金属材料表面处理方法 【技术领域】
本发明涉及金属表面处理技术领域，尤其涉及铜、钢、不锈钢、铝、镁、铝合金、镁合金材的表面处理方法。
背景技术
现有的金属表面处理方法有如下几种：
待处理的不锈钢制品经预处理，将不锈钢制品作为阳极，控制其恒电位值进行阳极极化处理，电解质溶液用HNO↓[3]，或者将不锈钢制品作为阴极，控制其恒电位值进行阴极极化处理，再作为阳极，控制其恒电位值进行阳极极化处理，并继续改变其恒电位值进行钝化处理，电解质溶液也均用HNO↓[3]。该发明采用电化学方法，在硝酸介质中对不锈钢进行处理，技术与本专利不同。该方法需使用电化学处理方法和设备，设备要求高，控制难度大，处理时间长，对不同基材的适应性较差。
公开于1997年12月3日的申请号为96107907的中国专利申请提出了一种钢材、铁基工件表面覆铝的方法，该方法属金属表面处理领域，其技术特征是将工件做除油、除锈净化处理后，放入真空镀膜设备中，在其表面镀一层铝金属膜，并进一步使铝金属膜外表面氧化，使铝金属膜的内表面与铁元素相互扩散、渗透，从而形成Al↓[2]O↓[3]、Al、Fe↓[2]Al↓[5]、铝—铁扩散层、铁基材的覆层结构。本发明比传统热浸镀铝可减少能耗、减少环境污染、提高钢材的抗腐蚀能力及耐高温性。该发明采用真空镀膜方法，在钢铁表面覆盖金属铝，技术与本专利不同。该方法采用的真空镀膜工艺，设备投资大，操作要求高。
公开于1998年7月15日的申请号为96119053的中国专利申请提出了一种在铜表面生成黑色耸状氧化膜的方法，该发明涉及一种金属表面处理技术。将铜表面清洁、酸洗、过硫酸碱性溶液氧化、清洗和干燥，得到黑色耸状氧化膜。所得氧化膜保护效果好，吸光吸热性能优良。该专利采用过硫酸溶液氧化的方法，在铜表面形成氧化膜，技术与本专利不同。该发明仅适用于金属铜表面，范围较窄。
具有铝合金表面光泽的金属表面处理方法：公开于1990年9月15日的申请号为98105515的中国专利申请提出一种具有铝合金表面亮彩(光泽)的金属表面处理方法，是于已加工成型的金属材料表面，施以阴极电镀锌膜层的处理，而该锌膜层的厚度在5至15μm间，再于锌膜层的表面均匀喷涂透明漆处理，并使该透明漆层的厚度在5～25μm间，其中透明漆层的处理可以有色透明漆层替代，通过镀锌膜层处理的色泽，辅以(有色)透明漆层的立体透光处理，使得金属材料表面呈现(各色)铝合金表面亮彩(光泽)。该专利在金属型材表面电镀锌，然后再喷涂有机涂层，技术与本专利不同。该方法需表面电镀锌和喷涂有机透明涂层两次处理，工艺复杂，设备多，操作要求高。
【发明内容】
本发明的目的在于克服现有技术存在的上述不足，提供一种金属材料表面处理方法，利用无机材料纳米颗粒的分散液，在金属表面覆盖一层分散液湿膜，经干燥及高温处理后形成氧化物干膜，该层干膜具有防腐、装饰、保护、促进散热，防污等功能。本发明通过如下技术方案实现。
一种金属材料表面处理方法，所述金属材料为铜、铝、铁或镁型材，该方法包括如下步骤：
(1)将待处理金属浸入20％氢氧化钠溶液中，浸泡时间为1—5分钟；
(2)将步骤(1)处理过的金属材料浸入水中，浸泡时间为2～10分钟；
(3)将步骤(2)处理过的金属材料浸入10～20％的硫酸溶液中，浸泡时间为1—5分钟；
(4)将步骤(3)处理过的金属材料浸入水中，浸泡时间为2～10分钟；
(5)用水清洗步骤(4)处理过的金属材料，再浸入质量浓度为10％～30％的所述金属氧化物纳米颗粒分散液中，浸泡5～10分钟；
(6)将步骤(5)处理过的金属材料在80～200℃下烘干，100～1000℃下热处理5～50分钟，表面形成膜。
上述方法中，所述金属材料为铜型材，步骤(5)所述金属氧化物纳米颗粒为平均粒径150纳米的氧化铜纳米颗粒，步骤(6)所述处理的温度为900℃，处理时间为10分钟。
上述方法中，所述金属材料为铁型材，步骤(5)所述金属的氧化物纳米颗粒为平均粒径80纳米的氧化铁纳米颗粒，步骤(6)所述处理的温度为500℃，处理时间为30分钟。
上述方法中，所述金属材料为铝板，步骤(5)所述金属氧化物纳米颗粒为平均粒径10纳米的氧化铁纳米颗粒，步骤(6)所述处理的温度为300℃，处理时间为20分钟。
上述方法中，所述金属材料为铝合金板，步骤(5)中将所述金属氧化物纳米颗粒为平均粒径110纳米的氧化铝纳米颗粒，步骤(6)所述处理的温度为450℃，处理时间为40分钟。
上述方法中，所述金属材料为镁合金丝，步骤(5)所述金属氧化物纳米颗粒为平均粒径200纳米的氧化铝纳米颗粒，步骤(6)所述处理的温度为300℃，处理时间为50分钟。
上述方法中，所述金属材料为不锈钢型材，步骤(5)所述金属氧化物纳米颗粒为平均粒径500纳米的氧化铁纳米颗粒，步骤(6)所述处理的温度为900℃，处理时间为5分钟。
上述方法中，所述金属材料为碳钢型材，步骤(5)所述金属氧化物纳米颗粒为平均粒径300纳米的氧化铁纳米颗粒，步骤(6)所述处理的温度为900℃，处理时间为5分钟。
上述方法中，步骤(5)采用滚涂、浸涂或淋涂的方式使金属表面与所述金属氧化物纳米颗粒分散液接触。
上述方法中，所述水采用乙醇或甲醇代替。
与现有技术相比，本发明利用无机材料纳米颗粒的分散液，在金属表面覆盖一层分散液湿膜，经干燥及高温处理后形成氧化物干膜，该层干膜具有防腐、装饰、保护、促进散热，防污等功能，具有如下优点：
(1)处理剂成分简单，易得；
(2)处理方式简单，不需电化学处理；
(3)处理剂不含有机物和重金属离子，有利环保；
(4)可实现防腐、装饰、绝缘等多种功能。
【具体实施方式】
下面结合实施例对本发明的具体实施方式作进一步说明。
实施例1
将铜型材先后浸入20％氢氧化钠溶液1分钟、水3分钟、15％硫酸溶液1分钟和水3分钟中，用水清洗后浸入20％的氧化铜纳米颗粒分散液中(经Marlvern激光粒度仪测试，平均粒径为150纳米)，浸泡5分钟后取出，100℃下烘干，900℃下处理10分钟，表面形成膜后，与未处理的型材共同置入盐雾箱，未处理的型材在5小时后产生腐蚀，处理后的型材48小时后仍无腐蚀。
实施例2
将铁型材先后浸入20％氢氧化钠溶液1分钟、水3分钟、15％硫酸溶液1分钟和水3分钟中，用水清洗后浸入10％的氧化铁纳米颗粒分散液中(经Marlvern激光粒度仪测试，平均粒径为80纳米)，浸泡10分钟后取出，150℃下烘干，500℃下处理30分钟。用60度光泽度仪测试，未处理型材表面光泽度为30度，处理后型材表面光泽度为65度。
实施例3
将铝板先后浸入20％氢氧化钠溶液1分钟、水3分钟、15％硫酸溶液1分钟和水3分钟中，用水清洗后在其表面滚涂上25％的氧化铝纳米颗粒分散液(经Marlvern激光粒度仪测试，平均粒径10纳米)，95℃下烘干，300℃下处理20分钟。处理前后的铝板进行水滴实验，处理前的铝板表面水滴呈圆珠状，处理后的铝板水滴完全润湿铺展。
实施例4
将铝合金板先后浸入20％氢氧化钠溶液1分钟、水3分钟、15％硫酸溶液1分钟和水3分钟中，用水清洗后在其表面淋涂上20％的氧化铝纳米颗粒分散液(经Marlvern激光粒度仪测试，平均粒径110纳米)，95℃下烘干，450℃下处理40分钟。处理后的铝合金板与未处理的铝合金板共同置入盐雾箱，未处理的型材在2小时后产生腐蚀，处理后的型材60小时后仍无腐蚀。
实施例5
将镁合金丝先后浸入20％氢氧化钠溶液1分钟、水3分钟、15％硫酸溶液1分钟和水3分钟中，用水清洗后浸入20％的氧化镁纳米颗粒分散液中(经Marlvern激光粒度仪测试，平均粒径200纳米)，浸泡5分钟后取出，200℃下烘干，300℃下处理50分钟。处理前后的镁丝进行电阻测试，处理前镁丝电阻为0，处理后镁丝电阻为20兆欧姆。
实施例6
将不锈钢型材先后浸入20％氢氧化钠溶液1分钟、水3分钟、15％硫酸溶液1分钟和水3分钟中，用水清洗后浸入30％的氧化铁纳米颗粒分散液中(经Marlvern激光粒度仪测试，平均粒径500纳米)，浸泡5分钟后取出，150℃下烘干，900℃下处理5分钟。处理前后的不锈钢型材进行电阻测试，处理前不锈钢型材电阻为0，处理后不锈钢型材电阻为6兆欧姆。
实施例7
将碳钢型材先后浸入20％氢氧化钠溶液1分钟、水3分钟、15％硫酸溶液1分钟和水3分钟中，用水清洗后浸入30％的氧化铁纳米颗粒分散液中(经Marlvern激光粒度仪测试，平均粒径300纳米)，浸泡5分钟后取出，150℃下烘干，900℃下处理5分钟。处理后的碳钢型材与未处理的碳钢型材共同置入盐雾箱，未处理的型材在1小时后产生腐蚀，处理后的型材30小时后仍无腐蚀。