一种铝合金化学黑色处理工艺及其用化学发黑溶液
技术领域
本发明属于铝合金表面处理技术领域，特别涉及一种在铝合金表面形成黑色膜层的工艺及该工艺所用的化学发黑溶液。
背景技术
铝合金作为一种广泛应用的工业材料，因具有高强高韧、高比强高比模、耐热耐蚀、加工成型容易等特性而受到多种行业如航空航天、汽车、精密仪器等的广泛关注。由于铝合金的表面硬度低，容易被磨损，因此，铝零件加工成型后，往往要求进行表面处理。
现有技术中，最常见的表面处理为使用氧化处理溶液的化学氧化方法。例如，中国发明专利申请89104371.3公开了采用由铬酐、氟化物、铁氰化钾、表面活性剂、稀有元素等组成的化学氧化处理溶液对铝及其合金表面进行化学氧化处理的方法，氧化后铝合金氧化膜呈稻黄色，该方法由于所形成的氧化膜为铬酸盐，存在污染问题而受到限制。中国发明专利申请200910000247.2公开了一种采用由铝酸盐、柠檬酸或柠檬酸盐、偏钒酸盐、氟化物和无机酸混合而成的氧化处理水溶液对铝合金表面进行氧化处理，氧化后铝合金工件表面膜层为无色，该方法与之前的氧化处理方法相比，防腐效果和环保性有所提高，然而，该氧化处理溶液所形成的膜层与铝基体之间的结合性不够理想。
此外，针对某些零件例如光学仪器、检测仪器、吸热设施等的要求，需要对零件表面进行发黑处理。传统的电解着色和硬质阳极氧化着色法，由于耗电量大、工艺复杂、且必须配置专用设备及工装夹具，故生产效率和成本都相对较高，而且它不适用于小型工件及结构复杂的工件。而化学氧化黑色方法由于耗电量低，设备简单，投资小，操作简便，便于批量生产，不受零件大小限制，且生产效率高而吸引了众多研究者的关注。
宋林森等(宋林森，卢澎涛，王焕琴.LD31铝合金黑色化学氧化膜新技术在游泳馆门窗中的应用[J].河南科技学院学报，2009，37(2)：79-80)介绍了通过铝黑色化学氧化两步法在LD31铝合金表面制备黑色膜层的方法，膜层均匀致密且颜色鲜亮，但是该方法用到了污染极大、具有强烈致癌作用的Cr6+，因而在工业上的使用受严格控制。美国专利号2303350公开了一种使用Se和Cu盐溶液在铝合金的表面制备一层黑色膜层的方法，但是所得黑色膜层颜色稳定性、抗磨损和耐腐蚀性能均较差，且Se的剧毒性也使得该方法的应用受到很大限制。美国专利公开号2009/0280258A1公开了一种先在铝的表面化学镀锌然后再使用钼酸盐溶液处理发黑的方法，虽然在其合金表面变黑，但是由于Zn一般硬度较低，膜层的耐磨损能力受到极大的挑战。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种改进的铝合金化学黑色处理工艺。
本发明同时还要提供一种改进的化学发黑溶液。
为解决以上技术问题，本发明所采用的一个技术方案是：
一种在铝合金表面生成黑色膜层的方法，其依次包括如下步骤：
(1)、采用化学氧化处理溶液对所述铝合金表面进行氧化处理以形成氧化膜层；
(2)、用水清洗铝合金表面；
(3)、采用化学发黑溶液对铝合金表面进行化学发黑处理，其中，所述化学发黑溶液由硝酸镍、钼酸铵、硝酸、2-氨基-2-甲基-1-丙醇、高锰酸钾以及水组成，其中含有硝酸镍0.5～1.8g/L，钼酸铵30～60g/L，硝酸10～20g/L，2-氨基-2-甲基-1-丙醇30～80g/L，高锰酸钾5～7g/L，所述化学发黑处理在温度45℃～85℃下进行，处理时间为3～16分钟；
(4)、用铝化学氧化封闭剂对铝合金表面进行封闭处理，处理温度为90℃～95℃，处理时间为4～12分钟。
根据本发明的一个优选方面：步骤(1)中，化学氧化处理溶液由柠檬酸盐，碳酸盐，葡萄糖酸盐，酒石酸盐，三价铁盐，无机酸以及水组成，其中含有柠檬酸盐6～20g/L，葡萄糖酸盐1～5g/L，酒石酸盐1～3g/L，三价铁盐1～5g/L，亚铬酸盐3～5g/L以及无机酸10～30g/L。更优选地，化学氧化处理溶液中含有柠檬酸盐8～12g/L，葡萄糖酸盐2～4g/L，酒石酸盐1～3g/L，三价铁盐1～2g/L，亚铬酸盐3～5g/L，无机酸18～30g/L。其中，所述柠檬酸盐、葡萄糖酸盐、酒石酸盐、亚铬酸盐独立地为锂盐、钠盐、钾盐、铷盐或铯盐。
所述三价铁盐可以为选自磷酸铁，硝酸铁，硫酸铁及氯化铁中的一种或多种。所述无机酸可以是例如盐酸、硫酸、磷酸、硝酸等中的一种或多种，其中优选硝酸和磷酸。
根据本发明的又一优选方面：步骤(3)中，所述化学发黑溶液中各组分的浓度为：硝酸镍0.8～1.4g/L，钼酸铵45～55g/L，硝酸11～13g/L，2-氨基-2-甲基-1-丙醇50～70g/L，高锰酸钾5～7g/L。
本发明采取的另一技术方案是：一种用于对经过化学氧化处理后的铝合金表面进行化学发黑处理从而获得黑色膜层的化学发黑溶液，其由硝酸镍、钼酸铵、硝酸、2-氨基-2-甲基-1-丙醇、高锰酸钾以及水组成，其中含有硝酸镍0.5～1.8g/L，钼酸铵30～60g/L，硝酸10～20g/L，2-氨基-2-甲基-1-丙醇30～80g/L，高锰酸钾5～7g/L。
由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比具有以下优点：
本发明的化学发黑溶液中，2-氨基-2-甲基-1-丙醇对高锰酸钾和硝酸联合作用下的氧化效果有缓释效果，一定程度上可增加镀液的稳定性，同时其与Ni2+形成表面络合物，改善化学发黑同时伴随的化学沉积过程的沉积速度，从而利用本发明化学发黑溶液进行发黑处理，能够获得均匀致密且与铝合金基底结合紧密的黑色膜层。此外，本发明工艺节能、环保，设备简单，操作简便，不受零件大小和形状的限制，生产成本低。
具体实施方式
下面将结合具体的实施例对本发明做进一步详细的说明：
以LY2硬铝合金为例，在铝合金表面形成黑色膜层的处理工艺具体包括如下步骤：
(1)、脱脂去氧化膜：将LY12硬铝合金浸入脱脂去氧化膜溶液中(含氢氧化钠35g/L和NaNO3100g/L)20s。如果表面油脂难以除去，可在此步骤之前用中性除油剂去除铝合金产品表面的油脂或者将溶液升温至50～70℃后再浸渍，否则在常温下处理。
(2)、用清水冲洗LY12硬铝合金表面；
(3)、将LY12硬铝合金放入HNO3中活化3s，之后，清洗铝合金表面；
(4)、将铝合金浸入50℃左右的化学氧化处理溶液中约3min，其中化学氧化处理溶液的组成见表1。
(5)、用清水洗冲洗铝合金表面。
(6)、用75℃左右的化学发黑溶液对铝合金进行发黑处理，化学发黑溶液的组成见表2。
(7)、用清水冲洗铝合金表面。
(8)、用OY-61铝化学氧化封闭剂对铝合金制品进行封闭处理，处理温度为90～95℃，处理时间为8～12min。
表1实施例1至4的化学氧化处理溶液的组成
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表2实施例1至4的化学发黑溶液的组成
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以脱脂棉力度均匀地擦拭分别经过实施例1至4的处理工艺处理后的铝合金表面200次以上，均未见基底露出。另外，采用锉刀法评价其结合力，用扁锉呈45度，由基底金属向镀层方向锉镀层的边棱，氧化膜层均未见揭起或脱落。表明经过实施例1至4的工艺处理后的黑色膜层与基底之间的结合力强。此外，经过本工艺处理形成的黑色膜层还显示了强的抗腐蚀性能，光艳的色泽以及满意的抗磨损性能。该膜层可作为最终表面处理膜层，也可以作为后续涂漆处理的基底层，当后续涂漆时，膜层与漆膜结合力好，对铝合金的防护效果好。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。