一种不锈钢的表面处理方法
【专利摘要】本发明公开了一种不锈钢的表面处理方法，对经过物理整平、除油去锈处理的不锈钢基材表面实施电镀铝膜后再进行铝阳极氧化处理形成氧化膜，所述铝阳极氧化处理的步骤包括碱性脱脂、化学抛光、碱性腐蚀、电解形成Al2O3膜、化学染色、封孔。本发明丰富了不锈钢的外观颜色，解决了不锈钢表面处理颜色单一的现状，使得不锈钢工件可以直接作为外观件，并且成本低；不锈钢经过表面处理后电阻率很大，几乎不导电，适用于某些要求不导电的电子元器件。
【专利说明】一种不锈钢的表面处理方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及金属表面处理领域，尤其涉及一种不锈钢的表面处理方法。
【背景技术】
[0002]目前，不锈钢一般表面处理技术包括喷砂/拉丝、PVD和电泳。
[0003]喷砂是采用压缩空气为动力，以形成高速喷射束将喷料(铜矿砂、石英砂、金刚砂、铁砂、海南砂)高速喷射到需要处理的工件表面，使工件表面的外表面的外表或形状发生变化，增加工件表面和涂层之间的附着力，延长涂膜的耐久性，也有利于涂料的流平和装饰。拉丝是以铝板为基材，在外力作用下使金属强行通过模具，金属横截面积被压缩，并获得所要求的横截面积形状和尺寸的技术加工方法。喷砂和拉丝工艺的缺点是表面效果单一，使用过程中容易划伤，并且不能实现某些电子零件表面不导电的要求。
[0004]PVD是英文Physical Vapor Deposition的缩写，是指在真空条件下,采用低电压、大电流的电弧放电技术，利 用气体放电使靶材蒸发并使被蒸发物质与气体都发生电离，利用电场的加速作用，使被蒸发物质及其反应产物沉积在工件上。它的作用是可以是使某些有特殊性能(强度高、耐磨性、散热性、耐腐性等)的微粒喷涂在性能较低的母体上，使得母体具有更好的性能，但是缺点是颜色单一，成本高。
[0005]电泳是电泳涂料在阴阳两极，施加于电压作用下，带电荷的涂料离子移动到阴极，并与阴极表面所产生的碱性物质作用形成不溶解物，沉积于工件表面。电泳漆膜具有涂层丰满、均匀、平整、光滑的优点，电泳漆膜的硬度、附着力、耐腐、冲击性能、渗透性能明显优于其它涂装方法。但是缺点是颜色单一，光泽度低。
[0006]因而需要开发一种新颖的不锈钢的表面处理方法，能具备色泽丰富、光泽度高、成本不高的优势，且能实现加工表面不导电的要求。
【发明内容】
[0007]为了克服上述所指的现有技术中的不足之处，本发明提供一种低成本的不锈钢的表面处理方法，以解决了不锈钢表面处理颜色单一的现状。
[0008]本发明是通过以下技术方案实现的:
一种不锈钢的表面处理方法，对经过物理整平、除油去锈处理的不锈钢基材表面实施电镀铝膜后，再进行铝阳极氧化处理形成氧化膜，所述铝阳极氧化处理的步骤包括，
步骤1，采用碱性脱脂液对铝膜表面进行除油脱脂，并用酸性抛光试剂进行化学抛光以除去铝膜表面的氧化层Al2O3;
步骤2，浸入NaOH溶液实施碱性腐蚀以调节铝膜表面亮哑度；
步骤3，将不锈钢基材置于低硫酸浓度电解液中进行电解，在铝膜表面形成一 Al2O3膜； 步骤4，浸入有机染料溶液中进行化学染色，有机染料分子进入Al2O3膜膜孔中；
步骤5，浸入水溶性封闭剂中进行封孔处理。
[0009]所述步骤I的碱性脱脂液为0.1-0.5mol/L的NaOH溶液，浸泡温度为40_80°C，浸泡时间0.25 -5min ；酸性抛光试剂中含H3PO4浓度为8.0-13.0mol/L, H2SO4浓度为
3.5-5.0mol/L，在常温下进行抛光0.25_5min。
[0010]所述步骤2的NaOH溶液浓度为1.0-2.0mol/L，在40_80°C下腐蚀0.25_5min。
[0011 ] 所述步骤3的低硫酸浓度电解液的H2SO4浓度为1.5-2.0mol/L,采用电流密度1.0-2.0A/dm2、工作电压12-20V的直流或者脉冲电流，电解时间30_60min，电解温度15-25。。。
[0012]所述步骤4的有机染料溶液的浓度为0.5_5.0g/L，PH值为5_7，在温度条件30-60°C下浸溃 5-15min。
[0013]所述步骤5的水溶性封闭剂为镍的硝酸盐或乙酸盐或硫酸盐水溶液，溶液浓度为5-50g/L，溶液温度为40-70°C，封闭时间5_20min。
[0014]所述铝膜电镀液中含AlCl3浓度为150-190g/L，HCl浓度控制为0.5-2.5mol/L，施加直流电压为3.0-6.0V,电流密度为l-15A/dm2。
[0015]与现有技术相比，本发明丰富了不锈钢的外观颜色，解决了不锈钢表面处理颜色单一的现状，使得不锈钢工件可以直接作为外观件，并且成本低；不锈钢经过表面处理后电阻率很大，几乎不导电，适用于某些要求不导电的电子元器件。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]附图1为应用本发明实施表面处理的不锈钢工件的结构示意图。
[0017]图中:1-不锈钢基材，2-铝膜，3-Α1203膜。
【具体实施方式】
[0018]为了便于本领域技术人员的理解，下面结合附图对本发明作进一步的描述。
[0019]一种不锈钢的表面处理方法，对经过物理整平、除油去锈处理的不锈钢基材I表面实施电镀铝膜2后，再进行铝阳极氧化处理形成Al2O3膜3，从而形成如附图1所示的不锈钢工件结构。
[0020]所述铝阳极氧化处理的步骤包括:
步骤I，采用碱性脱脂液对铝膜2表面进行除油脱脂，并用酸性抛光试剂进行化学抛光以除去铝膜2表面的氧化层Al2O3 ；
步骤2，浸入NaOH溶液实施碱性腐蚀以调节铝膜2表面亮哑度；
步骤3，将不锈钢基材置于低硫酸浓度电解液中进行电解，在铝膜表面形成一 Al2O3膜
I ;
步骤4，浸入有机染料溶液中进行化学染色，利用Al2O3膜3的多孔吸附作用使得有机染料分子进入Al2O3膜膜孔中；
步骤5，浸入水溶性封闭剂中进行封孔处理。
[0021 ] 所述铝膜的镀前处理包括物理整平、化学处理和电化学处理，物理整平处理，包含磨光、抛光等。化学处理是利用基体材料表面与溶液相接触时产生的各种化学反应，将基体材料表面的油污及锈蚀产物除去。电化学处理包括电化学除油和电化学侵蚀等过程。所述铝膜的镀前处理为常规现有技术，在此不进一步赘述。
[0022]所述铝膜2采用ALCL3溶液进行电镀，溶液为ALCL3、盐酸与无机熔盐组成的混合液，溶液中存在的大量三价铝离子在外电流的作用下，在阴极形成铝镀层。阳极的铝不断溶解来补充溶液中消耗的三价铝离子:AL3++3e —=AL，从而使铝附着在阴极的工件上。镀液中的ALCL3提供铝离子，其浓度控制在150-190g/L。ALCL3含量过低，将影响镀层光亮和致密度；含量过高则受溶解度的影响，在渡槽壁或极板上析出结晶，且镀液的均镀能力也会下降。溶液中HCl的含量可在较大的范围内变化，通常控制在0.5-2.5mol/L。所述无机熔盐为NaCl和KCl的一种或两种，用于增强电镀液的导电性能，与ALCL3的摩尔比例为0.25-0.5，电镀施加直流电压为3.0-6.0V,电流密度为l-15A/dm2。
[0023]所述步骤I中脱脂目的是除去基材表面残余油脂，脱脂液中的碱与基材表面的油脂反应生成水溶性肥皂与甘油。化学抛光目的是除去工件表面的氧化层AL2O3,以调节基材表面光亮度，主反应为:2AL+6H+=2AL3++3H2丨，AL203+6H+=2AL3++3H20。碱性脱脂液为0.1-0.5mol/L的NaOH溶液或Na3PO4溶液或Na2SiO3溶液或Na2CO3溶液，浸泡温度为40-80°C，浸泡时间0.25 -5min ;酸性抛光试剂中含H3PO4浓度为8.0-13.0moI/L，H2SO4浓度为3.5-5.0mol/L，在常温下进行抛光0.25_5min。本发明中所应用的硫酸、磷酸及盐酸均为工业级别。
[0024]所述步骤2的NaOH溶液浓度为1.0-2.0mol/L，在40_80°C下腐蚀0.25_5min，主要反应为:2Al+2Na0H+3H20=2NaA102+3H2丨，通过破坏工件表面平整性，造成光线散射，调节工件表面亮哑度。
[0025]所述步骤3的低硫酸浓度电解液的H2SO4浓度为1.5-2.0mol/L,采用电流密度1.0-2.0A/dm2、工作电压12-20V的直流或者脉冲电流，电解时间30_60min，电解温度15-25°C，使铝表面得到适合于染色的Al2O3膜3。所述Al2O3膜3的膜厚为300-400 μ m。
[0026]所述步骤4的有机染料溶液可采用偶氮型、蒽醌型、三芳甲烷型等酸性染料或者直接染料，包括靛蓝、海昌蓝等天然或人造的常用工业染料，其浓度为0.5-5.0g/L，PH值为5-7，在温度条件30-60°C下浸溃5-1`5min。
[0027]所述步骤5的水溶性封闭剂为镍的硝酸盐或乙酸盐或硫酸盐水溶液，溶液浓度为5-50g/L，溶液温度为40-70°C，封闭时间5_20min。
[0028]为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例对本发明作进一步的描述。
[0029]实施例1
不锈钢基材的镀前处理:常规的不锈钢金属表面预处理方法；
电镀铝膜:电镀液中含AlCl3浓度为150g/L，HCl浓度控制为0.5mol/L，施加直流电压为3.0V,电流密度为15A/dm2 ；
铝阳极氧化处理形成Al2O3膜。所述铝阳极氧化处理的步骤包括:
步骤1，采用碱性脱脂液对铝膜表面进行除油脱脂，并用酸性抛光试剂进行化学抛光以除去铝膜表面的氧化层Al2O3,所述碱性脱脂液为0.lmol/L的NaOH溶液，浸泡温度为40°C，浸泡时间5min ;酸性抛光试剂中含H3PO4浓度为8.0mol/L, H2SO4浓度为3.5mol/L，在常温下进行抛光5min。
[0030]步骤2，浸入NaOH溶液实施碱性腐蚀以调节铝膜表面亮哑度，所述步骤2的NaOH溶液浓度为1.0mol/L，在40°C下腐蚀5min ；
步骤3，将不锈钢基材置于低硫酸浓度电解液中进行电解，在铝膜表面形成一 Al2O3膜3，所述低硫酸浓度电解液的H2SO4浓度为1.5mol/L，采用电流密度1.0A/dm2、工作电压12V的直流或者脉冲电流，电解时间60min，电解温度15°C，形成一层Al2O3膜；
步骤4，浸入有机染料溶液中进行化学染色，利用Al2O3膜3的多孔吸附作用使得有机染料分子进入Al2O3膜膜孔中，所述有机染料溶液的浓度为0.5g/L，PH值为7，在温度条件30°C 下浸溃 15min ；
步骤5，浸入水溶性封闭剂中进行封孔处理，所述水溶性封闭剂为镍的硝酸盐水溶液，溶液浓度为5g/L，溶液温度为40°C，封闭时间20min。
[0031]实施例2
不锈钢基材的镀前处理:常规的不锈钢金属表面预处理方法；
电镀铝膜:电镀液中含AlCl3浓度为170g/L，HCl浓度控制为1.5mol/L，施加直流电压为4.0V,电流密度为7.0A/dm2 ；
铝阳极氧化处理形成Al2O3膜。所述铝阳极氧化处理的步骤包括:
步骤1，采用碱性脱脂液对铝膜表面进行除油脱脂，并用酸性抛光试剂进行化学抛光以除去铝膜表面的氧化层Al2O3,所述碱性脱脂液为0.3mol/L的NaOH溶液，浸泡温度为60°C，浸泡时间2min ;酸性抛光试剂中含H3PO4浓度为10.0moI/L7H2SO4浓度为4.0mol/L，在常温下进行抛光3min。
[0032]步骤2，浸入NaO H溶液实施碱性腐蚀以调节铝膜表面亮哑度，所述步骤2的NaOH溶液浓度为1.5mol/L，在50°C下腐蚀3min ；
步骤3，将不锈钢基材置于低硫酸浓度电解液中进行电解，在铝膜表面形成一 Al2O3膜3，所述低硫酸浓度电解液的H2SO4浓度为1.7mol/L，采用电流密度1.5A/dm2、工作电压16V的直流或者脉冲电流，电解时间40min，电解温度20°C ；
步骤4，浸入有机染料溶液中进行化学染色，利用Al2O3膜3的多孔吸附作用使得有机染料分子进入Al2O3膜膜孔中，所述有机染料溶液的浓度为2.5g/L，PH值为6，在温度条件40°C下浸溃 IOmin ；
步骤5，浸入水溶性封闭剂中进行封孔处理，所述水溶性封闭剂为镍的硝酸盐水溶液，溶液浓度为25g/L，溶液温度为50°C，封闭时间IOmin。
[0033]实施例3
不锈钢基材的镀前处理:常规的不锈钢金属表面预处理方法；
电镀铝膜:电镀液中含AlCl3浓度为190g/L，HCl浓度控制为2.5mol/L，施加直流电压为6.0V,电流密度为1.0A/dm2 ；
铝阳极氧化处理形成Al2O3膜。所述铝阳极氧化处理的步骤包括:
步骤1，采用碱性脱脂液对铝膜表面进行除油脱脂，并用酸性抛光试剂进行化学抛光以除去铝膜表面的氧化层Al2O3,所述碱性脱脂液为0.5mol/L的NaOH溶液，浸泡温度为80°C，浸泡时间0.25min ;酸性抛光试剂中含H3PO4浓度为13.0mol/L, H2SO4浓度为5.0mol/L，在常温下进行抛光0.25min。
[0034]步骤2，浸入NaOH溶液实施碱性腐蚀以调节铝膜表面亮哑度，所述步骤2的NaOH溶液浓度为2.0mol/L，在80°C下腐蚀0.25min ；
步骤3，将不锈钢基材置于低硫酸浓度电解液中进行电解，在铝膜表面形成一 Al2O3膜3，所述低硫酸浓度电解液的H2SO4浓度为2.0mol/L，采用电流密度2.0A/dm2、工作电压20V的直流或者脉冲电流，电解时间30min，电解温度25°C ；步骤4，浸入有机染料溶液中进行化学染色，利用Al2O3膜3的多孔吸附作用使得有机染料分子进入Al2O3膜膜孔中，所述有机染料溶液的浓度为5.0g/L，PH值为5，在温度条件60°C下浸溃5min ；
步骤5，浸入水溶性封闭剂中进行封孔处理，所述水溶性封闭剂为镍的硝酸盐水溶液，溶液浓度为50g/L，溶液温度为70°C，封闭时间5min。
[0035]上述实施例中提到的内容并非是对本发明的限定，在不脱离本发明构思的前提下，任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种不锈钢的表面处理方法，其特征在于:对经过物理整平、除油去锈处理的不锈钢基材表面实施电镀铝膜后，再进行铝阳极氧化处理形成氧化膜，所述铝阳极氧化处理的步骤包括， 步骤1，采用碱性脱脂液对铝膜表面进行除油脱脂，并用酸性抛光试剂进行化学抛光以除去铝膜表面的氧化层Al2O3; 步骤2，浸入NaOH溶液实施碱性腐蚀以调节铝膜表面亮哑度； 步骤3，将不锈钢基材置于低硫酸浓度电解液中进行电解，在铝膜表面形成一 Al2O3膜； 步骤4，浸入有机染料溶液中进行化学染色，有机染料分子进入Al2O3膜膜孔中； 步骤5，浸入水溶性封闭剂中进行封孔处理。
2.根据权利要求1所述的不锈钢的表面处理方法，其特征在于:所述铝膜电镀液中的AlCl3浓度为150-190g/L，HCl浓度控制为0.5-2.5mol/L，施加直流电压为3.0-6.0V,电流密度为 l_15A/dm2。
3.根据权利要求2所述的不锈钢的表面处理方法，其特征在于:所述步骤I的碱性脱脂液为0.1-0.5mol/L的NaOH溶液，浸泡温度为40_80°C，浸泡时间0.25_5min。
4.根据权利要求3所述的不锈钢的表面处理方法，其特征在于:所述步骤I的酸性抛光试剂中含H3PO4浓度为8.0-13.0moI/L, H2SO4浓度为3.5-5.0mol/L，在常温下进行抛光0.25_5min0
5.根据权利要求4所述的不锈钢的表面处理方法，其特征在于:所述步骤2的NaOH溶液浓度为 L 0-2.0mol/L，在 40-80°C下腐蚀 0.25_5min。
6.根据权利要求5所述的不锈钢的表面处理方法，其特征在于:所述步骤3的低硫酸浓度电解液的H2SO4浓度为1.5-2.0mol/L，采用电流密度1.0-2.0A/dm2、工作电压12-20V，在温度条件15-25 °C下电解30-60min。
7.根据权利要求6所述的不锈钢的表面处理方法，其特征在于:所述步骤4的有机染料溶液的浓度为0.5-5.0g/L, PH值为5-7，在温度条件30_60°C下浸溃5_15min。
8.根据权利要求7所述的不锈钢的表面处理方法，其特征在于:所述步骤5的水溶性封闭剂为镍的硝酸盐或乙酸盐或硫酸盐水溶液，溶液浓度为5-50g/L，溶液温度为40-70°C，封闭时间 5-20min。
【文档编号】C25D11/04GK103451662SQ201210178469
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2012年6月1日 优先权日:2012年6月1日
【发明者】曾元清 申请人:广东欧珀移动通信有限公司