專利名稱：鋁或鋁合金的表面處理方法及為此使用的處理液的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鋁或鋁合金的表面處理方法。更具體地，涉及一種鋁或鋁合金的表面處理方法，其中通過化學(xué)反應(yīng)而不從外部供應(yīng)能量(例如，電)而形成膜。
傳統(tǒng)使用的氧化鋁膜處理是通過在酸性浴中對鋁陽極氧化而在鋁表面形成氧化鋁硬膜的方法。但是，該方法存在高成本的缺點，因為它需要供電設(shè)備并且膜形成速率慢。
目前，已開發(fā)了一種通過將含有氟硅酸鎂和氟硅酸銨的水溶液加熱到70-100℃的溫度，并將鋁浸入該水溶液中而在鋁表面形成膜的技術(shù)(參見日本專利臨時公報11-193478/99’)。該技術(shù)使得簡化設(shè)備、降低處理成本以及在鋁表面形成滑動性優(yōu)良的膜成為可能。
但是，前述技術(shù)的傾向是在建浴后最初處理的鋁表面上形成的膜厚度小，因此隨鋁的處理面積增大，膜厚變大。這引起鋁產(chǎn)品間的膜厚度偏差大的問題。
本發(fā)明涉及一種鋁或鋁合金表面處理方法，該方法包括將鋁或鋁合金浸入含有氟硅酸銨[(NH4)2SiF6]和其它不含鋁的氟化合物的處理液中，以在上面形成膜，其中處理液包括一種進(jìn)一步含有選自下列物質(zhì)的至少一種的水溶液氟化鋁(AlF3)、氫氧化鋁[Al(OH)3]、硅酸鋁[Al2(SiO3)3]、偏硅酸鋁酸鎂[Mg(OAlSiO3)2](magnesium aluminatemetasilicate)和鋁粉。
由此，通過向處理液中加入一種與建浴后立即進(jìn)行的表面處理中發(fā)生的鋁溶解具有相同效果的含鋁物質(zhì)可以抑制酸一側(cè)pH的大的變化。因此，建浴后立即發(fā)生的膜變薄現(xiàn)象可以避免，從而可以在鋁表面上形成厚度均勻的膜。
作為前述的“其它不含鋁的氟化合物”，優(yōu)選使用氟硅酸鎂(MgSiF6·6H2O)、氟硅酸鋅(ZnSiF6·6H2O)、氟硅酸鉀(K2SiF6)、氟硅酸鈉(Na2SiF6)或氟硅酸錳(MnSiF6·6H2O)。
另外，優(yōu)選前述的處理液包括一種進(jìn)一步含有氯化鉀(KCl)、鄰苯二甲酸氫鉀[C6H4(COOK)(COOH)]或磷酸二氫鉀(KH2PO4)的溶液。
這樣，當(dāng)在處理液中加入上述對氫離子濃度發(fā)揮緩沖作用的化學(xué)試劑時，可以減少pH的變化范圍，因此鋁表面上形成的膜厚度可以更均勻。
關(guān)于前述處理液的配制，對于每100重量份水，優(yōu)選氟硅酸銨的添加量為0.01-10重量份，其它不含鋁的氟化合物的添加量是0.1-20重量份，氟化鋁的量為0.02-0.5重量份，氫氧化鋁的量為0.02-0.5重量份，硅酸鋁的量為0.04-1重量份，偏硅酸鋁酸鎂的量為0.04-1重量份，鋁粉的量為0.007-0.2重量份。
另外，對于每100重量份水，也優(yōu)選氯化鉀的添加量為0.01-5重量份，鄰苯二甲酸氫鉀的量為0.05-10重量份，磷酸二氫鉀的量為0.03-10重量份。
此外，本發(fā)明涉及一種鋁或鋁合金表面處理中使用的處理液，包括一種含有氟硅酸銨、其它不含鋁的氟化合物及選自下列物質(zhì)的至少一種的水溶液氟化鋁、氫氧化鋁、硅酸鋁、偏硅酸鋁酸鎂和鋁粉。
優(yōu)選前述“其它不含鋁的氟化合物”為氟硅酸鎂、氟硅酸鋅、氟硅酸鉀、氟硅酸鈉或氟硅酸錳。也優(yōu)選本發(fā)明的處理液包括一種進(jìn)一步含有氯化鉀、鄰苯二甲酸氫鉀或磷酸二氫鉀的水溶液。
因此，本發(fā)明可以提供一種鋁或鋁合金表面處理方法以及為此使用的處理液，該方法可以避免建浴之后立即進(jìn)行的鋁表面處理中發(fā)生的膜變薄的現(xiàn)象，從而使鋁產(chǎn)品間的成形膜厚度均勻。另外，由于本發(fā)明的表面處理方法不需要供電設(shè)備，因此可以簡化設(shè)備，因此從成本的角度考慮很有優(yōu)勢。此外，在鋁表面上膜的形成速率高，因此實現(xiàn)了高生產(chǎn)率。再者，所得的表面涂覆的鋁等具有優(yōu)良的滑動性、耐蝕性等性能。
圖5是表示本發(fā)明的表面處理方法的一個實施方案中處理液的pH與氟化鋁量或鋁濃度的關(guān)系的圖；圖6是表示本發(fā)明的表面處理方法的一個實施方案中pH變化范圍與氯化鉀量的關(guān)系的圖；圖7是表示本發(fā)明的表面處理方法的一個實施方案中pH變化范圍與鄰苯二甲酸氫鉀量的關(guān)系的圖；圖8是表示本發(fā)明的表面處理方法的一個實施方案中pH變化范圍與磷酸二氫鉀量的關(guān)系的圖。
關(guān)于氟硅酸銨和前述的其它不含鋁的氟化合物的配比，對于每100重量份水，優(yōu)選氟硅酸銨的用量為0.05-15重量份，更優(yōu)選0.1-10重量份；對于每100重量份水，優(yōu)選氟化合物的用量為0.1-20重量份，更優(yōu)選0.2-15重量份。如果氟硅酸銨的用量低于0.05重量份，或如果氟化合物的用量低于0.1重量份，反應(yīng)將不合需要地減速，從而延長處理時間。另一方面，如果氟硅酸銨的用量高于15重量份，或如果氟化合物的用量高于20重量份，也是不理想的，因為它們難以溶解。
另外，除前述的氟硅酸銨等外，本發(fā)明使用的處理液還含有與建浴后立即發(fā)生的鋁溶解具有相同效果的含鋁物質(zhì)或鋁粉。含鋁物質(zhì)的實例包括氟化鋁(AlF3)、氫氧化鋁[Al(OH)3]、硅酸鋁[Al2(SiO3)3]和偏硅酸鋁酸鎂[Mg(OAlSiO3)2]。在這些含鋁物質(zhì)中，優(yōu)選氟化鋁等。不希望使用釋放上述物質(zhì)所具有的離子以外的離子的化合物，因為成形膜的特性可能與所希望的不同。盡管這些含鋁的物質(zhì)和鋁粉在約為2的pH下不溶解，但由于添加了上述的氟化合物，它們能夠容易地溶于本發(fā)明的處理液。
關(guān)于含鋁物質(zhì)與鋁粉的配比，對于每100重量份水，優(yōu)選氟化鋁的用量為0.02-0.5重量份，更優(yōu)選0.04-0.2重量份；對于每100重量份水，優(yōu)選氫氧化鋁的用量為0.02-0.5重量份，更優(yōu)選0.04-0.2重量份；對于每100重量份水，優(yōu)選硅酸鋁的用量為0.04-1重量份，更優(yōu)選0.06-0.4重量份；對于每100重量份水，優(yōu)選偏硅酸鋁酸鎂的用量為0.04-1重量份，更優(yōu)選0.06-0.4重量份；對于每100重量份水，優(yōu)選鋁粉的用量為0.007-0.2重量份，更優(yōu)選0.009-0.05重量份。
如果氟化鋁或氫氧化鋁的添加量不低于0.02重量份，硅酸鋁或偏硅酸鋁酸鎂的添加量不低于0.04重量份，或鋁粉的添加量不低于0.007重量份，剛建浴后處理液的pH可被調(diào)節(jié)至2.5或更低，從而可避免處理剛剛開始后鋁表面上形成的膜變薄的現(xiàn)象。另一方面，如果氟化鋁或氫氧化鋁的用量高于0.5重量份，硅酸鋁或偏硅酸鋁酸鎂的用量高于1重量份，或鋁粉的用量高于0.2重量份，也是不理想的，因為難以溶解它們。
另外，除前述的含鋁物質(zhì)等外，本發(fā)明使用的處理液還可選擇性地含有對氫離子濃度發(fā)揮緩沖作用的化學(xué)試劑。用在本發(fā)明的處理液中的化學(xué)試劑的具體例子包括氯化鉀(KCl)、鄰苯二甲酸氫鉀[C6H4(COOK)(COOH)]和磷酸二氫鉀(KH2PO4)。在這些鉀化合物中，優(yōu)選氯化鉀。添加這樣的鉀化合物使引起膜厚度變化的處理液的pH變化的最小化成為可能。
關(guān)于鉀化合物的配比，對于每100重量份水，優(yōu)選氯化鉀的用量為0.01-5重量份，更優(yōu)選0.02-1重量份；對于每100重量份水，優(yōu)選鄰苯二甲酸氫鉀的用量為0.05-10重量份，更優(yōu)選0.08-5重量份；對于每100重量份水，優(yōu)選磷酸二氫鉀的用量為0.03-10重量份，更優(yōu)選0.05-5重量份。當(dāng)前述的鉀化合物的配比在這些范圍中時，pH變化可減至約1或更低，從而可以將鋁表面上形成的膜的厚度變化抑制到更低水平。
受到本發(fā)明的表面處理的材料是鋁或鋁合金。其實例包括純鋁、扁平鋁材、鑄鋁和模鑄鋁材，本發(fā)明可應(yīng)用于這些材料的任意一種。表面處理在改善耐磨性、耐蝕性等性能方面有效。作為對被處理材料的預(yù)處理，足以除去粘附在其上的污染物(例如，油)。但是，可以在材料進(jìn)行了氫氧化鈉等的堿蝕和/或酸洗后進(jìn)行表面處理。
為進(jìn)行本發(fā)明的表面處理，把將被處理的鋁或鋁合金浸入前述處理液(即，熱的水溶液)中。浸漬鋁或鋁合金的處理液的溫度通常在70-100℃范圍內(nèi)，優(yōu)選75-99℃，更優(yōu)選80-98℃。如果處理液的溫度低于70℃，反應(yīng)將不合需要地減速，從而延長處理時間。另一方面，如果處理液的溫度高于100℃，處理液的蒸發(fā)增加至不合需要的程度。至于處理時間，將材料浸漬約2分鐘就足夠了，因為成膜反應(yīng)在約1分鐘左右內(nèi)結(jié)束。但是，由于所得的膜具有保護(hù)效果，故即使形成了膜的材料的浸漬時間超過30分鐘也不會出問題。
按照該表面處理方法，通過預(yù)先在處理液中加入將溶解在處理液中并在浸漬鋁時在處理液中積累的Al離子，剛建浴后處理液的pH可以減至2.5或更低。因此，剛建浴后由于鋁溶解引起的酸一側(cè)的pH的大的變化被抑制，從而可以避免鋁表面形成的膜的變薄現(xiàn)象，因此可以使鋁產(chǎn)品之間膜厚度一致。
如圖3和圖4所示，比較例1顯示，剛剛建浴后處理液的pH高達(dá)約3.5，形成的膜的厚度小至約2μm。隨處理面積的增加，處理液的pH從約3.5大幅度地降至約1.0，膜厚從約2μm大幅增加至約8μm。即，試片間的膜厚差別很大。另一方面，如
圖1和2所示，實施例1顯示，處理液的pH恒定地保持在1.5-2.0范圍內(nèi)，膜厚很均勻，在4-6μm范圍內(nèi)。從這些結(jié)果可以確認(rèn)，由鋁溶解引起的pH變化是膜厚變化的原因。
配制實施例1的處理液時，氟化鋁的添加量從0到0.5重量份變化，測定了所得的處理液的pH。處理液的pH與氟化鋁的添加量(重量份)或處理液中的鋁濃度(mol/l)的關(guān)系如圖5所示。如圖5所示，可以看出，為將剛剛建浴后處理液的pH減至2.5或更低，氟化鋁的添加量應(yīng)不低于0.02重量份(對應(yīng)于鋁濃度不低于0.0024mol/l)。
如圖6所示，pH變化范圍大于參照浴的2。但是，通過添加規(guī)定量的氯化鉀可以將pH變化范圍減至1或更低。另外，通過添加規(guī)定量的鄰苯二甲酸氫鉀或磷酸二氫鉀也可以將pH變化范圍減至1或更低。
在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，本發(fā)明的另外一些變化和修改對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員是顯而易見的。因此，上述的實施方案僅是示例性的，所有這樣的變化和修改都應(yīng)包括在附后的權(quán)利要求書限定的發(fā)明范圍內(nèi)。
2002年4月19日提交的包括說明書、權(quán)利要求書、附圖和摘要的日本專利申請2002-11 6891整體通過引用并入本文。
權(quán)利要求
1.一種鋁或鋁合金的表面處理方法，包括將鋁或鋁合金浸入含有氟硅酸銨和其它不含鋁的氟化合物的處理液中，以在上面形成膜，其中所述的處理液包括進(jìn)一步含有選自下列物質(zhì)的至少一種的水溶液氟化鋁、氫氧化鋁、硅酸鋁、偏硅酸鋁酸鎂和鋁粉。
2.如權(quán)利要求1所述的鋁或鋁合金的表面處理方法，其中所述的其它不含鋁的氟化合物為氟硅酸鎂、氟硅酸鋅、氟硅酸鉀、氟硅酸鈉或氟硅酸錳。
3.如權(quán)利要求1或2所述的鋁或鋁合金的表面處理方法，其中所述的處理液包括進(jìn)一步含有氯化鉀、鄰苯二甲酸氫鉀或磷酸二氫鉀的水溶液。
4.如權(quán)利要求1-3的任一項所述的鋁或鋁合金的表面處理方法，其中對于每100重量份水，氟硅酸銨的用量為0.01-10重量份，其它不含鋁的氟化合物的用量為0.1-20重量份，氟化鋁的用量為0.02-0.5重量份，氫氧化鋁的用量為0.02-0.5重量份，硅酸鋁的用量為0.04-1重量份，偏硅酸鋁酸鎂的用量為0.04-1重量份，鋁粉的用量為0.007-0.2重量份。
5.如權(quán)利要求1-4的任一項所述的鋁或鋁合金的表面處理方法，其中對于每100重量份水，氯化鉀的用量為0.01-5重量份，鄰苯二甲酸氫鉀的用量為0.05-10重量份，磷酸二氫鉀的用量為0.03-10重量份。
6.一種用于鋁或鋁合金的表面處理的處理液，包括含有氟硅酸銨、其它不含鋁的氟化合物，以及選自下列物質(zhì)的至少一種的水溶液氟化鋁、氫氧化鋁、硅酸鋁、偏硅酸鋁酸鎂和鋁粉。
7.如權(quán)利要求6所述的用于鋁或鋁合金的表面處理的處理液，其中所述的其它不含鋁的氟化合物是氟硅酸鎂、氟硅酸鋅、氟硅酸鉀、氟硅酸鈉或氟硅酸錳。
8.如權(quán)利要求6或7所述的用于鋁或鋁合金的表面處理的處理液，其包括進(jìn)一步含有氯化鉀、鄰苯二甲酸氫鉀或磷酸二氫鉀的水溶液。
全文摘要
一種鋁或鋁合金的表面處理方法，包括將鋁或鋁合金浸入含有氟硅酸銨和其它不含鋁的氟化合物的處理液中，以在上面形成膜，其中處理液包括一種進(jìn)一步含有選自下列物質(zhì)的至少一種的水溶液氟化鋁、氫氧化鋁、硅酸鋁、偏硅酸鋁酸鎂和鋁粉。
文檔編號C23C22/36GK1451784SQ0311066
公開日2003年10月29日 申請日期2003年4月18日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月19日
發(fā)明者三保家誠 申請人:鈴木株式會社