一种耐碱耐蚀铝合金表面复合涂层及工艺.pdf

本发明属于金属表面处理技术领域，提供了一种耐碱耐蚀铝合金表面复合涂层及工艺，包括铝或铝合金基体和附在铝或铝合金基体外的阳极氧化膜层，阳极氧化膜层外附着有有机硅烷涂层，有机硅烷涂层为环氧改性有机硅树脂和甲基丙烯酸甲酯组成的复合层，经过调配、喷涂方法施工，经过对氧化膜孔的浸润、扩散、封闭，在表层闪干后经过180℃*20-25min的固化，牢固附着在阳极氧化后的表面，阻隔了腐蚀性或碱性物质对于内层氧化膜和铝基体的渗透，经过本工艺处理的铝合金产品具有很强的耐碱性和耐腐蚀性，耐高温性可以提高至180℃不发生开裂，在不改变原有外观要求条件下，满足车厂的性能标准要求。

权利要求书
1.  一种耐碱耐蚀铝合金表面复合涂层，包括铝或铝合金基体和附在铝或铝合金基体外的阳极氧化膜层，其特征在于：所述的阳极氧化膜层外附着有有机硅烷涂层，有机硅烷涂层为环氧改性有机硅树脂和甲基丙烯酸甲酯组成的复合层。

2.  根据权利要求1所述的一种耐碱耐蚀铝合金表面复合涂层，其特征在于：所述的附加有机硅烷涂层的厚度为1μm～5μm。

3.  根据权利要求2所述的一种耐碱耐蚀铝合金表面复合涂层，其特征在于：所述的有机硅烷涂层的厚度为3μm～5μm。

4.  根据权利要求3所述的一种耐碱耐蚀铝合金表面复合涂层，其特征在于：所述的阳极氧化膜层为本色层，或者在阳极氧化膜层上附加彩色层。

5.  根据权利要求1或2或3所述的一种耐碱耐蚀铝合金表面复合涂层，其特征在于：具有上述的耐碱耐蚀铝合金表面复合涂层使用到汽车外饰件上。

6.  一种耐碱耐蚀铝合金表面复合涂层工艺，在铝合金表面进行常规的阳极氧化处理，其特征在于，在阳极氧化后的铝或铝合金的半成品采用硅烷系涂料并经过的喷涂、闪干、高温烘烤等步骤处理后以形成一层或多层牢固的附加的有机硅烷涂层，并在此过程中促进阳极氧化膜层内层的分子结构变化，并由此得到阳极氧化膜层和有机硅烷涂层组合的双重膜层作为铝或铝合金基体最终防护层。

7.  根据权利要求6所述的一种耐碱耐蚀铝合金表面复合涂层工艺，其特征在于：所述的硅烷系涂料的包括环氧改性有机硅树脂组分和甲基丙烯酸甲酯组分，环氧改性有机硅树脂和甲基丙烯酸甲酯按68：32的比例混合，该环氧改性有机硅树脂在混合、稀释前的固体含量有效固体质量分数为 45％-65％，采用稀释剂480-XJS-1152稀释至施工粘度，硅烷系涂料调节粘度用IWATA NK-2杯在温度23±2℃条件下测量为7-9秒，涂料调配为无色透明状态。

8.  根据权利要求6所述的一种耐碱耐蚀铝合金表面复合涂层工艺，其特征在于：将上述铝合金阳极氧化的半成品进行纯水洗，要求为pH：3.0～7.0，浸洗时：4min～5min，浸洗温度：60℃～80℃，热纯水的电导率小于20μs/m。

9.  根据权利要求6所述的一种耐碱耐蚀铝合金表面复合涂层工艺，其特征在于：接着将滴干的产品进行烘烤，烘烤温度为65℃～75℃，时间为6min～10min，在纯净室环境中(洁净度10000级以上)喷涂调配好的硅烷系涂料，喷涂环境温度控制在16-20℃，相对湿度控制在45％-70％，采用空气喷涂，0.5mm-0.8mm小口径喷枪，空气压力4-6kg/cm2；吐出量在80-100ml/min,枪距20-30cm,喷枪移动速度在30-60cm/s，20-40％覆盖。

10.  根据权利要求6所述的一种耐碱耐蚀铝合金表面复合涂层工艺，其特征在于：接着将所需表面喷涂完成的工件放置于洁净室环境中进行流平、闪干，环境温度为45-55℃，相对湿度控制在35％-55％，闪干时间为6-8min；最后将闪干的产品进行烘烤，烘烤温度为160℃～180℃，时间为20min～25min。

说明书一种耐碱耐蚀铝合金表面复合涂层及工艺
技术领域
本发明属于金属表面处理技术领域，涉及一种耐碱耐蚀铝合金表面复合涂层及工艺。
背景技术
目前，在许多汽车的内外区域都装有由铝板或铝型材制造的表现金属本色的装饰性部件，其表面防护主要是通过阳极氧化在铝或铝合金表面形成一层多孔的氧化铝膜层并通过一定的化学方法将膜层的孔进行封闭来实现的。但是，为了维持装饰性的持久耐用，目前各车厂对于铝合金部件表面防护层的耐蚀性有了越来越高的要求，特别是强碱性洗车剂的广泛使用，因这种传统的阳极氧化涂层难以抵抗强碱性(pH值>13)溶液的侵蚀,而使部件失光失色，因此，为了满足越来越高的阳极氧化涂层的耐碱耐腐蚀要求，提高阳极氧化产品的性能和相关汽车零部件产品在市场中的竞争力研究开发本工艺。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的现状，而提供一种耐强碱性和高耐腐蚀性的铝合金表面复合膜层。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种耐碱耐蚀铝合金表面复合涂层，包括铝或铝合金基体和附在铝或铝合金基体外的阳极氧化膜层，其特征在于，所述的阳极氧化膜层外附着有有机硅烷涂层，有机硅烷涂层为环氧改性有机硅树脂和甲基丙烯酸甲酯组成的复合层。
为优化上述方案采取的措施具体包括：
在上述的一种耐碱耐蚀铝合金表面复合涂层中，所述的附加有机硅烷涂层的厚度为1μm～5μm。
在上述的一种耐碱耐蚀铝合金表面复合涂层中，作为优选，所述的有机硅烷涂层的厚度为3μm～5μm。
在上述的一种耐碱耐蚀铝合金表面复合涂层中，所述的阳极氧化膜层为本色层，或者在阳极氧化膜层上附加彩色层。
在上述的一种耐碱耐蚀铝合金表面复合涂层中，具有上述的耐碱耐蚀铝合金表面复合涂层使用到汽车外饰件上。
本发明还提供了一种耐碱性和耐腐蚀性能力强的铝或铝合金部件的复合膜层工艺。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种耐碱耐蚀铝合金表面复合涂层工艺，在铝合金表面进行常规的阳极氧化处理，其特征在于，在阳极氧化后的铝或铝合金的半成品采用硅烷系涂料并经过的喷涂、闪干、高温烘烤等步骤处理后以形成一层或多层牢固的附加的有机硅烷涂层，并在此过程中促进阳极氧化膜层内层的分子结构变化，并由此得到阳极氧化膜层和有机硅烷涂层组合的双重膜层作为铝或铝合金基体最终防护层。
在上述的一种耐碱耐蚀铝合金表面复合涂层工艺中，所述的硅烷系涂料的包括环氧改性有机硅树脂组分和甲基丙烯酸甲酯组分，环氧改性有机硅树脂和甲基丙烯酸甲酯按68：32的比例混合，该环氧改性有机硅树脂在混合、稀释前的固体含量有效固体质量分数为45％-65％，采用稀释剂480-XJS-1152稀释至施工粘度，硅烷系涂料调节粘度用IWATA NK-2杯在温度23±2℃条件下测量为7-9秒，涂料调配为无色透明状态。
在上述的一种耐碱耐蚀铝合金表面复合涂层工艺中，将上述铝合金阳极氧化的半成品进行纯水洗，要求为pH：3.0～7.0，浸洗时：4min～5min，浸洗温度：60℃～80℃，热纯水的电导率小于20μs/m。
在上述的一种耐碱耐蚀铝合金表面复合涂层工艺中，接着将滴干的产 品进行烘烤，烘烤温度为65℃～75℃，时间为6min～10min，在纯净室环境中(洁净度10000级以上)喷涂调配好的硅烷系涂料，喷涂环境温度控制在16-20℃，相对湿度控制在45％-70％，采用空气喷涂，0.5mm-0.8mm小口径喷枪，空气压力4-6kg/cm2；吐出量在80-100ml/min,枪距20-30cm,喷枪移动速度在30-60cm/s，20-40％覆盖。
在上述的一种耐碱耐蚀铝合金表面复合涂层工艺中，接着将所需表面喷涂完成的工件放置于洁净室环境中进行流平、闪干，环境温度为45-55℃，相对湿度控制在35％-55％，闪干时间为6-8min；最后将闪干的产品进行烘烤，烘烤温度为160℃～180℃，时间为20min～25min。
与现有技术相比，本发明的优点在于该涂层通过采用的硅烷系列涂料经过调配、喷涂方法施工，经过对氧化膜孔的浸润、扩散、封闭，在表层闪干后经过180℃*20-25min的固化，牢固附着在阳极氧化后的表面，阻隔了腐蚀性或碱性物质对于内层氧化膜和铝基体的渗透。而这个过程也促进了氧化膜内的封孔物质含有的部分三水合三氧化二铝(拜耳体)更多的脱水转化为一水合三氧化二铝(勃姆体)，后者具有比前者更加密实的结构和更优异的耐腐蚀性能。因此经过本工艺处理的铝合金产品具有很强的耐碱性和耐腐蚀性，耐高温性可以提高至180℃不发生开裂，在不改变原有外观要求条件下，满足车厂的性能标准要求。
附图说明
图1是本耐碱耐蚀铝合金表面复合涂层的整体结构示意图。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
图中，基体1；阳极氧化膜层2；有机硅烷涂层3。
如图1所示，本耐碱耐蚀铝合金表面复合涂层使用到汽车外饰件上，包括铝或铝合金基体1和附在铝或铝合金基体1外的阳极氧化膜层2，阳极氧化膜层2外附着有有机硅烷涂层3，附加有机硅烷涂层3的厚度为1μm～5μm，作为优选，有机硅烷涂层3的厚度为3μm～5μm，阳极氧化膜层2为本色层，或者在阳极氧化膜层2上附加彩色层。
本发明是在铝合金部件表面首先形成一层多孔的阳极氧化膜，根据不同装饰性的表面需要，可以选择在多孔阳极氧化膜孔内是否沉积金属盐，以便使部件获得有色的装饰性外观；然后再在多孔的阳极氧化膜上喷涂一层液态时浸润良好、固化后覆盖致密的透明无机膜层以组合成为性能卓越的复合膜层，阳极氧化部件表面膜层的性能优良、高装饰性源于膜层的成分和结构，由于所用硅烷涂料具有与氧化膜层相似的分子间结构和微观作用力，所以制得的膜层具有极佳的稳定性，双涂层间在遭受侵蚀时互补不足，因此能够全面提升单一的阳极氧化膜层2性能，又因该硅烷涂料为透明无色且固化后膜层仅为3μm左右，不对光线造成折射，因此并不改变铝合金及其后的抛光、阳极氧化、着色所形成的外观表面。
由于本发明所述的阳极氧化涂层与目前广泛应用的工艺本质上基本一致，因此这里只针对其后的复合涂层形成机理进行说明，耐碱耐蚀铝合金表面复合涂层工艺，在铝合金表面进行常规的阳极氧化处理，在阳极氧化后的铝或铝合金的半成品采用硅烷系涂料并经过的喷涂、闪干、高温烘烤等步骤处理后以形成一层或多层牢固的附加的有机硅烷涂层3，并在此过程中促进阳极氧化膜层2内层的分子结构变化，并由此得到阳极氧化膜层2和有机硅烷涂层3组合的双重膜层作为铝或铝合金基体1最终防护层。
具体工艺处理流程如下：
一、硅烷系涂料的调配，硅烷系涂料的包括环氧改性有机硅树脂组分 和甲基丙烯酸甲酯组分，环氧改性有机硅树脂和甲基丙烯酸甲酯按68：32的比例混合，该环氧改性有机硅树脂在混合、稀释前的固体含量有效固体质量分数为45％-65％，采用稀释剂480-XJS-1152稀释至指定的施工粘度，作为优选，在本发明推荐的施工温度下涂料调节粘度用IWATA NK-2杯在23±2℃条件下测量为7-9秒，在此稀释剂的牌号经过验证后可以有其他选择。稀释后的涂料经过5-8min的强烈搅拌后静置备用，此涂料调配后应为无色透明状态。
二、上述铝合金阳极氧化的半成品进行热纯水洗，要求为pH：5.0～7.0，浸洗时：4min～5min，纯水的电导率小于20μs/m，浸洗温度：60℃～80℃。本工序的主要目的是对阳极氧化后的铝合金部件进行彻底清洗，将氧化膜孔内带有的大部分硫酸溶液进行稀释去除，同时对多孔氧化膜层起到了一定的预封孔的作用，这部分预封孔所形成的水合物质能够辅助提升材料的防护性能，并且在后续的烘烤和固化工序改工序所带来的防护性提升效果会继续加强。浸洗时间不足将导致氧化膜孔内的硫酸去除不充分，浸洗时间过长则容易导致氧化膜在喷涂后的固化工序发生破裂，同时pH值也需要严格的监控，如过低也将造成氧化膜的腐蚀。
三、着将滴干的产品进行烘烤，烘烤温度为80℃～100℃，时间为6min～10min。烘烤的目的为去除表面及微孔膜内的水渍，避免污染后续喷涂上硅烷涂料，并在干燥的表面更好的浸润。烘烤温度低或时间过短则微孔膜内易残留较多的水分，烘烤温度超过80℃或烘烤时间过长则浪费能源。
四、在纯净室环境中(洁净度10000级以上)喷涂调配好的硅烷系涂料，喷涂环境温度控制在16-20℃，相对湿度控制在45％-70％，采用空气喷涂，0.5mm-0.8mm小口径喷枪，空气压力4-6kg/cm2；吐出量在80-100ml/min，枪距20-30cm，喷枪移动速度在30-60cm/s，20-40％覆盖；以上喷涂参数根 据实际喷涂状况做些许调整，避免薄喷、流痕；按此喷涂参数所得到的干燥膜层大约在2-5μm，需要注意的是喷涂室的温度，过低会降低涂料的粘度，不能获得理想的流平和平滑的外观效果，过高则容易导致调配好的涂料过快的发生变性，从而影响与阳极氧化涂层的结合，导致不能形成结合牢固的复合膜层。
五、接着将所需表面喷涂完成的工件放置于洁净室环境中进行流平、闪干，环境温度为45-55℃，相对湿度控制在35％-55％，闪干时间为6-8min；闪干的温度高于室温。
六、后将闪干的产品进行烘烤，烘烤温度为160℃～180℃，时间为20min～25min，该烘烤温度是涂料所需固化温度，同时在内层的氧化膜层中，较高的温度有利于使封孔时产生较为疏松的三水合三氧化二铝的拜耳体转变形成致密的一水合的勃姆体，从而增加对一般腐蚀介质的抵抗能力。因氧化膜层、硅烷无机膜层与本体铝合金的膨胀系数均有不同，故过高的温度会增加膜层膨胀脱离基体1的风险。温度过低则不能达到上述的固化和拜耳体转变效果。时间为20-30min，过长易使膜层变脆过短则固化反应不充分影响膜层的性能；为了避免其他杂质污染表层，烤箱内洁净度同样要求在10000级以上。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神所定义的范围。