提高鋁合金耐腐蝕性的處理方法
【專利摘要】本發明涉及一種提高鋁合金耐腐蝕性的處理方法，其特征在于包括以下步驟：（1）對鋁合金進行除油、脫脂、清洗、光亮化處理；（2）對鋁合金進行陽極氧化處理，在鋁合金表面制備陽極氧化膜層，（3）對鋁合金進行沸水封孔處理；（4）對鋁合金進行臭氧處理，從而獲得耐腐蝕性能優良的氧化膜層。采用本發明的技術方案，獲得的鋁合金陽極氧化膜具有良好的耐腐蝕性能，經70℃?7%NaCl溶液浸泡1500h后，其腐蝕速率不大于0.005mm/a。
【專利說明】
提高鋁合金耐腐蝕性的處理方法
技術領域
[0001] 本發明涉及一種提高鋁合金耐腐蝕性的處理方法，屬于鋁合金及其表面處理技術 領域。
【背景技術】
[0002] 全球淡水資源逐漸萎縮，使得人們開始進行海水淡化處理以應對淡水資源緊缺的 局面。近年來，低溫多效蒸發海水淡化技術(LT-MED)是目前世界上主流的海水淡化技術之 一，而我國在海水淡化這一領域受制于技術和材料的原因，仍然處于較為落后的局面。其中 海水淡化設備中的換熱器材料，在整個設備中應用較多，且代表了淡化設備的關鍵材料。目 前淡化設備中的傳熱材料主要為金屬材料，包括銅合金、鈦合金、鋁合金以及不銹鋼等，而 銅合金為主要使用材料。以色列IDE公司在低溫多效蒸餾海水淡化裝置中使用鋁合金管已 有20多年的應用歷史，在降低裝置成本和提高競爭力方面效果顯著。
[0003] 鋁合金雖然可降低成本，但鋁合金管在多效蒸餾海水工作中受到的腐蝕問題導致 使用壽命有限是限制鋁合金普遍使用的重要因素。而表面處理是解決金屬腐蝕的有效手段 之一。在換熱器行業，采用陶瓷氧化膜保護鋁管不受環境條件的侵蝕，可延長使用壽命，也 是主要的方法之一，并有廣泛的應用基礎。但在海水淡化處理的環境中，熱交換管需要具備 耐熱性(40~90°C)，耐濕熱，耐磨(流速、含顆粒水等)等特性，因此適用于海水淡化裝置中 耐腐蝕的鋁合金熱交換管的防腐蝕處理要求高于普通的熱交換管。海水淡化工況復雜，特 別是海水中高濃度C1 一存在的情況下，由于介質中侵蝕性C1 一在陽極氧化膜表面不均勻吸 附，容易造成陶瓷氧化膜的不均勻破壞，使其局部溶解，而發生點蝕和剝離腐蝕，致使氧化 膜層出現蝕孔或者孔洞，而進一步腐蝕鋁合金基體。因此提高氧化膜的耐腐蝕性能以適應 海水淡化環境可有效的增加鋁合金管材的使用壽命，節省設備成本，為企業和社會帶來巨 大的經濟效益。
【發明內容】
[0004] 本發明所要解決的技術問題，是如何提高鋁合金在海水環境下的耐腐蝕性能，為 海水淡化設備用鋁合金提供一種提高鋁合金耐腐蝕性的處理方法。
[0005] 本發明的目的通過以下技術方案來實現:一種提高鋁合金耐腐蝕性的處理方法， 包括下述步驟進行：
[0006] (1)首先對鋁合金進行除油、脫脂、清洗、光亮化處理；
[0007] (2)對鋁合金進行陽極氧化處理，常溫下氧化50~90分鐘；
[0008] (3)對經步驟(2)處理后的鋁合金進行沸水封孔處理，將鋁合金放入沸水中封孔30 ~50分鐘；
[0009] (4)將經步驟(3)處理后的鋁合金放置于一定濃度的臭氧環境下進行臭氧處理，處 理時間為6小時以上。
[0010]進一步地，上述提高鋁合金耐腐蝕性的處理方法，其中，所述步驟（1)中，先采用50 °C~60°C的40g/L NaOH溶液進行脫脂、除油以及除去自然氧化膜的清洗處理，然后采用濃 度為25 %~35 %的常溫HN〇3溶液進行光亮化處理。
[0011]進一步地，上述提高鋁合金耐腐蝕性的處理方法，其中，所述步驟(2)進行陽極氧 化處理時，電解液采用H2S〇4、H3B03以及添加劑的混合溶液，電流密度為0.5~1.0A/dm2。 [00 12] 更進一步地，上述提高鋁合金耐腐蝕性的處理方法，其中，所述h2s〇4、h3b〇 3以及添 加劑的混合溶液組成為:30~65g/L H2S〇4+5~13g/L H3B〇3+l~3g/L六次甲基四胺。
[0013] 再進一步地，上述提高鋁合金耐腐蝕性的處理方法，其中，所述步驟(4)具體步驟 為，采用臭氧發生器持續制備一定濃度的臭氧，臭氧發生器的入口氣體源為氧氣，氧氣流量 為0.25~lL/min，試樣置于通有臭氧氣體的容器瓶中進行處理，持續通氣時間為6h~12h。
[0014] 本發明技術方案突出的實質性特點和顯著的進步主要體現在：
[0015] (1)陽極氧化工藝獲得的氧化膜能夠起到致密保護層的作用，阻礙腐蝕介質與鋁 合金基體接觸；
[0016] (2)添加一定濃度的添加劑的硫酸和硼酸電解液可獲得耐蝕性優良的陽極氧化膜 層；
[0017] (3)臭氧處理可使氧化膜層中缺氧的氧化鋁轉變成符合化學計量比的A1203,因此 提高了氧化鋁的密度，進一步提升了氧化膜層的耐腐蝕性能。
【附圖說明】
[0018] 圖1為鋁合金表面處理過程示意圖。
【具體實施方式】
[0019] 本發明提高鋁合金耐腐蝕性的處理方法，采用臭氧處理使鋁合金陽極氧化膜的致 密性得到提高，進一步提升鋁合金的耐腐蝕性。臭氧是氧的同素異形體，是一種淺藍色氣 體，其比重為空氣的1.66倍，具有強烈的刺激性臭味。其穩定性在常溫下分解緩慢，在高溫 下分解迅速，形成氧氣，是已知最強的氧化劑之一。由于臭氧具有較強的氧化性，通常被當 作強氧化劑進行氧化處理。在采用臭氧對鋁合金表面進行處理的過程中，臭氧處理的作用 主要有:①一定濃度的臭氧可使鋁合金表面氧化膜層的缺氧型氧化鋁向符合化學計量比的 AI2O3轉變，有效地減少了AI2O3柵介質中氧空位缺陷，增加了AI2O3柵介質的介電常數，同時 也使得氧化膜的耐蝕性得到提高。②長時間的臭氧處理可起到陳化效果。氧化膜層在沸水 封孔后形成的A1(0H)或者Α1(0Η) · ηΗ20隨著時間的推移，可沉降至膜孔的下部，使得封孔 效果更完全，提升了氧化膜的耐腐蝕性。
[0020] 下面就與本發明有關的關鍵參數進行說明：
[0021] 〈電解液〉
[0022] 陽極氧化工藝的電解液對氧化膜的孔隙率、致密度以及膜層結構等參數影響較 大，傳統單一體系的電解液所獲得的氧化膜在耐蝕性上存在不足，而混合電解液則較好的 改善氧化膜的耐蝕性能。因此本發明選擇了 H2S04和H3B〇3的電解液來制備鋁合金陽極氧化 膜，一定范圍內的出5〇4電解液可增強溶液導電率，提高氧化膜的孔隙率，本發明控制范圍為 30_65g/L;而H 3B〇3電解液可提高膜層的生長速度，改善膜層外觀質量，提高耐磨性，但含量 不易過高，否則起到相反的作用，本發明控制含量范圍為5-13g/L;電解液添加劑為六次甲 基四胺的緩蝕劑，濃度控制在l-3g/L，緩蝕劑可很好減小電流集中傾向，抑制氧化膜孔洞缺 陷的長大。按此配方制備的電解液可獲得外觀和耐蝕性較為優良的陽極氧化膜。
[0023]〈臭氧處理〉
[0024]臭氧處理即使用一定濃度的臭氧氣體對試樣進行持續的通氣處理，利用臭氧氣體 的強氧化性將陽極氧化膜層中缺氧型的氧化鋁轉變為符合化學計量比的氧化鋁，從而提高 氧化膜層的致密度和耐蝕性。本發明采用了較高濃度的臭氧氣體，其濃度遠高于使用臭氧 進行水處理、消毒處理等臭氧濃度。
[0025] 〈臭氧發生器入口氣源〉
[0026] 臭氧發生器產生的臭氧濃度與入口氣源有密切關系，當入口氣源為空氣源時，臭 氧發生器產生的臭氧濃度相對較低;而入口氣源為氧氣源時，臭氧發生器產生的臭氧濃度 則相對較高，這樣有利于臭氧處理進行的完全且充分。因此為獲得較高濃度的臭氧，臭氧發 生器的入口氣源須為氧氣。
[0027]〈臭氧發生器入口氣體流量〉
[0028] 臭氧發生器的臭氧濃度與入口氣體流量相關，氣體流量較大產生的臭氧濃度較 小；而氣體流量較小則產生的臭氧濃度較大。臭氧濃度越高，其氧化性越強，氧化膜層中的 缺氧型氧化鋁轉變成符合化學計量比的Al 2〇3越多，氧化膜層的耐蝕性越高。因此為獲得較 高濃度的臭氧，入口氣體的氣流量應控制在〇. 25~1. OL/min。
[0029] 〈臭氧陳化時間〉
[0030]臭氧是一種氧化性極強的不穩定氣體，臭氧在30°C左右的環境溫度下，經過1分鐘 的時間，臭氧濃度會衰減一半。為保證氧化膜在一個持續穩定的臭氧濃度氛圍中進行臭氧 處理，臭氧發生器須連續的制備臭氧并對氧化膜試樣進行持續的通氣處理。另外，長時間的 臭氧通氣處理也是為了進行陳化處理，沸水封孔后的水合物在陳化處理階段沉降到膜孔底 部，進一步提升封孔質量。臭氧通氣時間須保證不低于6小時方可獲得耐腐蝕性能優良的氧 化膜層。
[0031]綜上所述，本發明提高鋁合金耐腐蝕性的處理方法，如圖1所示，主要包括以下步 驟：
[0032] (1)采用50°C~60°C的40g/L NaOH溶液對鋁合金試樣進行脫脂、除油以及除去自 然氧化膜，再采用濃度為25 %~35 %的常溫HN〇3溶液進行光亮化處理，使鋁合金試樣表面 干凈清潔；
[0033] (2)采用陽極氧化處理在鋁合金表面制備陽極氧化膜層，其具體工藝如下：電解液 采用H2S〇4、H3B〇3以及添加劑的混合溶液，且組成為H2S〇4濃度范圍30~65g/L，H 3B〇3濃度范圍 5~13g/L，添加劑為1~3g/l的六次甲基四胺；
[0034] (3)對經步驟已生成氧化成膜的鋁合金進行沸水封孔，封孔時間為30~50分鐘； [0035] (4)對經步驟(3)處理后的鋁合金氧化膜進行臭氧處理，其具體操作為:采用臭氧 發生器持續制備一定濃度的臭氧，臭氧濃度范圍為大于〇g〇3/m3,小于等于100g03/m3臭氧 發生器的入口氣體源為氧氣，氧氣流量為0.25~lL/min，試樣置于通有臭氧氣體的容器瓶 中進行處理，持續通氣時間為6h以上。
[0036]鋁合金試樣經過表面清洗、陽極氧化、沸水封孔以及臭氧處理獲得耐腐蝕性能較 好的氧化膜層，該氧化膜層實現對鋁合金基體的全覆蓋，所述鋁合金優選為5052鋁合金板 材或者管材。本發明采用鹽水浸泡試驗模擬海水環境，測試鋁合金表面處理方法能否達到 使用性能，其具體方法如下:試樣浸泡在70 °C-7 %NaCl溶液中1500h，并通過經泡前后質量 差來測算試樣的腐蝕速率。
[0037] 下面就具體的實施例與比較例進行說明，需要強調的是，以下實施例用來說明本 發明，但不限制本發明的范圍。
[0038] 實施例1
[0039]鋁板種類及規格：1.3mm厚5052板材；
[0040] 鋁板表面清洗:采用50°C~60°C的40g/L NaOH溶液進行脫脂、除油以及除去自然 氧化膜的清洗處理，接下來采用濃度為25 %~35 %的常溫HN〇3溶液進行光亮化處理，使試 樣表面干凈清潔；
[0041 ]陽極氧化:采用直流電源，電流密度0.78A/dm2,電壓18V，氧化時間50min，電解液 采用40g/L H2S〇4+6g/L H3B03+2g/L六次甲基四胺，陰極板采用鉛板；
[0042]沸水封孔：陽極氧化后的氧化膜需要經過封孔處理才能提高氧化膜的耐蝕性。將 陽極氧化后的試樣放置在煮沸后的去離子水中，繼續煮至30分鐘再取出洗凈且干燥；
[0043] 臭氧處理:氧氣流量1 .OL/min，持續通氣時間6h;
[0044] 鹽水浸泡試驗:將經過臭氧處理的試樣浸泡在70°C_7%NaCl溶液中1500h，并通過 經泡前后質量差的測算試樣的腐蝕速率。
[0045] 經過清洗、陽極氧化、封孔、陳化、臭氧處理等一系列表面處理后，并通過浸泡試驗 測得該試樣的腐蝕速率為〇. 〇〇5mm/a。
[0046] 實施例2
[0047]鋁板種類及規格:1.3mm厚5052板材；
[0048] 鋁板表面清洗:采用50°C~60°C的40g/L NaOH溶液進行脫脂、除油以及除去自然 氧化膜的清洗處理，接下來采用濃度為25 %~35 %的常溫HN〇3溶液進行光亮化處理，使試 樣表面干凈清潔；
[0049] 陽極氧化:采用直流電源，電流密度0.78A/dm2,電壓18V，氧化時間50min，電解液 采用60g/L H2S〇4+12g/L H3B03+3g/L六次甲基四胺，陰極板采用鉛板；
[0050] 沸水封孔：陽極氧化后的氧化膜需要經過封孔處理才能提高氧化膜達到的耐蝕 性。將陽極氧化后的試樣放置在煮沸后的去離子水中，繼續煮至30分鐘再取出洗凈且干燥； [0051 ] 臭氧處理:氧氣流量1. OL/min，持續通氣時間6h;
[0052] 鹽水浸泡試驗:將經過臭氧處理的試樣浸泡在70°C_7%NaCl溶液中1500h，并通過 經泡前后質量差測算試樣的腐蝕速率。
[0053] 經過清洗、陽極氧化、封孔、陳化、臭氧處理等一系列表面處理后，并通過浸泡試驗 測得該試樣的腐蝕速率為〇. 〇〇4mm/a。
[0054] 實施例3
[0055]鋁板種類及規格：1.3mm厚5052板材；
[0056] 鋁板表面清洗:采用50°C~60°C的40g/L NaOH溶液進行脫脂、除油以及除去自然 氧化膜的清洗處理，接下來采用濃度為25 %~35 %的常溫HN〇3溶液進行光亮化處理，使試 樣表面干凈清潔；
[0057]陽極氧化:采用直流電源，電流密度0.78A/dm2，電壓18V，氧化時間50min，電解液 采用40g/L H2S〇4+6g/L H3B03+2g/L六次甲基四胺，陰極板采用鉛板；
[0058]沸水封孔：陽極氧化后的氧化膜需要經過封孔處理才能提高氧化膜的耐蝕性。將 陽極氧化后的試樣放置在煮沸后的去離子水中，繼續煮至30分鐘再取出洗凈且干燥；
[0059] 臭氧處理:氧氣流量1. OL/min，持續通氣時間6h;
[0060] 鹽水浸泡試驗:將經過臭氧處理的試樣浸泡在70°C_7%NaCl溶液中1500h，并通過 經泡前后質量差測算試樣的腐蝕速率；
[0061] 經過清洗、陽極氧化、封孔、陳化、臭氧處理等一系列表面處理后，并通過浸泡試驗 測得該試樣的腐蝕速率為0. 〇〇4mm/a。
[0062] 實施例4
[0063]鋁板種類及規格：1.3mm厚5052板材；
[0064] 鋁板表面清洗:采用50°C~60°C的40g/L NaOH溶液進行脫脂、除油以及除去自然 氧化膜的清洗處理，接下來采用濃度為25 %~35 %的常溫HN〇3溶液進行光亮化處理，使試 樣表面干凈清潔；
[0065] 陽極氧化:采用直流電源，電流密度0.78A/dm2，電壓18V，氧化時間50min，電解液 采用40g/L H2S〇4+6g/L H3B03+2g/L六次甲基四胺，陰極板采用鉛板；
[0066] 沸水封孔：陽極氧化后的氧化膜需要經過封孔處理才能提高氧化膜的耐蝕性。將 陽極氧化后的試樣放置在煮沸后的去離子水中，繼續煮至30分鐘再取出洗凈且干燥；
[0067] 臭氧處理:氧氣流量0.25L/min，通氣時間12h;
[0068] 鹽水浸泡試驗:將經過臭氧處理的試樣浸泡在70°C_7%NaCl溶液中1500h，并通過 經泡前后質量差測算試樣的腐蝕速率；
[0069] 經過清洗、陽極氧化、封孔、陳化、臭氧處理等一系列表面處理后，并通過浸泡試驗 測得該試樣的腐蝕速率為〇. 〇〇3mm/a。
[0070] 比較例5
[0071]鋁板種類及規格:1.3mm厚5052板材；
[0072] 鋁板表面清洗:采用50°C~60°C的40g/L NaOH溶液進行脫脂、除油以及除去自然 氧化膜的清洗處理，接下來采用濃度為25 %~35 %的常溫HN〇3溶液進行光亮化處理，使試 樣表面干凈清潔；
[0073]陽極氧化:采用直流電源，電流密度0.78A/dm2,電壓18V，氧化時間50min，電解液 采用40g/L H2S〇4+6g/L H3B03+2g/L六次甲基四胺，陰極板采用鉛板；
[0074]沸水封孔：陽極氧化后的氧化膜需要經過封孔處理才能提高氧化膜的耐蝕性。將 陽極氧化后的試樣放置在煮沸后的去離子水中，繼續煮至30分鐘再取出洗凈且干燥；
[0075] 鹽水浸泡試驗:將上述處理的試樣浸泡在70°C_7%NaCl溶液中1500h，并通過經泡 前后質量差測算試樣的腐蝕速率；
[0076] 經過清洗、陽極氧化、封孔后的試驗板材，直接進行浸泡試驗，并通過浸泡試驗測 得該試樣的腐蝕速率為0. 〇l〇mm/a。
[0077] 比較例6
[0078] 鋁板種類及規格:1.3mm厚5052板材。
[0079] 鋁板表面清洗:采用50°C~60°C的40g/L NaOH溶液進行脫脂、除油以及除去自然 氧化膜的清洗處理，接下來采用濃度為25 %~35 %的常溫HN〇3溶液進行光亮化處理，使試 樣表面干凈清潔；
[0080] 鹽水浸泡試驗:將上述處理的試樣浸泡在70°C-7%NaCl溶液中1500h，并通過經泡 前后質量差測算試樣的腐蝕速率。
[0081] 經過清洗后的試驗板材，直接進行浸泡試驗，并通過浸泡試驗測得該試樣的腐蝕 速率為 0.018mm/a。
[0082] 對比實施例1、2、3、4以及比較例5、6可以看出，如表1所示，經過陽極氧化處理和臭 氧處理的實施例1、2、3、4的腐蝕速率與未經過臭氧處理的比較例5和未經過陽極氧化處理 和臭氧處理的實施例6相比，腐蝕率較小。因此鋁合金試樣經過本發明工藝下的堿洗、酸洗、 陽極氧化、沸水封孔、和臭氧處理等一系列表面處理后，其耐腐蝕性能獲得明顯的提升。
[0083] 當然，以上僅是本發明的具體應用范例，對本發明的保護范圍不構成任何限制。凡 采用等同變換或者等效替換而形成的技術方案，均落在本發明權利保護范圍之內。
[0084] 表1各實施例與比較例測試結果
[0085]
【主權項】
1. 一種提高鋁合金耐腐蝕性的處理方法，其特征在于包括以下步驟： (1) 首先對鋁合金進行除油、脫脂、清洗、光亮化處理； (2) 對鋁合金進行陽極氧化處理，在鋁合金表面制備陽極氧化膜層，常溫下氧化50~90 分鐘； (3) 對經步驟(2)處理后的鋁合金進行沸水封孔處理，將鋁合金放入沸水中封孔30~50 分鐘； (4) 將經步驟(3)處理后的鋁合金放置于一定濃度的臭氧環境下進行臭氧處理，處理時 間為6小時以上。2. 根據權利要求1所述的提高鋁合金耐腐蝕性的處理方法，其特征在于:所述步驟（1) 中，先采用50°C~60°C的40g/L NaOH溶液進行脫脂、除油以及除去自然氧化膜的清洗處理， 然后采用濃度為25%~35%的常溫HN〇3溶液進行光亮化處理。3. 根據權利要求1所述的提高鋁合金耐腐蝕性的處理方法，其特征在于:所述步驟(2) 中采用直流電源進行陽極氧化處理時，電解液采用h 2s〇4、h3b〇3以及添加劑的混合溶液，電 流密度為0.5~1.0A/dm2。4. 根據權利要求3所述的提高鋁合金耐腐蝕性的處理方法，其特征在于：所述H2S04、 H3B〇3以及添加劑的混合溶液組成為：30~65g/L H2S〇4+ 5~13g/L H3B〇3+l~3g/L六次甲基四 胺。5. 根據權利要求1所述的提高鋁合金耐腐蝕性的處理方法，其特征在于:所述步驟(4) 具體步驟為，采用臭氧發生器持續制備一定濃度的臭氧，臭氧發生器的入口氣體源為氧氣， 所述臭氧濃度范圍為大于〇g〇 3/m3,小于等于100g03/m3,所述氧氣流量為0.25~lL/min，所述 鋁合金置于通有臭氧氣體的容器瓶中進行處理，持續通氣時間為6h~12h。
【文檔編號】C25D11/18GK105937046SQ201610481744
【公開日】2016年9月14日
【申請日】2016年6月28日
【發明人】江濤, 趙丕植, 潘琰峰, 貴星卉, 遲之東, 石相軍, 韓念梅, 陳偉, 周玉立
【申請人】蘇州有色金屬研究院有限公司