[发明专利]制成制品和在有机或无机涂层之前用陶瓷氧化物阳极氧化涂覆铝基底的方法

说明书

本分案申请是基于申请号为200580036564.X的原始中国专利申请的分案申请。

发明领域

本发明涉及铝和铝合金工件的阳极氧化施加的电沉积涂层以提供包含钛和/或锆的氧化物的涂层，以及后续用有机涂层、无机涂层和/或既包含有机物质又包含无机物质的涂层对阳极氧化工件进行的涂覆。后续涂层的具体实例包括涂料、热喷涂施用的涂层和包含聚四氟乙烯(下文中称作“PTFE”)或硅酮（silicone）的涂层。本发明特别适用于在铝基底上形成较长寿命的热喷涂施用的、PTFE或硅酮的不粘涂层。

发明背景

铝及其合金已经得到了许多工业应用。但是，由于铝及其合金的反应性，以及它们的腐蚀和环境劣化的趋势，必需向这些金属的暴露表面提供足够耐腐蚀和保护性的涂层。此外，这种涂层应该耐磨，使得涂层在使用期间保持完整，其间金属制品可能遭受与其它表面、微粒物质等的反复接触。在认为制造的制品的外观重要的情形中，向其施用的保护涂层还应该是均匀的和装饰性的。

为了在铝及其合金上提供有效且耐久的保护涂层，已经在许多种电解质溶液，例如硫酸、草酸和铬酸中阳极氧化这些金属，这会在基底上产生氧化铝涂层。尽管铝及其合金的阳极氧化能够形成比涂料或釉（enameling）更有效的涂层，但所得涂覆金属对于它们的期望用途仍不是完全令人满意的。该层经常缺乏满足最苛刻的工业要求所需的期望程度的挠性、硬度、光滑度、耐久性、附着性、耐热性、抗酸和碱侵蚀性、耐腐蚀性和/或不渗透性中的一种或多种。

耐热性是铝及其合金的保护涂层的非常期望的特性。例如在炊具工业中，铝由于其轻的重量和快速的传热性质而是精选的材料。但是，裸露的铝容易遭受腐蚀和变色，特别是当暴露于普通的食物酸例如柠檬汁和醋、以及碱例如餐具洗涤皂时。含PTFE或硅酮的涂料是用于铝的常见耐热涂层，它提供了耐腐蚀性和抗变色性并且提供了“不粘”的烹调表面。但是，含PTFE的涂料的缺点在于当受到磨蚀时其与基底的附着性不足以抵抗剥落。为了改善PTFE涂层的附着性，生产商们通常必须在铝基底上提供三种涂料覆层：底涂层、中间层和最后的包含PTFE的外涂层。这种三步骤工艺是昂贵的并且不能解决耐磨性不足的问题和当保护涂料，特别是PTFE涂层磨损时下面的铝随后被腐蚀的问题。同样，不粘的硅酮涂层最终被磨损掉从而使下面的铝暴露于酸、碱和腐蚀性侵蚀。

为了改善粗糙度和耐磨性，炊具工业中已知的是使用强酸浴(pH<1)阳极氧化铝来沉积铝氧化物的涂层，并且然后施用包含PTFE的不粘密封涂层。该方法的缺点是产生的阳极氧化涂层的特性。该铝氧化物涂层对酸和碱的不渗透性不如钛和/或锆的氧化物。使用这种已知方法涂覆的制品在反复暴露于热水和碱性清洁剂的典型餐具洗涤循环时会丧失其PTFE涂层。

所谓的硬质阳极氧化铝导致较硬的铝氧化物涂层，该涂层是通过在pH<1和低于3℃的温度下的阳极氧化涂覆沉积的，这产生仍缺少足够的耐腐蚀性和耐碱侵蚀性的α相氧化铝晶体结构。

因此，仍非常需要开发用于铝及其合金的替代的阳极氧化方法，该方法不具有任何上述缺点并且仍能提供高品质和满意外观的耐腐蚀、耐热且耐磨的保护涂层。

在提供耐腐蚀、耐热且耐磨的涂层用以支持PTFE对铝的附着的另一种已知尝试中，对铝合金热喷涂二氧化钛来产生与下面的铝物理附着的膜。这种膜与铝制品具有一定的附着性，但是在涂层中表现出不希望有的空隙。热喷涂技术涉及将颗粒加热并且喷射到预备的表面上。通过一种或多种已知的热喷涂方法可以沉积大多数金属、氧化物、金属陶瓷、硬质金属化合物、一些有机塑料和某些玻璃。根据具体的方法，原料可以是粉末、线、柔性的载有粉末的管或棒的形式。当材料通过喷枪时，它被加热至软化或熔融状态，被加速并且在线或棒的情况中被粉化（atomize）。将如此产生的热颗粒的限制流驱至基底上并且当所述颗粒撞击基底表面时，它们变平并且形成与前面制备的表面的不规则相一致并附着于其上以及彼此附着的薄片。可以平移（translate）枪或者基底并且喷射的材料逐颗粒地构成层状结构，该层状结构形成涂层。这种特殊的涂覆技术已经作为表面修复和保护方法使用了许多年。在航空航天中，铝部件常常涂有氧化锆和氧化钇的热喷涂涂层用以提供绝热层。最近的变化包括冷喷涂材料沉积，其涉及将涂覆材料的颗粒以充分高的速度导向目标表面，引起颗粒变形并且附着到目标表面上。美国专利第4,370,538、4,869,936、5,302,414、6,082,444、6,861,101、6,863,990、6,869,703、6,875,529号中教导了热喷涂涂层的许多方面，这里通过引用将这些专利并入本文。