阳极化铝合金轮辋的制作方法

1.本发明涉及由金属制成的部件的表面处理方法。
现有技术
2.在汽车领域中，使用特别是由铝合金制成的部件来制造结构元件，例如轮辋，这些结构元件随后通过施加油漆和漆来染色。
3.这些由铝合金制成的部件中的许多是通过铝铸造工艺连同其他合金元素(如硅、铜和镁)一起获得的，并且它们的特征在于具有高含量的金属间化合物以及在铸造工艺期间产生的微孔，当部件进行染色工艺时，这些微孔导致出现颜色缺陷。通常出现人眼可见的白色或变色斑点，这对于汽车行业是不可接受的。
4.在染色之前对这些由金属制成的部件的表面进行直流阳极化在现有技术中是已知的。直流阳极化在这些部件的表面上产生氧化铝层。该层通过电化学方法实现并提供更大的铝强度和耐久性。然而，用这种处理继续出现染色后的颜色缺陷。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种用于对铝合金部件进行表面处理的方法和包括氧化铝层的阳极化铝合金部件件。
6.本发明的第一方面涉及一种用于对铝合金部件，特别是通过铸造获得的轮辋进行表面处理的方法，该铝合金部件在其表面上包括尺寸至多500μm的孔，该方法包括对该铝合金部件的表面的至少一部分进行的阳极化步骤，在该表面的所述部分上产生氧化铝层，该阳极化通过电流脉冲进行，并且所述氧化铝层包含尺寸为25nm至500nm 的孔。
7.本发明的第二方面涉及一种阳极化铝合金部件，其中阳极化表面包括尺寸为25 nm至500nm的孔。
8.一方面，脉冲电流阳极化允许在整个处理过的表面上产生具有近似均匀的厚度的氧化铝层，以及将孔的尺寸控制在上述范围内，确保当处理过的部件经受染色工艺时不出现颜色缺陷。
9.利用本发明的方法，在纯铝区域中和在存在金属间化合物和/或孔的区域中产生氧化铝层，这允许完全涂覆和将孔尺寸控制在上述范围内。这些特征使得当处理过的部件经受染色工艺不出现颜色缺陷。
10.因此，本发明是用于获得由铝合金，特别是具有高含量合金元素的铝合金制成的染色部件的有效且成本有效的替代方案，其具有不呈现任何颜色缺陷的美观光洁度。
附图说明
11.图1示出了本发明的方法的实施方式的步骤。
12.图2示出了由通过本发明的方法获得的阳极化铝合金制成的部件的截面图。
具体实施方式
13.本发明的第一方面涉及一种用于对具有高含量的合金元素(如硅，铜和/或镁) 的铝合金部件，特别是通过在模具中铸造而加工或制造的轮辋进行表面处理的方法，该铝合金部件在其表面上包括尺寸至多500μm的孔，该方法包括对该部件的表面的至少一部分进行的阳极化步骤，在表面的所述部分上产生氧化铝层，通过电流脉冲进行阳极化，并且氧化铝层在其表面上包括尺寸为25nm至500nm的孔。
14.未按比例绘制的图2示出了由通过本发明的方法获得的阳极化的铝合金制成的部件20，其中优选地具有高含量的合金元素如硅、铜和/或镁的铝合金的部件21在其表面22上包括尺寸为1微米至500微米的孔，在所述表面22上是通过对部件21进行脉冲电流阳极化而获得的氧化铝层23，所述氧化铝层23在其外表面上包括尺寸为 25nm至500nm的孔24。氧化铝层23具有蜂窝状六边形单元结构。每个单元的孔24 具有近似圆柱形的几何形状。
15.在本发明的上下文中，孔的尺寸是指孔的宽度，由对应于由铝制成的部件21的孔的宽度的距离25和对应于层23的孔的宽度的距离26表示。
16.本发明人已经观察到，本发明的氧化铝的孔24的尺寸范围随后允许染料在孔中并因此在部件中的合适的掺入和持续时间。
17.孔24的尺寸较小将阻止染料适当地掺入到孔24中，并且尺寸较大将影响颜色的持续时间，因为它们将更多地暴露于不利的条件，例如在轮辋的情况下，暴露于天气条件和摩擦，这导致颜色剥落。
18.本发明可以应用于从2000系列到8000系列的任何铝合金系列的零件。这些系列是指取决于其组成中的主要合金元素的铝合金分类。
19.在优选实施方式中，本发明可应用于6000系列的铝合金部件，6000系列的特征在于具有硅和镁作为主要合金元素，这导致在其热处理期间产生金属间化合物。此外，考虑铸造工艺的固有特征，这些部件的特征在于具有尺寸在微米范围内，通常在1 微米至500微米的孔。
20.在优选的实施方式中，在摩尔浓度为1.3m至2.8m，优选2.2m的硫酸介质中进行脉冲阳极化步骤。
21.在优选的实施方式中，每个施加的脉冲具有10v至20v的电势和1分钟至5分钟的持续时间。在优选的实施方式中，施加10至20个脉冲，优选15个脉冲，施加脉冲的时间差为1秒至3分钟。
22.在一个优选的实施方式中，进行阳极化的介质的温度为15℃至30℃之间，优选地20℃至25℃。
23.通过结合上述条件，本发明人已经观察到可以控制氧化铝层23的生长和厚度，以及在阳极化步骤期间产生的孔24的尺寸和形状，以及所述孔24之间的距离。
24.因此，在优选实施方式中，在阳极化步骤中产生的氧化铝层的孔24之间的距离 28为20nm至700nm。本发明人已经证明，该距离范围有利于随后染色的部件中以均匀的方式的颜色的持续时间。
25.在另一个实施方式中，在阳极化工艺期间产生的氧化铝层23的厚度为5μm至 100μm，优选10μm至30μm。本发明的方法允许在整个处理过的表面(包括在铸造过程中形成的含有金属间化合物和/或孔的待处理部件的表面区域)上实现氧化铝层23 的厚度。孔24具有
深度27，使得它们布置在氧化铝层23的基底29上，在该实施方式中氧化铝层23具有小于2μm，优选地小于1μm的厚度。该实施方式有利于在随后的染色工艺中更好地掺入染料，并防止阳极化元件具有无光泽外观。
26.阳极化后，通常用水性溶液洗涤该部件。然而，本发明人已经发现这种清洗有时是不够的，因此在一个优选的实施方式中，在阳极化步骤之后，对阳极化部件进行中和步骤，由此在阳极化表面上施加液体，所述液体具有10至13的ph值，所述液体优选是ph值为11的氨溶液。本发明人已经发现，该中和步骤不会危及该件的后续染色，并且由于它消除了存在于孔24内的可能在后续染色中引起变色缺陷的任何痕量或残留的硫酸，因此它更加有效的多。
27.在优选的实施方式中，施加该中和步骤1分钟至5分钟，这是足够的时间以确保除去可能影响随后染色的任何痕量酸。
28.在优选的实施方式中，在中和步骤之后，本发明的方法包括洗涤步骤，由此将水性液体施加到经中和的表面上，所述液体具有中性ph值。由此处理过的表面准备用于随后的染色。
29.在优选的实施方式中，在洗涤步骤之后，该方法包括以下步骤：电着色和/或化学染色步骤，以用于将洗涤过的部件染色，和颜色密封步骤。
30.化学染色包括通过引入处理表面的孔中的染色剂进行染色的方法。这些染色剂可以是高度溶于水的有机或无机化合物，其对由阳光引起的降解具有高抗性，如酸性染料，直接染料如茜素和靛蓝染料，基于金属络合物的染料和重氮染料。
31.然而，染色剂有时不能覆盖孔24的内部，产生白色斑点形式的视觉缺陷，其相对于染色区域的其余部分不能接受地显眼，因此在优选的实施方式中，在化学染色之前，对先前中和和洗涤的表面进行电着色步骤。电着色包括通过向金属盐溶液施加交流电而在孔24中沉积颗粒。在优选的实施方式中，电着色步骤包括将处理过的部件的表面引入到包含金属盐和硫酸的浴中，向其施加最大电压为7至25v的交流电20 秒至30分钟，频率为20至300hz，优选50hz。电着色确保孔24的内部，特别是底部被提供颜色的金属颗粒涂覆。可用于电着色的金属盐溶液的实例包括但不限于锡、钴、镍、铜等的水溶液。
32.经染色的部件随后进行颜色密封步骤，该步骤可以是热密封或冷密封。热密封过程包括将染色的部件浸入温度在90℃至100℃的水中。水使铝层水合，使孔24闭合，从而将染料密封在孔24内。使用金属盐或金属氧化物或铬酸盐，在4.5至8的ph下，在20至40℃，优选25至35℃的温度下进行冷密封工艺。可特别使用镍盐或钴盐与碱金属氟化物如nif2或naf以及阴离子和非离子表面活性剂的组合。例如，密封剂可以含有有机酸盐和非离子表面活性剂，例如p3-almeco(henkel)。密封工艺的持续时间取决于阳极层的厚度，例如，每微米厚度的氧化物层0.5分钟至2.5分钟，优选0.7分钟至1.2分钟，进行的总时间为5至分钟100分钟，优选10分钟至30分钟。通过密封，由阳极化合金制成的部件的耐腐蚀性增加。
33.部件有时含有可能干扰阳极化和染色的杂质和元素，因此在优选实施方式中，部件在阳极化之前进行脱脂和/或酸洗步骤。这些步骤用于从表面上除去油脂、氧化物和其它可能抑制或改变随后的阳极化和/或染色的元素。
34.图1示出了用于对由铝合金制成的部件进行处理的方法10的实施方式，该方法包括以下步骤：
[0035]-脱脂和/或酸洗11；
[0036]-脉冲电流阳极化12；
[0037]-中和13；
[0038]-洗涤14；
[0039]-电着色和/或化学染色15；以及
[0040]-密封16。
[0041]
在本发明的优选实施方式中，在图1所示的步骤11、12、13、15和/或16之间进行另外的洗涤14。
[0042]
利用图2的实施方式说明的本发明的第二方面涉及阳极化铝合金部件20，其在其表面上包括氧化铝层23，所述氧化铝层在其表面上包括尺寸为25nm至500nm的孔24，该部件优选地通过本发明的方法获得。
[0043]
在优选实施方式中，铝合金件20(优选具有高含量的合金元素例如硅、铜和/或镁) 在其表面22上包括尺寸为1微米至500微米的孔，在所述表面22上，优选在其之后包括氧化铝层23，该氧化铝层23在其表面24上包括尺寸为25nm至500nm的孔24。
[0044]
在优选实施方式中，氧化铝层23的孔24之间的距离为20nm至700nm。
[0045]
在优选的实施方式中，氧化铝层23的厚度为5μm至100μm，优选10至30μm，孔24的深度27和氧化铝层23的基底29的总和与所述层23的厚度一致。
[0046]
在优选的实施方式中，对所述阳极化表面电着色和/或化学染色。
[0047]
该阳极化的铝合金部件可以是需要美观精整的汽车领域的任何部件，例如轮辋。在优选实施方式中，由合金制成的部件是由通过铸造获得的铝合金制成的轮辋。
[0048]
下面描述清楚地示出本发明的特征和优点的说明性示例。然而，不能将其解释为对权利要求中限定的本发明目的的限制。
[0049]
实施例1：比较根据本发明方法处理的铝合金部件和根据现有技术方法处理的铝合金部件中存在的颜色缺陷。
[0050]
部件1：对来自a356组的铝合金部件的面积为0.3dm2的表面进行以下处理：
[0051]-用gardoclean5201进行碱性脱脂，浴温为60℃，处理持续时间为5分钟。
[0052]-用gardoclean5240酸洗，浴温为25℃，处理持续时间为2分钟。
[0053]-在2.2m硫酸中直流阳极化，浴温为20℃，恒定电压为13v，处理持续时间为30分钟。
[0054]-使用浓度为0.5g/l的sanodure2lw染料进行化学染色，ph值为 5.40，浴温为60℃，处理持续时间为13分钟。
[0055]
gardoclean5201是一种弱碱性，不含硅酸盐和硼酸盐的液体脱脂剂。 gardoclean5201主要配制用于脱脂钢和镀锌钢，但也适用于脱脂铝表面。
[0056]
gardoclean5240/2是适用于铝和镁材料的液体酸洗产品。它主要在用相应的洗涤步骤碱脱脂之后在转化处理之前使用。gardoclean5240/2具有脱脂性质，适用于去除油、油脂和冷却剂以及固体残留物，如刨花，磨损金属等。
[0057]
sanodure2lw是水溶性偶氮染料，一种阴离子铬络合物，用于通过吸附将阳极化铝染色。
[0058]
结果：在离眼睛80cm距离的处理区域中可见的颜色缺陷的数量：130缺陷/dm2。
[0059]
部件2：对由来自a356组的铝合金制成的部件的面积为0.3dm2的表面进行以下处理：
[0060]-用gardoclean5201进行碱性脱脂，浴温为60℃，处理持续时间为5分钟。
[0061]-用gardoclean5240酸洗，浴温为25℃，处理持续时间为2分钟。
[0062]-在2.2m硫酸中直流阳极化，浴温为20℃，恒定电压为13v，处理持续时间为30分钟。
[0063]-在ph值为11的氨中中和，浴温为室温，处理持续时间为3分钟。
[0064]-使用浓度为0.5g/l的sanodure2lw染料进行化学染色，ph值为 5.40，浴温为60℃，处理持续时间为13分钟。
[0065]
结果：在离眼睛80cm距离的处理区域中可见的颜色缺陷的数量：25个缺陷/dm2。
[0066]
部件3：对由来自a356组的铝合金制成的部件的面积为3dm2的表面进行以下处理：
[0067]-用gardoclean5201进行碱性脱脂，浴温为60℃，处理持续时间为5分钟。
[0068]-用gardoclean5240酸洗，浴温为25℃，处理持续时间为2分钟。
[0069]-在2.2m硫酸中进行脉冲电流阳极化，浴温为20℃，脉冲数为15，每个脉冲具有13v的电压和2分钟的持续时间，每个脉冲间隔一分钟。
[0070]-在ph值为11的氨中中和，浴温为室温，处理持续时间为3分钟。
[0071]-使用浓度为0.5g/l的sanodure2lw染料进行化学染色，ph值为 5.40，浴温为60℃，处理持续时间为13分钟。
[0072]
结果：在离眼睛80cm距离的处理区域中可见的颜色缺陷的数量：5缺陷/dm2。
[0073]
部件4：对由来自a356组的铝合金制成的部件的面积为0.3dm2的表面进行以下处理：
[0074]-用gardoclean5201进行碱性脱脂，浴温为60℃，处理持续时间为5分钟。
[0075]-用gardoclean5240酸洗，浴温为25℃，处理持续时间为2分钟。
[0076]-在2.2m硫酸中进行脉冲电流阳极化，浴温为25℃，脉冲数为15，每个脉冲具有13v的电压和2分钟的持续时间，每个脉冲间隔一分钟。
[0077]-在ph值为11的氨中中和，浴温为室温，处理持续时间为3分钟。
[0078]-使用浓度为0.5g/l的sanodure2lw染料进行化学染色，ph值为 5.40，浴温为60℃，处理持续时间为13分钟。
[0079]
结果：在离眼睛80cm距离的处理区域中可见的颜色缺陷的数量：0缺陷/dm2。
[0080]
部件5：对由来自a356族的铝合金制成的部件的面积为0.3dm2的表面进行以下处理：
[0081]-用gardoclean5201进行碱性脱脂，浴温为60℃，处理持续时间为5分钟。
[0082]-用gardoclean5240酸洗，浴温为25℃，处理持续时间为2分钟。
[0083]-在2.2m硫酸中进行脉冲电流阳极化，浴温为25℃，脉冲数为15，每个脉冲具有13v的电压和2分钟的持续时间，每个脉冲间隔一分钟。
[0084]-在ph值为11的氨中中和，浴温为室温，处理时间为3分钟。
[0085]-在硫酸锡的硫酸溶液中电着色，浴温为19℃，在10v的直流电下持续15秒，随后是在16v的交流电下持续15秒的步骤。
[0086]-用浓度为0.5g/l，ph值为5.40的sanodure2lw染料在60℃的温度下化学
染色2分钟。
[0087]
结果：在离眼睛80cm距离的处理区域中可见的颜色缺陷的数量：0缺陷/dm2。
[0088]
下表总结了每个部件中检测到的每dm2的颜色缺陷数量：
[0089]

技术特征：
1.阳极化铝合金轮辋，其包括氧化铝层（23），所述氧化铝层（23）在其表面上包括尺寸为25nm至500nm的孔（24），其中所述铝合金在其表面（22）上包括尺寸为1微米至500微米的孔（25），在所述表面（22）上包括氧化铝层（23），所述孔（24）具有的深度（27）使得它们布置在所述氧化铝层（23）的基底（29）上，所述基底（29）具有小于2μm的厚度，其中所述孔（24）的深度（27）和所述氧化铝层（23）的基底（29）的总和与所述层23的厚度一致。2.如权利要求1所述的阳极化铝合金轮辋，其中所述氧化铝层（23）的孔（24）之间的距离（28）为20nm至700nm。3.如权利要求1所述的阳极化铝合金轮辋，其中，所述氧化铝层（23）的厚度为5μm至100μm。4.如权利要求1所述的阳极化铝合金轮辋，其中，所述基底（29）具有小于1μm的厚度。5.如权利要求1所述的阳极化铝合金轮辋，其中所述氧化铝层（23）的表面经电着色和/或化学染色。

技术总结
本发明涉及阳极化铝合金轮辋，其包括氧化铝层(23)，所述氧化铝层(23)在其表面上包括尺寸为25nm至500nm的孔(24)，其中所述铝合金在其表面(22)上包括尺寸为1微米至500微米的孔(25)，在所述表面(22)上包括氧化铝层(23)，所述孔(24)具有的深度(27)使得它们布置在所述氧化铝层(23)的基底(29)上，所述基底(29)具有小于2μm的厚度，其中所述孔(24)的深度(27)和所述氧化铝层(23)的基底(29)的总和与所述层23的厚度一致。本发明是用于获得由铝合金，特别是具有高含量合金元素的铝合金制成的染色部件的有效且成本有效的替代方案，其具有不呈现任何颜色缺陷的美观光洁度。现任何颜色缺陷的美观光洁度。现任何颜色缺陷的美观光洁度。


技术研发人员：M
受保护的技术使用者：玛普萨公司
技术研发日：2018.10.10
技术公布日：2022/5/25