密封陽極鍍層制造技術

本發明專利技術公開了具有密封陽極氧化物鍍層的金屬和金屬合金，所述密封陽極氧化物鍍層具有至少部分的結晶度。相應地公開了相關的制品。密封陽極鍍層顯示耐蒸汽、耐過熱蒸汽、耐堿和耐酸性。可以通過以下方式制備這種晶態密封陽極氧化物鍍層：用金屬前體種類浸漬金屬或金屬基材的孔、將金屬前體種類轉化成金屬氫氧化物、熱處理以弄干水分并促進金屬氫氧化物產物相變成金屬氧化物固體、并且與金屬或金屬合金基材的孔結構中的亞穩金屬氧化物物質鍵合和水熱密封以產生密封陽極鍍層。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及金屬上的鍍層和其相關方法，尤其涉及在金屬和金屬合金上顯示抗蒸汽(包括過熱蒸汽)和抗堿及酸降解的鍍層，如陽極化鍍層。
技術介紹
例如，鋁和鋁合金的陽極鍍層一般地由類型和類別劃分。I型鍍層源自鉻酸電解質并且IB型鍍層源自鉻酸電解質中的低電壓處理。IC型鍍層一般由非鉻酸陽極氧化處理產生。II型鍍層可以在硫酸電解質中產生。III型鍍層，也稱作硬質陽極鍍層，也在硫酸電解質中產生。1類鍍層是無染色鍍層并且2類鍍層是染色的鍍層。II型和III型一般表征為因隔室形成的性質而具有明顯孔隙度，并且鍍層可以是非密封的或可以是密封的。金屬表面上陽極鍍層的密封可以基于密封溶液的組成、基于運行溫度或基于工藝的機理來分類。所有陽極氧化物鍍層，無論其類型是什么，均以沒有X射線衍射襯度為特征，即，它們是非晶態的并且不顯示結晶度，無論它們是否密封。傳統的密封工藝可以視為包括熱(沸騰)去離子水密封、蒸汽密封、重鉻酸鈉或重鉻酸鉀密封、硅酸鈉密封、乙酸鎳密封、氟化鎳密封，和新密封工藝，如乙酸鈷密封、三價鉻硫酸鹽或乙酸鹽密封、乙酸鹽鈰密封、乙酸鋯密封、基于三乙醇胺的密封、基于鋰鹽或鎂鹽密封、高錳酸鉀密封、基于聚合物的密封和基于氧化腐蝕抑制劑的密封如包括鉬酸鹽、釩酸鹽、鎢酸鹽和過硼酸鹽試劑(agent)的那些。基于溫度的密封工藝可以包括采用蒸汽、熱水和重鉻酸鹽的高溫密封(高于95°C)；基于三乙醇胺的技術和基于氧化腐蝕抑制劑的技術，采用硅酸鹽和二價或三價金屬乙酸鹽的中溫密封(80°C-95°C)；采用金屬乙酸鹽的低溫密封(70°C-80°C)和采用氟化鎳的室溫密封(25°C-35°C)。密封工藝也可以通過以下來分類，如通過一般包括將水合氧化鋁轉化成水合勃姆石(氧化鋁氫氧化物，AlO(OH))的水熱密封分類；物理或化學浸漬和陽極層的孔與重鉻酸鹽、硅酸鹽、氟化鎳和聚合物復合物反應；包括電泳遷移和在孔中沉積陰離子種類的電化學密封；和包括熱運動和擴散促進腐蝕抑制劑吸附至孔中的腐蝕抑制密封。已經顯示這些反應均不在陽極氧化物鍍層中產生結晶度。I、IB、IC、II、IIB和III型鍍層的密封可以通過浸沒在pH5-6和溫度90°C-100°C的重鉻酸鹽水溶液中15分鐘、通過浸沒在沸騰的去離子水中或通過浸沒在乙酸鈷溶液或乙酸鎳溶液中進行。密封也可以浸沒在pH5.5-5.8的水質熱乙酸鎳或乙酸鈷密封性介質中或通過浸沒在沸騰的去離子水中進行。采用乙酸鎳和重鉻酸鈉的熱水溶液的雙重密封也可以在I、IB、IC、II、IIB和III型鍍層上進行。根據MIL-A-8625，用于磨耗(abrasion)或耐受(resistance)用途的III型鍍層一般不密封。否則，III型鍍層可以通過在沸騰的去離子水中、在熱重鉻酸鈉水溶液中或在熱乙酸鎳或乙酸鈷水溶液中浸沒和其他密封機制密封。可以在密封工藝中遭遇發黑現象，一般在水熱密封方法期間。發黑現象可以因鍍層表面轉化成勃姆石所致。發黑現象一般與高運行溫度和pH、長浸沒時間、含有過多溶解的固形物的老化密封溶液和添加物的組分分解和防發黑劑和/或表面活性劑短缺相關。防發黑劑可以抑制勃姆石在鍍層表面上形成，而沒有不利地影響孔內的密封工藝。常見的防發黑劑包括，例如，羥基羧酸、木質素磺酸鹽、環狀脂族或芳族多元羧酸、萘磺酸、聚丙烯酸、膦酸酯、磺化苯酚、膦酰基羧酸、聚膦基羧酸、膦酸和三嗪衍生物。如圖1中所示，一些非鐵金屬如鋁和鋁合金104上的陽極鍍層102可以具有帶隔室的多孔結構和和屏障氧化物層108，所述隔室包括孔106和金屬氧化物壁。這種多孔結構可以易受侵入性環境和水吸附影響，這可以導致陽極化層的降解。常規的水熱密封工藝一般通過浸沒或暴露于溫度高于80°C的熱水或蒸汽來進行，其中認為所述熱水或蒸汽與陽極鍍層中的氧化物(Al2O3)反應以根據以下反應形成勃姆石樣反應產物晶體(AlO(OH))：AL2O3(陽極鍍層)+H2O→2AlO(OH)?????(1)因為勃姆石(3.44g/cm3)具有每單位質量大于氧化鋁(3.97g/cm3)的體積，并且因為2摩爾勃姆石可以從1摩爾氧化鋁中形成，所以這些孔最終至少部分地反應，尺寸發生變化并且一般因水熱密封期間修飾的陽極鍍層的隔室壁的所致膨脹阻塞和封閉。沒有形成實際的晶體或結晶度；鍍層保持非晶態。可水解鹽和有機物質可以用來改善密封性能和效率、節約能量并且使陽極鍍層表面上污跡的形成最小化。例如，從乙酸鎳的鎳離子可以根據以下反應經氫氧化鎳(Ni(OH)2)的共沉淀使氧化鋁催化地水合成勃姆石：Ni2++2OH--→Ni(OH)2↓?????(2)在重鉻酸鹽密封中，氧聯二鉻酸鋁(aluminum?oxydichromate)(AlOHCrO4)或氧聯鉻酸鋁(aluminum?oxychromate)(AlO)2CrO4)一般根據以下反應在孔中形成：Al2O3+2HCrO4-+H2O→2AlOHCrO4-↓+2OH-(pH<6.0)?????(3)Al2O3+HCrO4-→(AlO)2CrO4-+OH-(pH>6.0)?????(4)在硅酸鹽密封中，硅酸鹽離子與氧化鋁反應以根據以下反應在陽極鍍層的孔中形成硅酸鋁(Al2OSiO4)：Al2O3+SiO32-+H2O→Al2OSiO4-↓+2OH-?????(5)陽極鍍層的孔在重鉻酸鹽密封或硅酸鹽密封中并不完全反應。因此，如果酸溶解試驗或染料染色試驗用來評價密封質量，則可以預計差的結果。然而，重鉻酸鹽密封或硅酸鹽密封可以增強鋁上陽極鍍層的耐蝕性，這可以歸因于吸附的鉻酸鹽或硅酸鹽抑制鋁腐蝕的作用。冷密封工藝一般包括氟化鎳密封技術。因為冷密封工藝一般在室溫進行，所以反應(1)通常不在陽極鍍層的孔中發生。借助氫氧化鎳和氟化鋁的共沉淀的催化作用，氧化鋁在低于70°C的溫度轉化成氫氧化鋁而非勃姆石，如以下反應中表述：Ni2++2OH-→Ni(OH)2-?????(2)Al2O3+6F-+3H2O→2A1F3-+6OH-?????(6)Al2O3+3H2O→2A1(OH)3↓??????(7)與重鉻酸鹽和硅酸鹽密封一樣，可以將冷氟化鎳密封視為并不徹底填充和封閉多個孔的浸漬過程，盡管當Al2O3(3.97g/cm3)根據反應(7)轉化成Al(OH)3(2.42g/cm3)，體積增加大約150%。認識到氫氧化鋁在水溶液中比勃姆石化學地上更不穩定和更為可溶。形成的Al(O本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2010.05.19 US 12/783,130;2010.11.16 US 12/947,1971.一種密封陽極化金屬，其包含：
包含第一金屬的金屬基材；
與金屬基材的至少一部分連續的陽極區，所述陽極區具有包含非晶
態第一金屬氧化物的多個隔室，所述多個隔室的每一個具有在其至少部
分中帶孔填料的孔，所述孔填料包含晶態過渡金屬氧化物、晶態貴金屬
氧化物、半金屬氧化物、堿土金屬氧化物和堿金屬氧化物的至少一種；
和
與所述陽極區的至少一部分毗鄰的密封區，所述密封區包含晶態第
一金屬氧化物、晶態貴金屬氧化物、晶態堿金屬氧化物、晶態第一金屬
氫氧化物、晶態貴金屬氫氧化物和晶態堿金屬氫氧化物的至少一種。
2.根據權利要求1所述的密封陽極化金屬，其中所述貴金屬是銀、
釕、鈀、銥、鉑、金及其合金之一。
3.根據權利要求1所述的密封陽極化金屬，其中所述第一金屬是鋁
或其合金。
4.根據權利要求3所述的密封陽極化金屬，其中所述孔填料包含晶
態氧化鎳、氧化錫、氧化鈷、氧化鎂、氧化硅和氧化鈉之一。
5.根據權利要求3所述的密封陽極化金屬，其中所述陽極區包含氧
化鋁柱狀隔室和晶態氫氧化鎳的孔填料，并且其中所述密封區包含晶態
氫氧化鋁。
6.根據權利要求1所述的密封陽極化金屬，其中所述密封區包含氫
氧化鋁，所述氫氧化鋁具有隨所述密封區的深度增加的結晶度水平。
7.根據權利要求1所述的密封陽極化金屬，其進一步包含位于所述
陽極區和所述密封區之間的交界區域，所述交界區域包含晶態過渡金屬

\t氫氧化物、晶態堿金屬氫氧...

【專利技術屬性】
技術研發人員：蒂莫西·P·卡伯特，約翰·J·泰特拉爾特，成東進，
申請(專利權)人：桑福藝公司，
類型：
國別省市：