一种建筑用铝合金的表面阳极氧化膜的制备方法

本发明涉及铝合金表面处理领域，尤其是涉及一种建筑用铝合金的表面阳极氧化膜的制备方法。

背景技术：

1、建筑用铝合金是一种在纯铝基础上加入其他金属元素（如铜、锰、镁、钛等）与非金属元素（如硅等）的合金。这类合金因其独特的组成结构而具备有纯铝所不具备的性能和特点，在建筑行业中应用广泛。具体的，铝合金的密度约为传统建筑材料的三分之一，因此在同样尺寸条件下下，铝合金具有更轻的重量；同时，虽然铝合金密度低，但其具备高强度的特性，使得铝合金能够承受较大的载荷；前述特点使得铝合金非常适合在建筑物的轻量化设计中进行应用，有助于大幅降低建筑物的整体重量，并同步提高建筑物的整体结构安全性、稳固性和耐久性。进一步的，相比于其他建筑材料，铝合金还具有较为良好的耐腐蚀性、导热性和导电性，应用场景更为广泛。

2、现有技术中，建筑用铝合金的应用包括有：铝合金门窗、防护栏、幕墙系统等。其中，建筑用铝合金作为铝合金门窗能够提供良好的隔音和保温效果，且能够根据需要进行各种颜色和表面装饰处理，进而满足不同建筑风格和设计要求。建筑用铝合金作为防护栏、幕墙系统具有轻质、高强度、易安装等特点，安全性和耐久性好。

3、铝合金质地较软、耐磨性差、化学性质比较活泼，其在空气中形成的表面氧化膜虽然具有一定的抗腐蚀性能，但是这种自然形成的氧化膜厚度约几纳米到几十纳米，硬度较低，抵抗环境侵蚀的能力较差。因此，现有技术中一般预先对铝合金进行表面强化处理，通常是将铝合金置于一定组成的电解液中进行阳极氧化处理，在外加电场的作用下，在铝合金表面形成厚度约几微米到几十微米的阳极氧化膜，进而针对性提高铝合金的耐腐蚀性、耐磨性、电绝缘性等，进一步拓展建筑用铝合金的应用范围。

4、但是，现有建筑用铝合金的表面阳极氧化膜的制备方法，制备形成的阳极氧化膜质量不稳定，可能存在有针孔或斑点状缺陷，影响建筑用铝合金的整体耐腐蚀、耐磨性能。同时，采用现有方法制备获得的具有阳极氧化膜的建筑用铝合金在下游加工过程中，易于出现网状开裂等缺陷，阳极氧化膜与建筑用铝合金基体的结合性能及其加工性能有待进一步提高。进一步的，建筑用铝合金表面的阳极氧化膜的整体长期稳定性不佳，在极端环境中，阳极氧化膜易于受到侵蚀，进而影响其对于建筑用铝合金的防护性能。

技术实现思路

1、为解决现有技术中存在的技术问题，本发明提供一种建筑用铝合金的表面阳极氧化膜的制备方法，制备形成的阳极氧化膜质量稳定，有效避免针孔或斑点状缺陷影响建筑用铝合金整体耐腐蚀、耐磨性能的问题；同时，能够避免建筑用铝合金下游加工过程中出现网状开裂缺陷，进一步提高阳极氧化膜与建筑用铝合金基体的结合性能及长期稳定性。

2、为解决以上技术问题，本发明采取的技术方案如下：

3、一种建筑用铝合金的表面阳极氧化膜的制备方法，由以下步骤组成：前处理、等离子体处理、阳极氧化处理、浸渍处理、封闭处理。

4、所述前处理的方法为，对铝合金进行打磨抛光，去除铝合金外表面的疏松氧化皮、油污，然后将铝合金完全浸渍至温度为50-60℃的碱处理液中，进行碱处理150-200s后取出，采用去离子水冲洗至中性，获得碱处理后的铝合金；然后将碱处理后的铝合金完全浸渍至温度为30-35℃的酸处理液中，进行酸处理30-60s后取出，采用去离子水冲洗至中性，冷风干燥，获得前处理铝合金。

5、所述前处理中，碱处理液为质量浓度5-7wt%的氢氧化钠溶液，铝合金与碱处理液的体积比为1:2.5-4；

6、酸处理液为质量浓度30-32wt%的硝酸溶液，碱处理后铝合金与酸处理液的体积比为1:1.5-3。

7、所述等离子体处理的方法为，将前处理铝合金置于等离子体处理装置内，在二氧化碳和氩气的混合气氛环境中，对前处理铝合金进行等离子体处理，控制等离子体放电电压为8-9kv，放电频率为25-26khz；且控制前处理铝合金外表面与等离子体处理装置喷头的最小间距为10-12mm，等离子处理时间为10-20min，获得等离子体处理后的铝合金。

8、所述等离子体处理中，二氧化碳和氩气的体积比为7-8:1.5-2。

9、所述阳极氧化处理的方法为，将等离子体处理后的铝合金完全浸渍至复合电解液中，以等离子体处理后的铝合金为阳极，高纯铝片为阴极，采用直流电源进行阳极氧化处理，控制阳极氧化电压为16-20v，阳极氧化电流密度为1.5-1.8a/dm2，阳极氧化温度为32-37℃，阳极氧化时间为20-30min；阳极氧化处理完成后，取出铝合金，采用去离子水冲洗至中性，冷风干燥，获得阳极氧化处理后的铝合金。

10、所述阳极氧化处理中，复合电解液为溶解有植酸、酒石酸、硫酸的去离子水溶液；复合电解液中，植酸的摩尔浓度为0.15-0.25mol/l，酒石酸的摩尔浓度为0.2-0.25mol/l，硫酸的摩尔浓度为0.1-0.15mol/l。

11、所述浸渍处理的方法为，将阳极氧化处理后的铝合金完全浸渍至复合浸渍液中，升温至45-50℃，保温浸渍40-60min后，取出铝合金，采用1-2倍体积的去离子水冲洗后，冷风干燥，获得浸渍处理后的铝合金。

12、所述浸渍处理中，复合浸渍液为溶解有硅烷偶联剂kh-570和硅烷偶联剂kh-792的乙醇溶液；复合浸渍液中，硅烷偶联剂kh-570的质量浓度为1.2-1.7wt%，硅烷偶联剂kh-792的质量浓度为3-3.5wt%，乙醇溶液的体积浓度为80-85%；

13、阳极氧化处理后的铝合金与复合浸渍液的体积比为1:2-3。

14、所述封闭处理的方法为，将浸渍处理后的铝合金完全浸渍至复合封闭液中，采用交流电源进行电泳处理，控制电泳电压为45-50v，电泳电流密度为2.5-3a/dm2，电泳处理时间为30-50min；电泳处理完成后，取出铝合金，采用1-2倍体积的去离子水冲洗后，90-100℃干燥3-5h，600-650℃煅烧2-3h，自然冷却，获得具有表面阳极氧化膜的建筑用铝合金。

15、所述封闭处理中，在电泳处理处理过程中，另一电极采用不锈钢板；

16、浸渍处理后的铝合金与复合封闭液的体积比为1:2.5-3.5。

17、所述复合封闭液的制备方法为：将纳米二氧化硅投入至n,n-二甲基甲酰胺内，超声分散10-20min后，继续投入四氯化锆、对苯二甲酸，超声分散10-20min，获得反应液；将反应液置于高压反应釜内，密封高压反应釜后，控制高压反应釜以0.6-0.8℃/min的升温速率，升温至115-125℃，保温反应16-18h后，自然冷却，离心分离出固形物，固形物经n,n-二甲基甲酰胺洗涤后，干燥至恒重，粉碎，获得复合粉体；然后将复合粉体、十二烷基硫酸钠投入至体积浓度为20-25%的乙醇溶液中，超声分散10-20min，制得复合封闭液。

18、所述复合封闭液的制备中，纳米二氧化硅的粒径为10-15nm；

19、纳米二氧化硅、四氯化锆、对苯二甲酸、n,n-二甲基甲酰胺的重量比为45-50:10-10.5:8.5-8.9:400-450；

20、复合粉体、十二烷基硫酸钠、乙醇溶液的重量比为18-22:1-1.3:100-105。

21、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

22、（1）本发明的建筑用铝合金的表面阳极氧化膜的制备方法，通过对前处理后的铝合金进行等离子体处理，通过等离子体作用，在进一步清洁铝合金外表面、提高其表面光洁度的同时，对铝合金外表面进行表面改性及预氧化，提高其与后续制备的阳极氧化膜的结合性能，避免氧化膜制备过程中的针孔或斑点状缺陷；然后在阳极氧化处理过程中，采用含植酸、酒石酸、硫酸的复合电解液进行阳极氧化处理，进一步提高阳极氧化膜与铝合金的结合性能，提高阳极氧化膜稳定性，进一步提高铝合金的耐腐蚀及耐磨性能；然后在浸渍处理中，通过采用含硅烷偶联剂kh-570和硅烷偶联剂kh-792的复合浸渍液，对阳极氧化处理后的铝合金进行浸渍处理，提高后续封闭处理过程中的电泳处理效果；然后对浸渍后的铝合金进行封闭处理，同时配合纳米二氧化硅与锆基金属有机框架材料的复合封闭液，封闭阳极氧化膜空隙，消除阳极氧化膜层缺陷，在进一步提高阳极氧化膜耐腐蚀及耐磨性能的同时，有效提高阳极氧化膜的长期稳定性；前述技术手段相互配合，协同作用，制备形成的阳极氧化膜质量稳定，有效避免针孔或斑点状缺陷影响建筑用铝合金整体耐腐蚀、耐磨性能的问题；同时，能够避免建筑用铝合金下游加工过程中出现网状开裂缺陷，进一步提高阳极氧化膜与建筑用铝合金基体的结合性能及长期稳定性。

23、（2）本发明的建筑用铝合金的表面阳极氧化膜的制备方法，制备获得的建筑用铝合金表面的膜层均匀，无针孔、斑点状缺陷，膜层表面电阻率为0.91-0.93mω，膜层附着力等级为0级，且划格试验后膜层表面电阻率仍可达0.89-0.91mω，膜层完整性好；建筑用铝合金的自腐蚀电位为-0.656v至-0.670v，腐蚀电流密度为（2.39-2.44）×105ma/cm2。

24、（3）本发明的建筑用铝合金的表面阳极氧化膜的制备方法，制备获得的建筑用铝合金在中性盐雾试验中，膜层无锈蚀、气泡、裂纹情况，且中性盐雾试验60天后膜层表面电阻率仍可达0.91-0.93mω。

25、（4）本发明的建筑用铝合金的表面阳极氧化膜的制备方法，制备获得的建筑用铝合金经30次垂直冲击后，膜层无网状开裂情况，且冲击试验后膜层表面电阻率仍可达0.87-0.89mω。

26、（5）本发明的建筑用铝合金的表面阳极氧化膜的制备方法，制备获得的建筑用铝合金经120次冷热冲击交替循环后，膜层无开裂、分层、膜层脱落情况，且120次冷热冲击交替循环后膜层表面电阻率仍可达0.89-0.91mω。