[发明专利]使用低温无镍工艺封闭阳极氧化铝

说明书

本发明的两步法在低温下操作，没有任何有毒的重金属，以在阳极氧化铝基材，特别是那些包含硅的铝基材上提供优异的封闭。该方法的第一步封闭阳极氧化表面，第二步钝化阳极氧化表面。该方法允许实现阳极氧化铝和阳极氧化铝合金的耐腐蚀性，其与传统的镍基封闭剂相当，没有镍的毒性。根据热水封闭工艺的要求，该方法另外不需要任何过高的温度。用于封闭步骤的组合物包含可溶性锂离子，氟离子，以及优选的包含膦、膦酸盐和/或丙烯酸聚合物的络合剂。用于钝化步骤的组合物包含金属离子，以及优选的包含膦、膦酸盐和/或丙烯酸聚合物的络合剂。

技术领域

本发明概括而言涉及一种封闭阳极氧化铝表面以保护表面免受腐蚀的方法。

背景技术

阳极氧化是一种长期以来用于保护铝部件表面免受腐蚀的工艺。该工艺包括在酸性溶液中制备阳极部件。典型的阳极氧化工艺由脱脂、酸洗/蚀刻(或增亮)、去污、阳极氧化、封闭和老化步骤构成。

阳极氧化工艺导致在铝表面上形成多孔氧化物层，其厚度可以在3至25微米的范围内，这取决于应用领域。因为氧化物层是多孔的，所以必须封闭孔以防止腐蚀。一种方法使用热水(通常在沸点下使用)来封闭多孔氧化物层。然而，实现表面完全封闭所需的浸渍时间为每微米氧化物涂层2至3分钟，这会导致整体长时间的浸渍时间。另外，使用热水进行封闭并不节能，并且使用沸水存在明显的安全隐患。在具有大量硅的铝合金上，氧化物层通常不是均匀的。由于氧化物层的不均匀性，使用热水不能成功地处理这种合金，因为所产生的腐蚀性能不足。

为了解决与热水封闭工艺相关的问题，已经开发了使用镍盐，通常使用氟化镍的低温封闭工艺。这些工艺在低温下操作，通常低于30℃，并且在铝表面上每微米氧化物的接触时间约为1分钟。认为封闭工艺是通过在阳极氧化涂层的孔中形成镍铝-氟化物盐的络合物来完成的。

镍基封闭工艺在生产能力和能量效率方面具有明显的优势。此外，使用镍基封闭工艺可提供良好的耐腐蚀性，特别是对于硅含量较高的铝合金。然而，镍的使用由于其致癌性而变得越来越受限制；因此，为了在阳极氧化铝表面上提供耐腐蚀性，需要不含镍的低温封闭工艺。另外，由于镍的毒性，必须采取措施仔细处理来自镍基封闭工艺的废水，这可能非常昂贵。

已经尝试生产无镍低温封闭系统，但目前这些都没有有效地解决与高硅合金处理相关的问题。例如，Koerner等人的加拿大专利2,226,418提出在常规热封工艺(80～100℃)之前使用基于氟化锂的浸渍工艺(可选地含有钼酸根、钒酸根或钨酸根离子)。据称该方法减少了热工艺中所需的浸渍时间，并提供了阳极氧化金属的有效封闭。但是，仍然需要超过80℃的温度。Schoener等人的美国专利4,786,336描述了使用基于氟代锆酸盐或氟钨酸盐与硅酸盐组合的组合物的低温(40℃)工艺。然而，该工艺对具有高硅含量的阳极氧化铝合金不能产生令人满意的结果。

有许多工业应用，其中铝合金具有高于1％的硅，其中耐腐蚀性是关键的。制动钳是铝合金部件的极好例子，其可包含高百分比的硅，其中充分封闭的表面对最终产品的耐腐蚀性是最重要的。因此，需要一种适用于包括高硅合金在内的所有阳极氧化铝合金的无镍低温封闭工艺。

发明内容

本发明提供两步法，其中第一步的组合物包含锂离子和氟离子，第二步的组合物包含钨、钼、钛、锆或钒离子。该工艺允许阳极氧化铝合金，包括具有高硅含量的合金的成功封闭。阳极氧化铝合金的封闭是在低温、缩短的浸渍时间和封闭组合物中不存在镍的情况下实现的。用本发明工艺处理的表面具有优异的耐腐蚀性和与标准化测试中的传统镍基冷封工艺相当的性能。

本发明总结为一种封闭阳极氧化铝或阳极氧化铝合金表面的方法，包括：

(i)使阳极氧化表面与包含锂离子源、氟离子源和络合剂的封闭组合物接触，然后；

(ii)使阳极氧化表面与钝化组合物接触，其中该钝化组合物包含金属离子源和络合剂；

其中阳极氧化铝或阳极氧化铝合金的表面变得耐腐蚀。