时，所提供的该方法改善涂覆材料的附着性并且尽可能地去除铝材料中的杂质。此外，可以提供处理铝材料表面以具有优良的表面外观以及增加的硬度和耐腐蚀性的方法。

然而，通过根据本公开的实施例的铝材料的表面处理方法能够获得的效果不限于上述效果，并且本公开所属领域的技术人员将通过以下描述清楚地理解本文未提及的任何其他效果。

附图说明

图1是图示处理铝材料的表面的常规方法的流程图。

图2是根据常规方法进行表面处理之后的铝材料的横截面图。

图3是图示根据常规方法进行阳极氧化之后的铝材料的阳极氧化膜的示意图。

图4是图示根据本公开的实施例的处理铝材料的表面的方法的流程图。

图5是具体图示图1的S700的流程图。

图6是根据常规方法进行阳极氧化和完全封孔(sealing)之后的材料的表面的照片。

图7是根据本公开的实施例的部分封孔之后的材料的表面的照片。

图8是图示根据本公开的实施例的、其中通过阳极氧化和部分封孔使得孔隙敞开的状态的示意图。

图9是根据本公开的实施例的表面处理之后的铝材料的横截面图。

图10是根据本公开的实施例的表面处理之后的铝材料的横截面图。

图11是示出根据本公开的实施例的表面处理之后的产品的涂覆膜的厚度的照片。

图12是通过常规的烘烤涂覆制造的产品在盐雾试验之后的照片。

图13是通过在根据本公开的实施例的表面处理之后的烘烤涂覆制造的产品在盐雾试验之后的照片。

最佳方式

根据本公开的实施例的处理铝材料的表面的方法包括：对铝材料进行脱脂；蚀刻经脱脂的铝材料；通过将经蚀刻的铝材料浸入处于25℃至30℃的25wt％至35wt％硝酸溶液中60秒或更长时间来执行第一除灰处理；通过将经第一除灰处理的铝材料浸入处于25℃至30℃的5wt％至15wt％硝酸溶液中30秒至60秒来执行第二除灰处理；对经第二除灰处理的铝材料进行阳极氧化；对经阳极氧化的铝材料进行着色；以及对经着色的铝材料进行封孔。

具体实施方式

在下文中，将描述本公开的实施例。然而，本公开的实施例可以以许多不同形式来体现，并且不应被解释为限于本文所阐述的实施例。相反，提供这些实施例使得本公开将是全面的和完整的，并且将向本领域技术人员充分传达本公开的构思。

如本文所使用的，诸如“包括”或“具有”之类的术语旨在指示存在说明书中所公开的特征、步骤、功能、部件或其组合，并且不意图排除可以存在或可以添加一个或多个其他特征、步骤、功能、部件或其组合的可能性。

贯穿整个说明书，将理解，当一个元件被称为“在另一元件上”时，该元件可以直接在另一元件上，或者在其间也可以存在中间元件。

贯穿整个说明书，使用术语“第一”、“第二”等来将一个部件与另一部件区分开，并且这些部件不受这些术语的限制。

同时，除非另有限定，否则本文所使用的所有术语具有与本公开所属领域的普通技术人员通常理解的相同含义。因此，除非在本文明确地限定，否则不应以理想化或过于正式的意义来解释这些术语。例如，除非上下文另有明确指示，否则单数形式也旨在包括复数形式。

贯穿整个说明书使用的术语“约”、“基本上”等是指，当建议自然制造和物质可允许的误差时，这种可允许的误差对应于该值或与该值相似，并且这些值是为了便于清楚地理解本公开或防止无意识的侵权者非法地使用本公开的公开内容。

在操作中使用的附图标记用于描述方便，并不意图描述操作的顺序，并且除非清楚地说明了操作的顺序，否则可以以不同的顺序执行操作。

在下文中，将参考随附的附图来描述本公开的操作原理和实施例。

图1是图示处理铝材料表面的常规方法的流程图。

参考图1，处理铝材料表面的常规方法包括对铝材料进行形成、加工、抛光(buffing)、脱脂、喷丸、脱脂和涂覆。

图2是根据常规方法进行表面处理之后的铝材料的横截面图。

参考图2，在常规表面处理之后的铝材料上形成底漆层。在该底漆层上形成色漆(color base coat)层，并且在该色漆层上形成清漆(clear coat)层。

图4是图示根据本公开的实施例的处理铝材料的表面的方法的流程图。

参考图4，根据本公开的实施例的处理铝材料的表面的方法可以包括对铝材料进行形成(S100)和加工(S200)、抛光(S300)、脱脂(S400)、喷丸(S500)、超声波清洗(S600)、阳极氧化(S700)和涂覆(S800)。在下文中，将详细描述每个过程。

S100可以是通过压铸(die casting)、挤压、锻造等形成铝材料的过程。S200可以是在所形成的表面上加工出肋和孔。如上文描述的那样所形成和处理的铝材料可以经受抛光(S300)，以去除由压铸产生的泡状物或改善表面光泽。随后，通过喷丸(S400)，可以将颗粒纹理施加到所述表面上并且可以去除诸如泡状物和异物之类的杂质。然后，可以对经喷丸的表面进行阳极氧化(S700)。

图5是具体图示了图1的S700的流程图。

阳极氧化(anodizing)是通过将金属浸入液相电解液中，并且然后，通过使用所述金属作为阳极并且使用辅助电极作为阴极来供应电流，在诸如铝之类的金属的表面上形成均匀的且厚的氧化膜的电化学过程。

阳极是指其中发生氧化并且与其中发生还原的阴极相对的电极。氧化是指其中金属元素与氧发生化学结合的现象。因此，通过在溶液中使用金属作为阳极在表面上发生氧化来进行氧化膜的电化学生长被称为阳极的氧化，即阳极氧化。

大多数金属在自然界作为氧化物而存在。也就是说，稳定相是氧化物，而金属在自然界不是稳定相，而是亚稳相。

为了使金属作为亚稳相来稳定地存在，需要在金属的表面上自然地形成保护性氧化膜。在空气中稳定地使用诸如铝之类的高反应性金属的原因是，形成在金属的表面上的天然氧化膜保护该金属。

通常，金属的耐腐蚀性取决于形成在金属的表面上的天然氧化膜的密度和化学稳定性。阳极氧化可以是在由于太薄的天然氧化膜而导致耐腐蚀性不足的情况下，人为地增加表面上的氧化膜的厚度以保护金属的电化学过程。

参考图5，S700可以包括：对铝材料进行脱脂(S710)、蚀刻经脱脂的铝材料(S720)、对经蚀刻的铝材料进行除灰(S730)、对经除灰的铝材料进行阳极氧化(S740)、对经阳极氧化的铝材料进行着色(S750)、和对经着色的铝材料进行封孔(S760)。

S710可以是用于清洗铝材料的表面并去除残余的有机杂质的脱脂过程。在实施例中，脱脂可以包括在包含中性脱脂剂和3wt％硫酸(H

S720可以是用于去除在S710中经脱脂的铝材料的表面上或该铝材料中所存在的无机杂质的蚀刻。在实施例中，蚀刻可以包括将铝材料浸入处于50℃至60℃的1wt％至3wt％氢氧化钠(NaOH)溶液中10秒至20秒。

S730可以是用于去除残留在在S720中经蚀刻的铝材料的表面上的无机杂质的除灰过程。在实施例中，除灰过程可以是包括第一除灰处理和第二除灰处理的双重除灰过程。

尽管常规上执行单一除灰过程，但是通过单一除灰过程，无机杂质可能会残留在表面上。特别地，在压铸的铝材料的情况下，杂质的含量相对较高，并且因此仅执行一次除灰会难以从材料的表面完全去除无机杂质。

残留在材料的表面上的杂质可能在后续的阳极氧化过程期间抑制孔隙的形成，从而导致污渍和不均匀颜色，由此导致表面质量恶化的问题。此外，在阳极氧化过程期间孔隙的形成受到抑制的情况下，难以形成锚定物。

根据本公开的实施例，在通过第一除灰处理从表面去除杂质并且对残余的杂质施加溶胀(swelling)效应之后，通过第一除灰处理所溶胀的杂质可以通过第二除灰处理被更容易地去除。因此，在后续的阳极氧化过程期间可以防止对孔隙形成的抑制，从而获得优良的质量。

在这种情况下，可以在处于25℃至30℃的25wt％至35wt％硝酸(HNO

在硝酸溶液的浓度小于25wt％的情况下，由于与表面上的杂质的反应不足而可能发生增加加工时间的问题，并且形成在表面上的污物可能无法被有效地去除。相反，在硝酸溶液的浓度超过30wt％的情况下，不仅杂质会受损，而且原材料也会受损，从而导致形成针孔和凹坑。同时，在执行处理少于60秒的情况下，杂质可能没有被充分地去除，并且残余杂质的溶胀效应可能会降低。

在这方面，可以通过将经第一除灰处理的铝材料浸入处于25℃至30℃的5wt％至15wt％硝酸(HNO

考虑到消除杂质的效果可能会饱和，并且原材料可能会受损，在第二除灰处理期间的硝酸的浓度可以为从5wt％至15wt％，其低于第一除灰处理的硝酸的浓度。同时，在第二除灰处理的时间小于30秒的情况下，在原材料与酸之间的有效碰撞难以充分地进行，使得反应时间不足。相反，在第二除灰处理的时间超过60秒的情况下，制造成本增加，并且制造竞争力可能降低。

S740可以是通过形成具有最小厚度和增大的孔隙直径的阳极氧化膜作为涂覆的底层来获得物理性能的阳极氧化过程。

图3是图示根据常规方法进行阳极氧化之后的铝材料的阳极氧化膜的示意图。

参考图3，确认的是，常规地，通过硬质阳极氧化(hard anodizing)尽可能地减小孔隙的直径来执行完全封孔。在通过执行阳极氧化作为最终过程而制造的零部件的情况下，执行硬质阳极氧化来防止染料变色渗透到孔隙中，并且改善阳极氧化膜的表面的耐划伤性。例如，常规地，通过将温度降低至18℃至20℃并将电压增大至16V至18V来执行阳极氧化，以便尽可能地减小孔隙的直径。

然而，与现有技术不同，根据本公开的实施例的阳极氧化可以通过软质阳极氧化(soft anodizing)来执行，该软质阳极氧化能够增大孔隙的直径，使得涂覆材料可以渗透到孔隙中。在根据本公开的另一实施例的阳极氧化中，可以通过降低硫酸溶液的温度并增大施加到其上的电压，来形成直径是现有技术的直径的两倍或更多倍的孔隙。也就是说，可以通过增大孔隙的直径来进一步改善被涂覆层的附着性，并且可以通过形成具有最小厚度和增大的孔隙直径的阳极氧化膜作为涂覆的底层来获得物理性能。

根据本公开的另一实施例的阳极氧化可以包括浸入处于24℃至26℃的23wt％至24wt％硫酸溶液中5分钟至9分钟并施加12V至13V电压的过程。

在执行阳极氧化小于5分钟的情况下，由于孔隙形成时间不足而不能获得足够数量的孔隙，并且与常规的涂覆相比，由于膜太薄而不能获得优异的耐腐蚀性，并且涂覆材料的锚定效应也降低。

相反，在执行阳极氧化超过9分钟的情况下，尽管环境适合于生长孔隙，但孔隙变得更深且更窄，引起涂覆材料的渗透条件困难，导致对是有机材料的涂覆材料的附着性降低。

如以上所描述的，通过调整硫酸溶液的温度和浓度、所施加的电压和阳极氧化时间，可以形成比现有技术的氧化膜更薄的氧化膜。根据本公开的实施例，通过将阳极氧化之后所形成的氧化膜的厚度控制到3μm至8μm，阳极氧化膜在功能上用作保护原材料的涂覆层的底层，并且还防止制造成本增加。

氧化膜由具有多个孔隙的多孔层形成，并且S750可以是通过诸如有机材料着色、无机材料着色和电解着色之类的着色方法使用涂覆材料对多孔层着色的过程。

图6是根据常规方法进行阳极氧化和完全封孔之后的材料的表面的照片。

在根据常规方法使用阳极氧化作为最终过程处理的产品的情况下，通常通过在90℃或更高温度下以每1μm浸没材料1分钟的完全封孔处理来获得所期望的耐腐蚀性。参考图3和图6，通过完全封孔，所有的孔隙被封闭，使得涂覆材料不能渗透到孔隙中。

因此，需要通过部分封孔过程将一些孔隙保留在表面上，以使得涂覆材料渗透到孔隙中并且孔隙用作保持涂覆层的锚定物，在所述部分封孔过程中，降低封孔剂的浓度和温度并且减小浸入时间。

图7是根据本公开的实施例的部分封孔之后的材料的表面的照片。

图8是图示根据本公开的实施例的通过阳极氧化和部分封孔使得孔隙敞开的状态的示意图。

参考图7和图8，S760可以是通过降低封孔剂的浓度和温度以及减少浸入时间来执行部分封孔处理以使得涂覆材料渗透到孔隙中的过程。在实施例中，封孔可以是将铝材料浸入处于70℃至80℃的3wt％至5wt％醋酸镍溶液中2分钟至4分钟的过程。通过封孔处理，可以形成包含氧化铝(Al

在如以上所描述的着色之后，通过封孔处理的阳极氧化膜的耐久性受材料与形成在该材料上的层之间的附着性的影响，并且所形成的层应具有高附着性以通过对于外部材料所要求的可靠性试验。

通过执行部分封孔处理而不是完全封孔，涂覆材料可以渗透到孔隙中，并且在后续的涂覆中部分地填充在铝原材料的表面上，使得孔隙用作锚定物以增加涂覆材料的附着性，提高耐腐蚀性，并且实现涂覆材料的独特的颜色和颗粒纹理。

在封孔处理(S760)之后，可以执行第一干燥过程以干燥该表面。在实施例中，在封孔之后，可以在60℃至70℃下执行第一干燥过程10分钟至20分钟。

返回参考图4，S800可以是在阳极氧化(S700)之后通过诸如烘烤涂覆、电沉积涂覆和粉末涂覆之类的各种涂覆方法执行的涂覆过程。

在涂覆(S800)之后，可以执行第二干燥过程。在实施例中，在涂覆之后，可以在145℃至150℃下执行第二干燥过程30分钟至60分钟。

图9是根据本公开的实施例的表面处理之后的铝材料的横截面图。

返回参考图2，在根据常规方法对铝材料进行表面处理的情况下，在铝原材料上形成底漆层、色漆层和清漆层。

参考图9，在根据本公开的实施例对铝材料进行表面处理的情况下，可以在铝原材料上形成阳极氧化膜、底漆层、色漆层和清漆层。也就是说，通过根据本公开的实施例的表面处理方法，通过在涂覆之前在铝材料上形成阳极氧化膜，可以获得具有优异的耐腐蚀性以及高表面硬度的铝材料。

图10是根据本公开的实施例的表面处理之后的铝材料的横截面图。

参考图10，通过增大阳极氧化膜的孔隙直径并且对该阳极氧化膜进行部分封孔处理，涂覆材料可以渗透到孔隙中。就此而言，阳极氧化膜可以具有5μm至10μm的厚度，在该阳极氧化膜上可以形成包含氧化铝(Al

在下文中，将参考以下示例和对比示例来更详细地描述本公开。然而，呈现以下示例仅仅是为了对本公开进行举例说明，并且本公开的范围不限于此。

示例

通过烘烤涂覆制备了产品，以及在进行阳极氧化表面处理之后通过烘烤涂覆制备了产品。就此而言，根据下表1所示的顺序、过程和条件执行阳极氧化。然后，对通过烘烤涂覆获得的产品以及通过在进行阳极氧化表面处理之后的烘烤涂覆获得的产品进行铅笔硬度试验和盐雾试验。

表1

<铅笔硬度试验>

在1kg载荷和50mm/min速度的条件下执行铅笔硬度试验。在表2中，示出了通过烘烤涂覆获得的产品以及通过在阳极氧化表面处理之后的烘烤涂覆获得的产品的铅笔硬度试验结果(1H至4H)。在下表2中，“OK”是指在表面上未出现划痕的情况，并且“NG”是指在表面上出现划痕的情况。

表2

参考上表2，确认的是，相比于通过烘烤涂覆获得的产品，通过在阳极氧化表面处理之后的烘烤涂覆获得的产品具有更优的表面硬度，这是因为通过烘烤涂覆获得的产品的铅笔硬度被测试为2H，而通过在阳极氧化表面处理之后的烘烤涂覆获得的产品的铅笔硬度被测试为4H。

<盐雾试验>

通过重复20次循环来执行盐雾试验，每个循环包括喷洒5wt％的氯化钠(NaCl)8小时，并且在35℃的温度条件下静置16小时。

图12是通过常规的烘烤涂覆制造的产品在盐雾试验之后的照片。

参考图12，确认的是，在5次循环之后在通过常规的烘烤涂覆制造的产品的原材料上形成了白锈。

图13是通过在根据本公开的实施例的表面处理之后的烘烤涂覆制造的产品在盐雾试验之后的照片。

参考图13，甚至在20次循环之后在通过在烘烤涂覆之前的阳极氧化而被表面处理的产品的表面上仍未形成白锈。

根据所公开的实施例，确认的是，相比于仅通过烘烤涂覆获得的产品的表面硬度和耐腐蚀性，通过在根据本公开的阳极氧化表面处理之后的烘烤涂覆获得的产品具有更优的表面硬度和耐腐蚀性。因此，在应用了根据本公开的实施例的表面处理方法的铝材料中，可以抑制在正在使用时发生的表面缺陷，并且可以防止涂覆层的分层。此外，由于改善了甚至在腐蚀环境中的耐腐蚀性，因此该铝材料可以应用于水龙头产品等。

虽然已经参考示例描述了一个或多个示例性实施例，但是本公开不限于以上描述的实施例，并且本领域的普通技术人员将理解，在不脱离由所附权利要求所限定的精神和范围的情况下，可以在本公开的实施例中在形式和细节上进行多种改变。

工业实用性

根据本公开，与普通的涂覆方法相比，可以提供处理铝材料表面以改善涂覆材料的附着性并且尽可能地去除铝材料中所包含的杂质的方法。此外，可以提供处理铝材料表面以提高硬度和耐腐蚀性以及获得优良表面外观的方法。