基本信息
- 项目名称：
- 针对极小铝合金零件的非阳极氧化表面着色问题的研究
- 来源：
- 第十一届“挑战杯”国赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 本技术为铝合金小零件非阳极氧化着色方法，通过化学反应的着色处理来替代现有的不适于大批量铝合金极小零件的阳极氧化的表面着色方法，对现有的铝合金着色技术进行本质上的创新。
- 详细介绍：
- 本技术利用了钼酸铵在酸性溶液中的强氧化性来对铝合金小零件着色，摆脱了传统着色工艺中由于装挂问题而导致的铝合金小零件着色膜不均匀甚至难于着色的问题。同时，充分利用了钼酸铵对于铝合金表面的缓蚀作用，是着色膜的性能更加优良。研究结果表明，本技术研制的工艺配方使铝合金零件着色的工业过程更加节能，环保，高效，适合大批量生产且着色膜颜色纯正、一致、重现性好，具有较强的学术研究价值和生产应用价值，具有极强的社会，经济意义。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 发明一种新的适用于极小铝合金制品的着色方法，对现有的铝合金着色技术从本质上进行创新。彻底解决传统着色工艺中因零件装夹原因而导致的一系列问题，使极小铝合金制品着色成本远远低于市面所广泛采用的方法。并且减少污染，适应可持续发展要求，同时也能满足高新技术产业发展的需求。 氯离子使Al及Al合金表面加速溶解反应，缩短了成膜时间。在反应25min时转变成黑色膜，由Al2O3• MoO3，Al2O3•Mo2O3，Al2O3 •MoO2等复合氧化物组成。而钼酸铵可以使铝合金表面钝化，同时钼酸根离子作为一种吸附型缓蚀剂，吸附在铝的表面，可以屏蔽腐蚀性离子的吸附，有效地抑制铝合金的点蚀等。 配方含量为：氢氧化钠：15-20g/L；碳酸钠：40-50g/L；磷酸钠：25-30g；50%硝酸溶液：100ml；钼酸铵：15g/L；氯化铵：30g/L；硼酸8g/L；硝酸钾:8g/L. 在试件的性能测试中，采用橡皮以30至40N的力反复擦拭试件表面100次作强度测试，着色膜未有退色现象；在耐腐蚀性试验中采用重铬酸钾与硝酸的混合溶液，着色膜能在该条件下维持10分钟以上不受损反应至25分钟时，零件本体已经本腐蚀掉，但残留表面仍附着有着色膜，这证明了本着色膜在酸腐蚀上具有极强的抗性；在锉刀实验中将试样固定后，用锉刀锉削试样边缘，锉刀与着色膜层呈45度，反复锉削，结果发现着色膜未见起泡、变色；采用ED300型涡流测厚仪测量膜层厚度在60μm左右。
科学性、先进性
- 本工艺利用钼酸铵酸性溶液中的强氧化性和缓蚀作用，先将待着色零件在氢氧化钠，碳酸钠，磷酸钠80摄氏度溶液中进行搅拌，表面除油；接着用蒸馏水进行水洗，50%硝酸中酸侵蚀约1分钟后再次水洗；下一步开始着色过程：将零件放入钼酸铵,氯化铵,硼酸,硝酸钾混合溶液中，着色过程自动开始，中间需搅拌。在82摄氏度着色30分钟即能完成，最后水洗除表面残余溶液后干燥操作，完成后即可投入实践。 本工艺没有了电解池的束缚，工艺的操作以及地点选择变得更为简便，适用于电解池无法成功着色的形状尺寸的零件。工业上应用只需采用一个持续搅拌以及循环供应反应溶液的机构即可。采用82度恒温操作只需稳定热源即可，生产等数量零件所需能量同传统方法相比大大降低而且循环利用了反应溶液，反应后为残余溶液；而电解池电解反应则会有废水废渣产生；两者相比较传统工艺更易造成环境的污染，残留物的处理存在着问题，而新工艺则避免了这些问题。
获奖情况及鉴定结果
- 作品已经由某厂家投入试验型生产，效果良好，产品完全符合实际需求。
作品所处阶段
- 最后完善阶段，配方的数据已经确定，技术已经成型。
技术转让方式
- 无
作品可展示的形式
- 实物，产品，现场演示，图片，样品。
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 本技术只需要循环供应溶液以及搅拌机构，烘干器等，加热则需增加恒温机器，无特殊操作要求，无需特殊机能工作人员。 低能耗，低污染，环保，操作便捷，产品耐腐蚀性好，成本低廉适于小型铝合金零件、耐腐性要求的结构零件、装饰性零件等的大批量生产。在实验室中，配置200ml溶液需硼酸1.6g/0.021元，氯化铵6g/0.108元，硝酸钾1.6g/0.0288元，钼酸铵3g/1.05元，总计费用为1.2821元。200ml的溶液能够反应零件个数（试验用汽车雨挂铆钉）为200个左右，每个零件成本为0.0064元，与传统工艺相比（约0.04元/件），成本相差6倍，能带来巨大经济利益。 新工艺解决传统工艺中对于小型铝合金零件装夹困难而导致的着色效果不好甚至无法着色的问题。化学方法使工序更为简单，操作更为简便，符合市场需求，成本大为降低，可操作性大为增强，适用于大中小各种规模的批量生产，机器，地点限制减弱，经济效益大大增加。
同类课题研究水平概述
- 传统的铝合金阳极氧化电解着色方法为通过电解的阳极氧化处理在铝合金表面形成一定厚度多孔的氧化铝覆盖层，利用表面多孔组织的吸附或电解来实现着色。工艺主要分为两步：第一步铝在硫酸溶液中进行常规阳极氧化；第二步阳极氧化后的多孔性氧化膜在金属盐的着色液中电解着色。铝及铝合金在硫酸阳极氧化后，紧接着进行电解着色。一般可采用工频交流电（50Hz），并以恒压法控制着色；与铝件相对应的电极可采用不锈钢、石墨和与沉积金属相同的金属极板；着色时间随所要求的颜色深浅而定，色浅着色时间短，色深着色时间长。着色溶液中除含所沉积的金属盐和必要的稳定剂及添加剂之外，必须维持溶液的pH值。工艺流程为基材，装挂，脱脂，碱蚀，中和，阳极氧化，电解着色，封孔，电泳涂漆，固化，卸料包装，入库。 限制条件有二。其一，被表面着色处理的铝合金材料或零件必须进行阳极氧化电解处理；其二，对阳极氧化膜有比较高的质量要求。这样就使批量小零件由于装挂困难而导致生产处理难以进行,不采用附加措施则容易出现着色不均匀,甚至无法着色的问题。 而本技术所采用的铝合金非阳极氧化着色方法主要尝试利用化学反应法，使铝合金表面与着色液发生化学反应，直接形成具有色泽成分的化学反应膜,摆脱了电解的限制，具有一定先进性。
