專利名稱：鋁合金材料氟聚合物協(xié)合涂層處理工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鋁合金材料的涂層處理，特別是一種用于光電儀器的鋁合金零部件的含氟聚合物協(xié)合涂層處理工藝。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)代民用及軍事工業(yè)領(lǐng)域，為了適應(yīng)高強度、耐腐蝕和輕量化的要求，在裝備及通用機械的設(shè)計、制造中越來越多地采用了鋁合金材料，鋁合金材料在軍事裝備和民用產(chǎn)品的設(shè)計、制造中占有重要的地位，是最重要的輕量化材料；光電子產(chǎn)品中更是大量采用鋁合金，各種光學(xué)瞄準(zhǔn)系統(tǒng)、光學(xué)測距系統(tǒng)、電子信息儀器、電腦等的許多部件由硬鋁、超硬鋁、鍛鋁、防銹鋁等鋁合金材料制作；鋁合金材料或零部件的表面處理目前采用的方法主要有涂漆保護法如經(jīng)鉻酸鹽氧化或鈦鋯系非鉻處理的工件進行涂裝處理、普通陽極氧化染色和/或封閉處理、硬質(zhì)陽極氧化染色和/或封閉處理，這些方法對于普通零件或非耐磨零件基本可以滿足使用要求；然而，鋁合金的嚴重弱點是質(zhì)軟、摩擦系數(shù)高、磨損大、容易拉傷且難以潤滑，對于耐磨零件和耐蝕性要求高的零件則無法滿足要求，一是它們的硬度低、不耐磨；二是這些保護層不具有潤滑性能；三是耐蝕性能不足；四是著色件耐光照性差；不具有防塵、防潮功能；導(dǎo)致的結(jié)果是零件使用過程中易掉色、露白、漆層脫落、基體腐蝕，關(guān)鍵件操作靈活性差。必須研究可同時滿足高硬度、防潮防濕、阻粘防塵、耐腐蝕、耐光老化和具有減摩耐磨性能的特種功能性防護涂層技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決鋁合金材料的現(xiàn)有表面防護技術(shù)存在的不足，如質(zhì)軟、耐蝕性能差、摩擦系數(shù)高、磨損大、容易拉傷且難以潤滑，而提供的一種防護能力強、減摩及耐磨自潤滑性能好的鋁合金材料氟聚合物協(xié)合涂層處理工藝。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的一種鋁合金材料氟聚合物協(xié)合涂層處理工藝，其特征在于鋁合金材料首先進行硬質(zhì)陽極氧化以制備協(xié)合涂層的基底膜層；然后在制備的硬質(zhì)陽極氧化膜層或經(jīng)過擴孔處理的膜層中引入氟聚合物；最后通過真空熱處理方法使氟聚合物與硬質(zhì)陽極氧化膜層熔合為一體，形成協(xié)合涂層。
本發(fā)明以硬質(zhì)陽極氧化膜層作為協(xié)合涂層的基底膜層，與目前采用的涂漆保護法如經(jīng)鉻酸鹽氧化或鈦鋯系非鉻處理的工件進行涂裝處理、普通陽極氧化染色和/或封閉處理、硬質(zhì)陽極氧化染色和/或封閉處理相比1、硬質(zhì)陽極氧化膜層作為基底膜層，具有很高的硬度，比普通涂層或普通陽極氧化層硬度高許多，且它與基體結(jié)合力好，表面平整；2、陽極氧化層孔隙率大，適合于后續(xù)協(xié)合處理，即使不進行擴孔處理而制備的協(xié)合涂層也可滿足許多工件的使用要求；3、經(jīng)本工藝處理形成的協(xié)合涂層為均勻深灰色至黑色，不需要著色處理，并可控制制備為均勻純黑色涂層，特別適合于光電儀器零部件的處理，消光性能好，涂層不掉色、不露白、不脫落，且耐蝕性能明顯優(yōu)于普通防護工藝；4、經(jīng)本工藝處理的零部件具有干膜自潤滑性能和防塵阻粘性能，耐磨性和減摩性能好，零部件操作靈活、方便；5、現(xiàn)有工藝是在大氣狀態(tài)下進行精密熱處理過程的，工件易變形，氟聚合物易碳化分解，基底層微孔中的水份、空氣或雜質(zhì)不能徹底排除，對氟聚合物在微孔中的填充不利；而本工藝是在真空狀態(tài)下完成的，工件不易變形，氟聚合物碳化分解的可能性小得多，基底層微孔中的水份、空氣或雜質(zhì)被徹底排除，利于氟聚合物在微孔中的填充。
具體地說，本發(fā)明是這樣的1、鋁合金材料的硬質(zhì)陽極氧化鋁合金材料或零部件按眾所周知的方法先進行堿性脫脂和/或堿性蝕洗并經(jīng)硝酸酸洗出光處理，水清洗后，然后再進行硬質(zhì)陽極氧化處理。
在上述步驟中，鋁合金材料或零部件的硬質(zhì)陽極氧化采用混酸硬質(zhì)陽極氧化；鋁合金混酸硬質(zhì)陽極氧化溶液含有硫酸、乳酸、檸檬酸、氨基苯磺酸、鋁離子；硫酸的含量為1～10％、乳酸0.5～10％、檸檬酸0.5～10％、氨基苯磺酸的含量為0～5％、鋁離子的含量為0.1～0.5％；硬質(zhì)陽極氧化采用直流電流；工藝條件為溫度-7～5℃、電流密度1～5A/dm2、終電壓70～120V、空氣攪拌、氧化時間30～120min；硬質(zhì)陽極氧化膜的厚度控制在20～60μm。
上述鋁合金件的硬質(zhì)陽極氧化采用混酸硬質(zhì)陽極氧化溶液中硫酸的含量為硫酸的含量為3～8％、乳酸2～7％、檸檬酸3～8％、氨基苯磺酸的含量為0.3～3％、鋁離子的含量為0.3％為佳；工藝條件為溫度-5～2℃、電流密度2～3.5A/dm2、終電壓90～110V、空氣攪拌、氧化時間50～90min為佳；硬質(zhì)陽極氧化膜的厚度控制在20～50μm為佳。
2、鋁合金硬質(zhì)陽極氧化膜層的擴孔處理鋁合金硬質(zhì)陽極氧化膜具有多孔性，可直接進行協(xié)合涂層處理；也可對陽極氧化膜進行擴孔處理增加微孔孔徑和孔隙率，以增加功能性氟聚合物的滲入量，擴孔處理采用化學(xué)擴孔處理或電化學(xué)交流擴孔處理。
上述步驟中，化學(xué)擴孔采用硫酸擴孔溶液，擴孔溶液中硫酸含量范圍50～300g/l；化學(xué)擴孔工藝條件為溫度20～30℃，時間1～20min；電化學(xué)交流擴孔采用磷酸-草酸擴孔溶液，擴孔溶液中磷酸含量范圍50～200g/l、草酸含量范圍為10～50g/l；電化學(xué)交流擴孔工藝條件為溫度20～30℃、電壓5～30V、時間3～20min。
上述化學(xué)擴孔溶液中硫酸含量范圍100～200g/l為佳；化學(xué)擴孔工藝條件為溫度20～25℃，時間3～10min為佳；電化學(xué)交流擴孔溶液中磷酸含量范圍100～200g/l、草酸含量范圍20～30g/l為佳；電化學(xué)交流擴孔工藝條件為溫度20～25℃、電壓8～15V、時間5～10min為佳。
3、氟聚合物的引入在硬質(zhì)氧化膜微孔及其表面和/或經(jīng)過擴孔處理的硬質(zhì)氧化膜微孔及其表面引入潤滑劑或封閉劑也是制備協(xié)合涂層的關(guān)鍵步驟之一，氟聚合物微粒進入微孔越多越深，最終協(xié)合涂層的綜合性能就越好，可以使用多種方法在制備的鋁合金表面基底層中引入氟聚合物等潤滑劑。
而本發(fā)明所述的工藝，是根據(jù)材料或零部件加工方法的不同，表面狀況的差異和對協(xié)合涂層性能的側(cè)重面的不同，氟聚合物的引入方法或采用乳液熱浸法或/和噴涂法或/和二次電解法。
具體地說，熱浸法工藝如下浸滲液氟聚合物微粒濃度范圍為10～100g/l，也可添加有機氟表面活性劑等添加劑增加浸滲效果；浸滲工藝條件為溫度30～100℃，時間為5～60min，該法對形狀復(fù)雜的零件較為適用；噴涂法采用高霧化率噴槍在樣板或工件表面噴涂氟聚合物，噴涂厚度控制在20μm以內(nèi)，噴涂用氟聚合物乳液濃度范圍為50～400g/l，該法適用于易噴涂零件；二次電解法工藝如下采用陽極電解，陰極為鉛板，電解液氟聚合物微粒濃度范圍為1～30g/l，也可添加有機氟表面活性劑等添加劑增加浸滲效果，電解工藝條件為電流密度范圍為10～100mA/dm2，溫度范圍為20～60℃，時間范圍為1～30min，該法適合于表面光潔度高、外形較簡單的零部件，吸附均勻性好。
上述熱浸法工藝中浸滲液氟聚合物微粒濃度范圍為30～70g/l為佳，浸滲工藝條件為溫度40～80℃為佳，時間為10～40min為佳；噴涂法工藝中噴涂厚度控制在5～10μm，噴涂用氟聚合物乳液濃度范圍為100～300g/l為佳；二次電解法中電解液氟聚合物微粒濃度范圍為5～20g/l，電解工藝條件為電流密度范圍為20～80mA/dm2，溫度范圍為30～50℃，時間范圍為5～20min為佳。
上述氟聚合物可以采用聚四氟乙烯、四氟乙烯/六氟丙烯共聚物等氟聚合物的水乳液，如杜邦Teflon乳液、上海三愛富公司產(chǎn)FR301聚四氟乙烯乳液和FR463聚全氟乙丙烯乳液、上海有機化學(xué)研究所產(chǎn)P-202、F-203聚四氟乙烯分散液及FS-46氟塑料分散乳液等。
4、真空熱處理引入氟聚合物后，通過精密的熱處理，讓氟聚合物微粒同陽極氧化微孔完全融合為一體，實現(xiàn)二者之協(xié)合，才能形成性能卓越的涂層。
本發(fā)明所述的熱處理在真空狀態(tài)下進行，工藝條件為溫度范圍為300～450℃，處理時間范圍為20～120min，一般真空度控制在20～1×10-2Pa范圍。本發(fā)明所選擇的處理溫度與所用氟聚合物有關(guān)，不能造成氟聚合物微粒的碳化分解，但溫度也不能過低，否則，氟聚合物微粒流動性差，對形成協(xié)合涂層不利；本發(fā)明所選擇的真空度如果過低，協(xié)合作用不明顯，最終涂層性能不佳，真空度如果過高，氟聚合物微粒又難以填充膜孔，不能均勻地熔合于膜孔中，從而造成涂層的平滑度不夠；本發(fā)明所確定的處理時間必須保證氟聚合物與硬質(zhì)陽極氧化膜或經(jīng)過擴孔的硬質(zhì)陽極氧化膜基底層充分熔合，形成一體，以發(fā)揮協(xié)合作用。
按前段所陳述的原則，上述真空熱處理的工藝條件以溫度范圍300～450℃；處理時間范圍30～80min；一般真空度控制在5～5×10-2Pa為佳。
本發(fā)明所述的熱處理與現(xiàn)有技術(shù)不同的是，現(xiàn)有的協(xié)合涂層處理工藝是在大氣狀態(tài)下進行的，工件可能產(chǎn)生變形，氟聚合物易碳化斷鏈，而本發(fā)明是在真空狀態(tài)下進行，可以最大程度地控制工件的變形，氟聚合物不易碳化斷鏈，涂層性能優(yōu)異。
通過本發(fā)明形成的鋁合金氟聚合物協(xié)合涂層顯均勻純黑色，厚度20～60μm、顯微硬度400～650HV，5％中性鹽霧試驗1000～2000h腐蝕評級為7～8級，動摩擦系數(shù)小于0.15。
本發(fā)明的有益效果一是經(jīng)本工藝處理形成的協(xié)合涂層色澤均勻，并可控制制備為均勻純黑色，特別適合于光電儀器零部件的處理，消光性能好，涂層不掉色、不露白、不脫落；二是涂層為硬質(zhì)基底層與氟聚合物的緊密結(jié)合體，它變成了金屬基體的一個整體部份，涂層硬度高，達到400～650HV，耐磨性好；三是涂層中含有減摩物質(zhì)氟聚合物，動摩擦系數(shù)小于0.15，具有自潤滑性能，可大幅度增加其耐磨性能；四是涂層中的氟聚合物可大大提高其耐蝕能力，該涂層不但具有憎水、憎油性，還具有1000～2000小時的耐中性鹽霧試驗?zāi)芰Γ艿钟蠖鄶?shù)有害環(huán)境或腐蝕物質(zhì)的浸蝕；五是涂層為干膜自潤滑表面，具有干膜自潤滑功能；六是涂層可同時具有高硬度、高耐蝕和減摩自潤滑性能，用于各種鋁合金材料零部件的防護及自潤滑處理。
本發(fā)明工藝可應(yīng)用于許多鋁合金材料或零部件的防護處理，特別是需要高耐蝕、高耐磨、自潤滑的零部件或材料，也可取其某方面的突出性能，如利用該涂層的減摩和自潤滑性能，可使高速、高頻運動鋁質(zhì)零部件的使用壽命和動作的平穩(wěn)性得到明顯改善，作為海洋氣候環(huán)境中對鋁合金的高耐蝕防護等；由于涂層具有不粘防塵性能，加之本工藝可制備均勻純黑色涂層，且涂層耐光照性好，在光電儀器如瞄準(zhǔn)儀器、光學(xué)測距系統(tǒng)、電子信息產(chǎn)品、電腦等的鋁質(zhì)關(guān)鍵零部件的防護處理中具有極大的優(yōu)勢。
在本發(fā)明中，鋁合金材料包括硬鋁、超硬鋁、鍛鋁、防銹鋁合金或純鋁；上述光電儀器是指各種光學(xué)瞄準(zhǔn)系統(tǒng)、測距系統(tǒng)、電子信息儀器、電腦等；光電儀器鋁合金零件是指各種光學(xué)儀器用鋁合金材料制作的部件。
具體實施例方式
通過以下例證予以說明，但這些例證并不是本發(fā)明工藝的任何限定。
例1鋁合金材料為7A04T6試板，50mm×50mm×3mm，拋光至表面粗糙度Ra1.6～Ra0.8，備用；或需處理的光電儀器鋁合金零部件樣件。①樣件用堿性脫脂液于60～75℃脫脂處理5～10min；自來水漂洗30S，流水清洗15S；然后在40～50g/l的氫氧化鈉溶液中60～75℃蝕洗2～5min，去除鋁合金表面的氧化膜；自來水漂洗30S，流水清洗30S；②在20～30％的硝酸出光液中室溫酸洗處理2～10min，清除蝕洗產(chǎn)生的表面掛灰和殘留物；自來水漂洗30S，流水清洗15S；③硬質(zhì)陽極氧化處理按表1給定的硬質(zhì)陽極氧化槽液和工藝條件進行硬質(zhì)陽極氧化處理；膜層厚度控制在20～50μm，取出用自來水漂洗30S，流水清洗30S。
表1鋁合金硬質(zhì)陽極氧化工藝

為了達到更好的潤濕效果，本例中加入了潤濕劑非離子表面活性劑TX-10。
④熱浸氟聚合物和真空精密熱處理硬質(zhì)陽極氧化樣件在60g/l的聚四氟乙烯乳液溶液中于60～70℃熱浸20min，取出在空氣中晾干后，放入熱處理爐中，在1～0.1Pa的真空度下，于370～380℃處理40min，冷卻至150℃以下的溫度后關(guān)閉真空系統(tǒng)，取出樣件冷卻至室溫，用海軍泥料去除表面殘留物，即為協(xié)合涂層樣件。
制備的氟聚合物協(xié)合涂層外觀為均勻深灰色至黑色涂層，手感潤滑，表面憎水、憎油、防塵性能好；按GB6462的規(guī)定，用顯微金相法測試平均厚度為25μm；按GB9790的規(guī)定，用顯微金相法測試硬度為500HV；按ASTM B117的規(guī)定，1000小時5％中性鹽霧試驗后，按ASTM D1654評定，腐蝕評級為7級合格。
例2按例1給定的工藝制備硬質(zhì)陽極氧化樣件；按表2給定的擴孔液和工藝條件進行電化學(xué)交流擴孔處理；自來水漂洗30S，流水清洗15S；擴孔后用冷風(fēng)吹干備用。
表2本發(fā)明硬質(zhì)陽極氧化層電化學(xué)擴孔工藝

擴孔后表面顯均勻褐色至黑色、不起灰、不掉膜、基體無腐蝕，經(jīng)掃描電鏡微觀分析表面孔隙均勻、清晰、排列整齊。
熱浸氟聚合物和真空精密熱處理硬質(zhì)陽極氧化擴孔樣件在50g/l的聚四氟乙烯乳液溶液中于45～55℃熱浸30min，取出在空氣中晾干后，放入熱處理爐中，在5～1Pa的真空度下，于370～380℃處理50min，冷卻至150℃以下的溫度后關(guān)閉真空系統(tǒng)，取出樣件冷卻至室溫，用海軍泥料去除表面殘留物，即為協(xié)合涂層樣件。
制備的氟聚合物協(xié)合涂層外觀為均勻深灰色至黑色涂層，手感潤滑，表面憎水、憎油、防塵性能好；按GB6462的規(guī)定，用顯微金相法測試平均厚度為25μm；按GB9790的規(guī)定，用顯微金相法測試硬度為400HV；按ASTM B117的規(guī)定，1000小時5％中性鹽霧試驗后，按ASTM D1654評定，腐蝕評級為8級合格。
例3按例1給定的工藝制備硬質(zhì)陽極氧化樣件；在100g/l的硫酸擴孔液進行化學(xué)擴孔處理，工藝條件為溫度20～25℃、5min；自來水漂洗30S，流水清洗15S；擴孔后用冷風(fēng)吹干備用。
擴孔后表面顯均勻褐色至黑色、不起灰、不掉膜、基體無腐蝕，經(jīng)掃描電鏡微觀分析表面孔隙均勻、清晰、排列整齊。
熱浸氟聚合物和真空精密熱處理硬質(zhì)陽極氧化擴孔樣件在70g/l的聚四氟乙烯乳液溶液中于80～90℃熱浸15min，取出在空氣中晾干后，放入熱處理爐中，在0.5～0.05Pa的真空度下，于370～380℃處理60min，冷卻至150℃以下的溫度后關(guān)閉真空系統(tǒng)，取出樣件冷卻至室溫，用海軍泥料去除表面殘留物，即為協(xié)合涂層樣件。
制備的氟聚合物協(xié)合涂層外觀為均勻深灰色至黑色涂層，手感潤滑，表面憎水、憎油、防塵性能好；按GB6462的規(guī)定，用顯微金相法測試平均厚度為25μm；按GB9790的規(guī)定，用顯微金相法測試硬度為400HV；按ASTM B117的規(guī)定，1000小時5％中性鹽霧試驗后，按ASTM D1654評定，腐蝕評級為8級合格。
例4按表3給定的工藝制備的硬質(zhì)陽極氧化樣件。
表3鋁合金硬質(zhì)陽極氧化工藝

樣件在40g/l的聚四氟乙烯乳液溶液中于50～60℃熱浸10min，噴涂濃度為200g/l的聚全氟乙丙烯乳液，厚度控制在10～15μm，在空氣中晾干后，放入熱處理爐中，在5～1Pa的真空度下，于350～370℃處理30min，冷卻至150℃以下的溫度后關(guān)閉真空系統(tǒng)，取出樣件冷卻至室溫，用海軍泥料去除表面殘留物，即為氟聚合物協(xié)合涂層樣件。
制備的氟聚合物協(xié)合涂層外觀為均勻黑色涂層，手感潤滑，表面憎水、憎油、防塵性能好；按GB6462的規(guī)定，用顯微金相法測試平均厚度為30μm；按GB9790的規(guī)定，用顯微金相法測試硬度為400HV；按ASTM B117的規(guī)定，2000小時5％中性鹽霧試驗后，按ASTM D1654評定，腐蝕評級為7級合格。
例5按表3給定的工藝制備的硬質(zhì)陽極氧化樣件。隨后噴涂濃度為280g/l的聚四氟乙烯乳液，厚度控制在10～15μm，在空氣中晾干后，放入熱處理爐中，在1～0.1Pa的真空度下，于390～410℃處理30min，冷卻至150℃以下的溫度后關(guān)閉真空系統(tǒng)，取出樣件冷卻至室溫，用海軍泥料去除表面殘留物，即為氟聚合物協(xié)合涂層樣件。
制備的氟聚合物協(xié)合涂層外觀為均勻黑色涂層，手感潤滑，表面憎水、憎油、防塵性能好；按GB6462的規(guī)定，用顯微金相法測試平均厚度為30μm；按GB9790的規(guī)定，用顯微金相法測試硬度為550HV；按ASTM B117的規(guī)定，1000小時5％中性鹽霧試驗后，按ASTM D1654評定，腐蝕評級為7級合格。
例6防銹鋁LF5按表4給定的工藝制備的硬質(zhì)陽極氧化樣件。
表4鋁合金硬質(zhì)陽極氧化工藝

由于在適當(dāng)?shù)臏囟认逻M行熱處理，陽極氧化膜將產(chǎn)生相變，可增加膜層硬度。因此本例將陽極氧化樣件置于真空爐中于500℃、1～0.1Pa的真空度下處理30min，隨后噴涂濃度為300g/l的聚四氟乙烯乳液，厚度控制在10～15μm，在空氣中晾干后，放入熱處理爐中，在1～0.1Pa的真空度下，于390～410℃處理80min，冷卻至150℃以下的溫度后關(guān)閉真空系統(tǒng)，取出樣件冷卻至室溫，用海軍泥料去除表面殘留物，即為氟聚合物協(xié)合涂層樣件。
制備的氟聚合物協(xié)合涂層外觀為均勻黑色涂層，手感潤滑，表面憎水、憎油、防塵性能好；按GB6462的規(guī)定，用顯微金相法測試平均厚度為25μm；按GB9790的規(guī)定，用顯微金相法測試硬度為630HV；按ASTM B117的規(guī)定，1000小時5％中性鹽霧試驗后，按ASTM D1654評定，腐蝕評級為7級合格。
例7按表1給定的工藝制備的硬質(zhì)陽極氧化樣件，其中硬質(zhì)氧化時90min，其余工藝條件相同。隨后二次電解引入氟聚合物樣件為陽極，鉛板為陰極；電解液中聚四氟乙烯物微粒濃度為10g/l、FC-5全氟羧酸鹽氟表面活性劑0.2g/l；電解工藝條件為陽極電流密度40mA/dm2、電解液溫度30℃、時間5min；取出在空氣中晾干后，放入熱處理爐中，在1～0.1Pa的真空度下，于355～375℃處理70min，冷卻至150℃以下的溫度后關(guān)閉真空系統(tǒng)，取出樣件冷卻至室溫，用海軍泥料去除表面殘留物，即為氟聚合物協(xié)合涂層樣件。
制備的氟聚合物協(xié)合涂層外觀為均勻黑色涂層，手感潤滑，表面憎水、憎油、防塵性能好；按GB6462的規(guī)定，用顯微金相法測試平均厚度為30μm；按GB9790的規(guī)定，用顯微金相法測試硬度為500HV；按ASTM B117的規(guī)定，1500小時5％中性鹽霧試驗后，按ASTM D1654評定，腐蝕評級為7級合格。
例8按表4給定的工藝制備的硬質(zhì)陽極氧化樣件。隨后首先進行二次電解引入氟聚合物樣件為陽極，鉛板為陰極；電解液中聚四氟乙烯物微粒濃度為20g/l、FC-5全氟羧酸鹽氟表面活性劑0.3g/l；電解工藝條件為陽極電流密度60mA/dm2、電解液溫度40℃、時間10min；取出在空氣中晾干后，再噴涂濃度為100g/l的聚全氟乙丙烯乳液，厚度控制在8～10μm，晾干后，放入熱處理爐中，在1～0.1Pa的真空度下，于355～375℃處理80min，冷卻至150℃以下的溫度后關(guān)閉真空系統(tǒng)，取出樣件冷卻至室溫，用海軍泥料去除表面殘留物，即為氟聚合物協(xié)合涂層樣件。
制備的氟聚合物協(xié)合涂層外觀為灰黑色均勻涂層，手感潤滑，表面憎水、憎油、防塵性能好；按GB6462的規(guī)定，用顯微金相法測試平均厚度為30μm；按GB9790的規(guī)定，用顯微金相法測試硬度為400HV；按ASTM B117的規(guī)定，1500小時5％中性鹽霧試驗后，按ASTM D1654評定，腐蝕評級為8級合格。
例9鋁合金材料7A04T6圓棒，φ65，經(jīng)線切割為厚10mm的圓片，按GB12444.1規(guī)定的尺寸加工成圓環(huán)，拋光至環(huán)面粗糙度Ra0.4，備用。按表1給定的工藝制備硬質(zhì)陽極氧化樣件，其中硬質(zhì)氧化時90min，其余工藝條件相同。樣件在70g/l的聚四氟乙烯乳液溶液中于80～90℃熱浸30min，取出在空氣中晾干后，放入熱處理爐中，在5～1Pa的真空度下，于380～390℃處理40min，冷卻至150℃以下的溫度后關(guān)閉真空系統(tǒng)，取出樣件冷卻至室溫，用海軍泥料去除表面殘留物，即為氟聚合物協(xié)合涂層樣件。
制備的氟聚合物協(xié)合涂層外觀為黑色均勻涂層，手感潤滑，表面憎水、憎油、防塵性能好，按GB12444.1的規(guī)定測試動摩擦系數(shù)，摩擦系數(shù)值為0.10～0.15，表明涂層具有明顯的減摩性能。
例10光學(xué)儀器或電子信息儀器鋁合金零部件處理。如瞄準(zhǔn)儀器的鋁基目鏡筒、基座、物鏡筒、分劃板座、分劃板壓圈、導(dǎo)套，或測距儀器鋁質(zhì)部件、電子信息儀器鋁基殼體等；按例1給定的工藝進行協(xié)合涂層處理，其中硬質(zhì)陽極氧化時間為80～100min，其余工藝條件相同。
制備的氟聚合物協(xié)合涂層外觀為均勻純黑色涂層，手感潤滑，表面憎水、憎油、防塵性能好；經(jīng)抽檢，按GB6462的規(guī)定，用顯微金相法測試厚度為25～30μm；按GB9790的規(guī)定，用顯微金相法測試硬度為500～550HV；按ASTM B117的規(guī)定，1000小時5％中性鹽霧試驗后，按ASTM D1654評定，腐蝕評級為7級合格；潤滑性好，完全可滿足相應(yīng)產(chǎn)品的使用要求。
權(quán)利要求
1.一種鋁合金材料氟聚合物協(xié)合涂層處理工藝，其特征在于鋁合金材料首先進行硬質(zhì)陽極氧化，然后在硬質(zhì)陽極氧化膜層或經(jīng)過擴孔處理的膜層引入氟聚合物，最后通過真空熱處理方法使氟聚合物與硬質(zhì)陽極氧化層熔合為一體，形成協(xié)合涂層。
2.如權(quán)利要求1所述的鋁合金材料氟聚合物協(xié)合涂層處理工藝，其特征在于所述鋁合金材料的硬質(zhì)陽極氧化是指先進行堿性脫脂和/或堿性蝕洗并經(jīng)硝酸酸洗出光處理，水清洗后，然后再進行硬質(zhì)陽極氧化處理。
3.如權(quán)利要求1或2所述的鋁合金材料氟聚合物協(xié)合涂層處理工藝，其特征在于所述的硬質(zhì)陽極氧化采用混酸硬質(zhì)陽極氧化。
4.如權(quán)利要求3所述的鋁合金材料氟聚合物協(xié)合涂層處理工藝，其特征在于所述混酸硬質(zhì)陽極氧化的混酸溶液含有硫酸、乳酸、檸檬酸、氨基苯磺酸、鋁離子。
5.如權(quán)利要求4所述的鋁合金材料氟聚合物協(xié)合涂層處理工藝，其特征在于所述混酸溶液中硫酸的含量為1～10％、乳酸0.5～10％、檸檬酸0.5～10％、氨基苯磺酸的含量為0～5％、鋁離子的含量為0.1～0.5％。
6.如權(quán)利要求5所述的鋁合金材料氟聚合物協(xié)合涂層處理工藝，其特征在于所述混酸溶液中硫酸的含量為3～8％、乳酸2～7％、檸檬酸3～8％、氨基苯磺酸的含量為0.3～3％、鋁離子的含量為0.3％。
7.如權(quán)利要求1或2所述的鋁合金材料氟聚合物協(xié)合涂層處理工藝，其特征在于所述的硬質(zhì)陽極氧化采用直流電流；工藝條件為溫度-7～5℃、電流密度1～5A/dm2、終電壓70～120V、空氣攪拌、氧化時間30～120min。
8.如權(quán)利要求7所述的鋁合金材料氟聚合物協(xié)合涂層處理工藝，其特征在于硬質(zhì)陽極氧化的工藝條件為溫度-5～2℃、電流密度2～3.5A/dm2、終電壓90～110V、空氣攪拌、氧化時間50～90min。
9.如權(quán)利要求7所述的鋁合金材料氟聚合物協(xié)合涂層處理工藝，其特征在于硬質(zhì)陽極氧化膜的厚度控制在20～60μm。
10.如權(quán)利要求9所述的鋁合金材料氟聚合物協(xié)合涂層處理工藝，其特征在于硬質(zhì)陽極氧化膜的厚度控制在20～50μm。
11.如權(quán)利要求1所述的鋁合金材料氟聚合物協(xié)合涂層處理工藝，其特征在于所述硬質(zhì)陽極氧化膜的擴孔處理采用化學(xué)擴孔處理或電化學(xué)交流擴孔處理。
12.如權(quán)利要求11所述的鋁合金材料氟聚合物協(xié)合涂層處理工藝，其特征在于所述化學(xué)擴孔采用硫酸擴孔溶液，擴孔溶液中硫酸含量范圍50～300g/l；化學(xué)擴孔工藝條件為溫度20～30℃，時間1～20min；所述電化學(xué)交流擴孔采用磷酸-草酸擴孔溶液，擴孔溶液中磷酸含量范圍50～200g/l、草酸含量范圍為10～50g/l；電化學(xué)交流擴孔工藝條件為溫度20～30℃、電壓5～30V、時間3～20min。
13.如權(quán)利要求11或12所述的鋁合金材料氟聚合物協(xié)合涂層處理工藝，其特征在于所述化學(xué)擴孔采用硫酸擴孔溶液中硫酸含量范圍100～200g/l；化學(xué)擴孔工藝條件為溫度20～25℃，時間3～10min；電化學(xué)交流擴孔采用磷酸-草酸擴孔溶液中的磷酸含量范圍100～200g/l、草酸含量范圍20～30g/l；電化學(xué)交流擴孔工藝條件為溫度20～25℃、電壓8～15V、時間5～10min。
14.如權(quán)利要求1所述的鋁合金材料氟聚合物協(xié)合涂層處理工藝，其特征在于所述氟聚合物的引入或采用熱浸法或/和噴涂法或/和二次電解法；所述氟聚合物或采用聚四氟乙烯或四氟乙烯/六氟丙烯共聚物氟聚合物的水乳液或類似氟聚合物的水分散乳液。
15.如權(quán)利要求14所述的鋁合金材料氟聚合物協(xié)合涂層處理工藝，其特征在于所述熱浸法工藝是指浸滲液氟聚合物微粒濃度范圍為10～100g/l或還添加有機氟表面活性劑，浸滲溫度30～100℃，時間為5～60min；所述噴涂法采用高霧化率噴槍在樣板或工件表面噴涂氟聚合物，噴涂厚度控制在3～20μm以內(nèi)，噴涂用氟聚合物乳液濃度范圍為50～400g/l；所述二次電解法是指采用陽極電解，陰極為鉛板，電解液氟聚合物微粒濃度范圍為1～30g/l，或還可添加有機氟表面活性劑，電解的電流密度范圍為10～100mA/dm2，溫度范圍為20～60℃，時間范圍為1～30min。
16.如權(quán)利要求15所述的鋁合金材料氟聚合物協(xié)合涂層處理工藝，其特征在于所述熱浸法工藝中浸滲液氟聚合物微粒濃度范圍為30～70g/l，浸滲溫度40～80℃，時間為10～40min；所述噴涂法工藝中噴涂厚度控制在5～10μm，噴涂用氟聚合物乳液濃度范圍為100～300g/l；所述二次電解法中電解液氟聚合物微粒濃度范圍為5～20g/l，電解的電流密度范圍為20～80mA/dm2，溫度范圍為30～50℃，時間范圍為5～20min。
17.如權(quán)利要求1所述的鋁合金材料氟聚合物協(xié)合涂層處理工藝，其特征在于所述的熱處理在真空狀態(tài)下進行，工藝條件為溫度范圍為300～450℃，處理時間范圍為20～120min，真空度控制在20～1×10-2Pa范圍。
18.如權(quán)利要求17所述的鋁合金材料氟聚合物協(xié)合涂層處理工藝，其特征在于所述真空熱處理的工藝溫度范圍300～450℃，處理時間范圍30～80min；真空度控制在5～5×10-2Pa。
19.如權(quán)利要求1所述的鋁合金材料氟聚合物協(xié)合涂層處理工藝，其特征在于所述鋁合金材料為硬鋁、超硬鋁、鍛鋁、防銹鋁合金或純鋁。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于鋁合金材料氟聚合物協(xié)合涂層處理工藝。鋁合金材料或零部件首先進行硬質(zhì)陽極氧化，并在陽極氧化層微孔及表面引入氟聚合物，也可先對硬質(zhì)陽極氧化層進行擴孔處理，擴孔后再在陽極氧化層微孔及表面引入氟聚合物，最后通過真空精密熱處理方法使氟聚合物與陽極氧化膜熔合為一體，形成協(xié)合涂層。采用本發(fā)明所述工藝制備的協(xié)合涂層特別適合于光電儀器零部件的處理，消光性能好，涂層不掉色、不露白、不脫落；其次涂層硬度高，耐磨性好；三者涂層中含有減摩物質(zhì)氟聚合物，動摩擦系數(shù)小，具有自潤滑性能，可大幅度增加其耐磨性能和提高耐蝕能力，四者該涂層具有憎水憎油性，具有耐中性鹽霧試驗?zāi)芰?，能抵御大多?shù)有害環(huán)境或腐蝕物質(zhì)的浸蝕；五是涂層為干膜自潤滑表面，具有干膜自潤滑功能和防塵阻粘性能。
文檔編號C25D11/10GK1687488SQ20051002055
公開日2005年10月26日 申請日期2005年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月18日
發(fā)明者鄒洪慶, 吳厚昌, 呂基成, 方敏 申請人:中國兵器工業(yè)第五九研究所