秒级快速封孔工艺技术
阅读：3发布：2022-01-27
专利汇可以提供秒级快速封孔工艺技术专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且发明 名称 “秒级快速封孔工艺技术”，采用了简洁的一元酸性封孔溶液的配方制式。这项发明使传统的 铝 氧 化膜老封孔工艺所需要的历时从1～30分钟，下降到新工艺仅需要的6～8秒钟。由于缩短了封孔的工艺历时，能减少生产线中80％的封孔段工艺长度，也同时减少了80％工艺需要加热的能耗，使新工艺比老工艺处理后 工件 氧化膜的封孔率，从大多数老工艺仅能达到的50～60％上升到新工艺的90％以上；封孔氧化膜的 耐磨性 也提高了100～150％；耐 碱 腐蚀 性提高了30％。本发明的另外一个优势是封孔后氧化膜的亲 水 性和抗上脏能 力 也有了大幅度的提高。，下面是秒级快速封孔工艺技术专利的具体信息内容。
技术领域
本发明是铝表面处理技术中，对工件阳极氧化膜中的微孔隙进行仅需 要数秒钟工艺历时级别的快速封孔工艺技术。
背景技术
近几十年来，在铝表面处理领域中，阳极氧化膜封孔技术的发展相对缓 慢。目前在涉铝行业的铝工件氧化膜封孔作业中的绝大份额，还徘徊于上个 世纪中后期所诞生的一些工艺模式中。广大的铝加工单位仍在沿续看老的 “分钟级别”的封孔工艺方法在操作，这些老工艺历时是：
在100℃的蒸气或热水中封孔，平均需要30分钟的工艺历时。
在90℃～100℃的硅酸钠一元碱性封孔溶液中封孔，平均需要26～28 分钟的工艺历时。
在90℃的由醋酸镍和醋酸钴组成的二元弱酸性封孔液中封孔时，平均 需要20分钟的工艺历时。
在35℃由氟化镍和醋酸钴组成的二元酸性封孔液中封孔时，平均需要 8～10分钟的工艺历时。
在94℃由铬酸盐并且添加了碳酸钠为促进剂的二元碱性封孔液中封 孔时，平均需要2～4分钟的工艺历时[以上数据摘“铝及合金的化学与电解 处理”书中259～274页(英)S·维而利克和R·皮聂尔合著，国防工业出版 社1965年5月第1版第1次印刷]。
当前，伴随着印刷业崛起的PS版、CTP版生产行业，在对产品的铝板基 工艺界面上，由阳极氧化工艺所生成的氧化膜进行封孔作业中，当封孔液的 温度为70℃～85℃时，平均需要1～3分钟的封孔反应历时[数据摘自“PS 版技术及应用”一书109～111页，印刷工业出版社1994年6月第1版、1994 年12月第2次印刷]。
在100℃的蒸气或热水中封孔，平均需要30分钟的工艺历时。
在90℃～100℃的硅酸钠一元碱性封孔溶液中封孔，平均需要26～28 分钟的工艺历时。
在90℃的由醋酸镍和醋酸钴组成的二元弱酸性封孔液中封孔时，平均 需要20分钟的工艺历时。
在35℃由氟化镍和醋酸钴组成的二元酸性封孔液中封孔时，平均需要 8～10分钟的工艺历时。
在94℃由铬酸盐并且添加了碳酸钠为促进剂的二元碱性封孔液中封 孔时，平均需要2～4分钟的工艺历时[以上数据摘“铝及合金的化学与电解 处理”书中259～274页(英)S·维而利克和R·皮聂尔合著，国防工业出版 社1965年5月第1版第1次印刷]。
当前，伴随着印刷业崛起的PS版、CTP版生产行业，在对产品的铝板基 工艺界面上，由阳极氧化工艺所生成的氧化膜进行封孔作业中，当封孔液的 温度为70℃～85℃时，平均需要1～3分钟的封孔反应历时[数据摘自“PS 版技术及应用”一书109～111页，印刷工业出版社1994年6月第1版、1994 年12月第2次印刷]。
发明内容
本发明是在上面陈述的背景技术映衬中，一个仅仅需要数秒钟的工艺 历时，就能够圆满地完成封孔作业的“铝阳极氧化膜的秒级快速封孔工艺技 术”终于诞生了。
发明删繁求简地采用了简单的一元酸性封孔溶液，在对药液进行适度 地加热状况中，对铝工件表面在阳极氧化工艺中所生成的氧化膜，进行了仅 在6～8秒钟的工艺历时中就可以出色地完成氧化膜的快速封孔作业。
经过了本项发明所提供的秒级快速封孔工艺处理后的氧化膜孔隙封闭 率，从老工艺的40～70％上升到85～90％或更高。由于新工艺的独特优势， 经过本工艺封孔后氧化膜的耐碱腐蚀能力提高了30％，耐磨能力提高了 150％。在此同时，封孔后氧化膜的亲水性和抗上脏能力，都比封孔老工艺的 封后氧化膜同类特性分别有了大幅度的提高。这些工艺效果上的优势，已经 表明了这项工艺历时仅为数秒钟的封孔工艺特别适宜与PS版、CTP版生产 相配套的高速生产线作业。
附图说明
附图是“秒级快速封孔工艺技术”示意图
下面以PS版生产中薄板铝卷材的秒级快速封孔作业模式为代表，详细 阐述本项发明的具体实施方式。
1.进出料挤水辊2个。
2.外包复丁晴橡胶的碳钢上导向辊2个。
3.已经完成了阳极氧化任务并且已经进入了封孔环节中的薄板铝卷材工 件。
4.封孔液喷淋管2根。
5.外包复丁晴橡胶的碳钢下导向辊2个。
6.封孔工艺箱的箱体。由PP-R聚丙烯工程塑料板或不锈钢板焊制。若采 用不锈钢和箱体时，外壁须作保温处理溢流管。
7.封孔液溢流管。
8.工艺箱喷淋管供液泵，采用H＝4～5m、Q＝3～4m3/n衬氟耐蚀泵。
9.具有加热功能的封孔储箱。用PP-R聚丙烯工程塑料板或不锈钢板焊制。 若用不锈钢板制作储箱时，箱体外壁应作保温处理。
10.2KW/220V电加热管矩阵组合群，由三相四线制交流电源供电。
发明删繁求简地采用了简单的一元酸性封孔溶液，在对药液进行适度 地加热状况中，对铝工件表面在阳极氧化工艺中所生成的氧化膜，进行了仅 在6～8秒钟的工艺历时中就可以出色地完成氧化膜的快速封孔作业。
经过了本项发明所提供的秒级快速封孔工艺处理后的氧化膜孔隙封闭 率，从老工艺的40～70％上升到85～90％或更高。由于新工艺的独特优势， 经过本工艺封孔后氧化膜的耐碱腐蚀能力提高了30％，耐磨能力提高了 150％。在此同时，封孔后氧化膜的亲水性和抗上脏能力，都比封孔老工艺的 封后氧化膜同类特性分别有了大幅度的提高。这些工艺效果上的优势，已经 表明了这项工艺历时仅为数秒钟的封孔工艺特别适宜与PS版、CTP版生产 相配套的高速生产线作业。
附图说明
附图是“秒级快速封孔工艺技术”示意图
下面以PS版生产中薄板铝卷材的秒级快速封孔作业模式为代表，详细 阐述本项发明的具体实施方式。
1.进出料挤水辊2个。
2.外包复丁晴橡胶的碳钢上导向辊2个。
3.已经完成了阳极氧化任务并且已经进入了封孔环节中的薄板铝卷材工 件。
4.封孔液喷淋管2根。
5.外包复丁晴橡胶的碳钢下导向辊2个。
6.封孔工艺箱的箱体。由PP-R聚丙烯工程塑料板或不锈钢板焊制。若采 用不锈钢和箱体时，外壁须作保温处理溢流管。
7.封孔液溢流管。
8.工艺箱喷淋管供液泵，采用H＝4～5m、Q＝3～4m3/n衬氟耐蚀泵。
9.具有加热功能的封孔储箱。用PP-R聚丙烯工程塑料板或不锈钢板焊制。 若用不锈钢板制作储箱时，箱体外壁应作保温处理。
10.2KW/220V电加热管矩阵组合群，由三相四线制交流电源供电。
具体实施方式
一、秒级快速封孔工艺配方
1.配方
秒级快速封孔工艺的配方分为基础封孔配方和补充配方两个部分。
A.基础封孔液配方：
氟锆酸钾K2ZrF6 2g/l
氟锆酸钾难溶于冷水，所以配液用水的水温应该≥85℃，为了保证药液 清澈，避免水内碳酸盐的干扰，建议采用去离子水配液。基础封孔液配制完 成后，自然形成的pH值为5.5，不须再行调整就可投入使用。
B.封孔补充液配方：
氟锆酸钾K2ZrF6 20g/l
用温度≥85℃的去离子水配液。配液后，药液自然形成的PH值大约等 于5.2。
2.配方原理
A.配液后，氟锆酸根离子又与由水本身微弱电离出的氢离子H+结合，暂时 生成少量的氟锆酸H2ZrF6；钾离子也与水微弱电离出的氢氧根离子OH-结合 成氢氧化钾KOH，并且形成了一定的动平衡态势。
K2ZxF6+2H2O＝H2ZrF6+2KOH
B.新生的氢氧化钾KOH与由工件从前工艺环节沾带来的残余硫酸H2SO4 中和反应后，生成了硫酸钾K2SO4和水H2O。
2KOH+H2SO4＝K2SO4+2H2O
C.中和反应发生后，失去了氢氧化钾动平衡制约的氟锆酸H2ZrF6的活性 加。在适宜的工艺温度催化下，工件表面的氧化铝Al2O3膜层与氟锆酸立即 发生了重新组合反应，生成了氟锆酸铝Al2(ZrF6)3和水H2O。
Al2O3+3H2ZxF6＝Al2(ZrF6)3+3H2O
将上面三个反应归纳为下化学反应式：
当工艺温度≥75℃时，上述反应会进行得十分迅速，大约只需6～7秒 钟的时间就可以完成工艺所设计的封孔任务。反应完成后，次生的氟锆酸 铝Al(ZrF6)3膜层比原来氧化膜A12O3在质量上增加了4～5倍，膜的体积也 增加了3～4倍。由于次生膜层的体积膨胀使原来氧化膜中的孔隙发生了 胀塞，从而出色地完成了工件表面氧化膜孔隙的封闭任务。
二、秒级快速封孔工艺的实施
1.设备与工艺
秒级快速前封孔工艺段须设置封孔工艺池、贮液加热箱、补液箱和配 液箱四个环节的箱池(补液箱和配液箱可简化为一个箱体)。为了尽量减少 基础封孔药液被前工序残液污染，封孔工艺池前的工件水洗工艺后，应该设 置挤水棍。为了减少基础封孔液的流失，封孔工艺池的尾部也应设置工件出 池挤水辊。
秒级快速前封孔工艺是属于加热型作业方式。设定的最高工艺温度不 小于75℃，设计的最短的工艺时间仅为6秒钟。为了保证达标的工艺温度， 贮液箱的加热功率不小于35KW。冬季运行时贮液箱内对溶液的加热温度不 低于84℃，夏季运行时，因环境温度较高，贮液箱的溶液加热温度可酌情降 低。封孔作业的工艺温度和工艺历时，具有反向搭配的规律。降低工艺温度， 可相应增加封孔作业的时间。
秒级快速前封孔工艺温度和历时(以孔隙封闭率≥90％为准)
工艺温度 (℃) 75 70 65 60 55 50 工艺时间 (秒) 6 8 13 22 36 58
注：因工件吸收和液体输送降温，冬季贮箱液温应比工艺温度高8～9 ℃；夏季贮箱液温比设定的工艺温度高3～4℃。
为了保持基础封孔液的药力恒定，每前封孔1m2工件，须向基础封孔液 中添加补充液15ml。生产线封孔补充液添加量如下表格所列：
注：机列速度为m/min、补液为me/min、工件宽度为mm。
2.工艺实施过程中应该注意的事项
A.为了保证封孔药液的清沏和药力不被水中杂质所浪费，建议用准纯净水 或硬度小的自然水配液。
B.因封孔工艺采用的药品难溶于冷水，所以，配液用水的温度应该≥85℃。 配液完成后，基础封孔药液自然成的pH值等于5.5；补充封孔药液自然形成 的pH值等于5.2(精密pH值试纸显示值)。
C.封孔工艺过程中需要借助一定数量的硫酸，去消耗封孔药品水解后生成 的氢氧化钾，借此诱发剩余氟锆酸封孔反应能力的形成。但是，当进入基础 封孔液中的硫酸太多时，导致溶液的pH值下降速度太快。当基础封孔液的 pH值≤5时，过低的溶液pH值又会抑制封孔反应的进行。所以，必须把握好 封孔工艺的水洗程度。封孔工艺前应设置2～3道水洗环节，水洗后应采取 加装挤水辊的措施，调控封前工序的残液带入量。
D.基础封孔药液的运行pH值应该控制在5.2～5.5范围内。当药液的pH值 小于5.2时，应该用35～40％的氢氧化钾或氢氧化钠溶液进行调整。
E.当工件氧化膜厚度在1～1.2um(膜重约2.5～3g/m2)时，每1m2工件完 全封孔反应时，理论消耗氟锆酸钾0.25～0.3g。因工艺的封孔反应只占层 厚的60～80％左右，所以氟锆钾的实际消耗大致可以减半。
F.本封孔的工艺温度和工艺历时偏差量，应该控制在5～10％的范围。
1.配方
秒级快速封孔工艺的配方分为基础封孔配方和补充配方两个部分。
A.基础封孔液配方：
氟锆酸钾K2ZrF6 2g/l
氟锆酸钾难溶于冷水，所以配液用水的水温应该≥85℃，为了保证药液 清澈，避免水内碳酸盐的干扰，建议采用去离子水配液。基础封孔液配制完 成后，自然形成的pH值为5.5，不须再行调整就可投入使用。
B.封孔补充液配方：
氟锆酸钾K2ZrF6 20g/l
用温度≥85℃的去离子水配液。配液后，药液自然形成的PH值大约等 于5.2。
2.配方原理
A.配液后，氟锆酸根离子又与由水本身微弱电离出的氢离子H+结合，暂时 生成少量的氟锆酸H2ZrF6；钾离子也与水微弱电离出的氢氧根离子OH-结合 成氢氧化钾KOH，并且形成了一定的动平衡态势。
K2ZxF6+2H2O＝H2ZrF6+2KOH
B.新生的氢氧化钾KOH与由工件从前工艺环节沾带来的残余硫酸H2SO4 中和反应后，生成了硫酸钾K2SO4和水H2O。
2KOH+H2SO4＝K2SO4+2H2O
C.中和反应发生后，失去了氢氧化钾动平衡制约的氟锆酸H2ZrF6的活性 加。在适宜的工艺温度催化下，工件表面的氧化铝Al2O3膜层与氟锆酸立即 发生了重新组合反应，生成了氟锆酸铝Al2(ZrF6)3和水H2O。
Al2O3+3H2ZxF6＝Al2(ZrF6)3+3H2O
将上面三个反应归纳为下化学反应式：
当工艺温度≥75℃时，上述反应会进行得十分迅速，大约只需6～7秒 钟的时间就可以完成工艺所设计的封孔任务。反应完成后，次生的氟锆酸 铝Al(ZrF6)3膜层比原来氧化膜A12O3在质量上增加了4～5倍，膜的体积也 增加了3～4倍。由于次生膜层的体积膨胀使原来氧化膜中的孔隙发生了 胀塞，从而出色地完成了工件表面氧化膜孔隙的封闭任务。
二、秒级快速封孔工艺的实施
1.设备与工艺
秒级快速前封孔工艺段须设置封孔工艺池、贮液加热箱、补液箱和配 液箱四个环节的箱池(补液箱和配液箱可简化为一个箱体)。为了尽量减少 基础封孔药液被前工序残液污染，封孔工艺池前的工件水洗工艺后，应该设 置挤水棍。为了减少基础封孔液的流失，封孔工艺池的尾部也应设置工件出 池挤水辊。
秒级快速前封孔工艺是属于加热型作业方式。设定的最高工艺温度不 小于75℃，设计的最短的工艺时间仅为6秒钟。为了保证达标的工艺温度， 贮液箱的加热功率不小于35KW。冬季运行时贮液箱内对溶液的加热温度不 低于84℃，夏季运行时，因环境温度较高，贮液箱的溶液加热温度可酌情降 低。封孔作业的工艺温度和工艺历时，具有反向搭配的规律。降低工艺温度， 可相应增加封孔作业的时间。
秒级快速前封孔工艺温度和历时(以孔隙封闭率≥90％为准)
工艺温度 (℃) 75 70 65 60 55 50 工艺时间 (秒) 6 8 13 22 36 58
注：因工件吸收和液体输送降温，冬季贮箱液温应比工艺温度高8～9 ℃；夏季贮箱液温比设定的工艺温度高3～4℃。
为了保持基础封孔液的药力恒定，每前封孔1m2工件，须向基础封孔液 中添加补充液15ml。生产线封孔补充液添加量如下表格所列：
注：机列速度为m/min、补液为me/min、工件宽度为mm。
2.工艺实施过程中应该注意的事项
A.为了保证封孔药液的清沏和药力不被水中杂质所浪费，建议用准纯净水 或硬度小的自然水配液。
B.因封孔工艺采用的药品难溶于冷水，所以，配液用水的温度应该≥85℃。 配液完成后，基础封孔药液自然成的pH值等于5.5；补充封孔药液自然形成 的pH值等于5.2(精密pH值试纸显示值)。
C.封孔工艺过程中需要借助一定数量的硫酸，去消耗封孔药品水解后生成 的氢氧化钾，借此诱发剩余氟锆酸封孔反应能力的形成。但是，当进入基础 封孔液中的硫酸太多时，导致溶液的pH值下降速度太快。当基础封孔液的 pH值≤5时，过低的溶液pH值又会抑制封孔反应的进行。所以，必须把握好 封孔工艺的水洗程度。封孔工艺前应设置2～3道水洗环节，水洗后应采取 加装挤水辊的措施，调控封前工序的残液带入量。
D.基础封孔药液的运行pH值应该控制在5.2～5.5范围内。当药液的pH值 小于5.2时，应该用35～40％的氢氧化钾或氢氧化钠溶液进行调整。
E.当工件氧化膜厚度在1～1.2um(膜重约2.5～3g/m2)时，每1m2工件完 全封孔反应时，理论消耗氟锆酸钾0.25～0.3g。因工艺的封孔反应只占层 厚的60～80％左右，所以氟锆钾的实际消耗大致可以减半。
F.本封孔的工艺温度和工艺历时偏差量，应该控制在5～10％的范围。
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