鋁合金表面處理原理

1、.鋁合金表面處理原理第一章概 述一、 鋁及鋁合金表面處理的目的：（主要指陽極氧化）1、防腐蝕天然氧化膜薄，陽極氧化膜厚 10m漆膜耐磨、耐蝕、耐光、耐候2、防護(hù)裝飾形成微孔人工氧化膜后，可染成各種顏色和圖案。3、功能作用絕緣性 100m微孔滲漬硫化鉬潤滑劑摩擦系數(shù)電沉積磁性金屬磁性錄音盤、記憶元件等等。二、 鋁及其合金表面處理的分類機(jī)械法、化學(xué)法、電化學(xué)法、陽極化膜后處理（見后面附錄）三、 鋁型材表面處理產(chǎn)品種類目前市場上常見的有：1）陽極氧化（銀白、砂白料）2）陽極氧化+ 電解著色（淺古銅、古銅、黑色等）3）電泳涂漆4）靜電噴漆、氟碳噴漆5）靜電粉末噴涂.四、鋁及鋁合金表面處理工藝流程1、建

2、筑鋁型材陽極氧化處理和噴涂工藝流程：電泳固化成膜脫脂堿蝕中和出光陽極氧化（DC 法）電解著色（ AC 法）封孔脫脂酸洗化學(xué)轉(zhuǎn)化靜電噴涂固化成膜2、通用工業(yè)用鋁合金部件（機(jī)械部件、電器部件等）陽極氧化處理工藝流程：草酸法脫脂酸洗中和出光陽極氧化硫酸法（染色）封孔硬質(zhì)陽極氧化法3、裝飾用鋁合金部件（汽車裝飾部件、照相機(jī)部件等）陽極氧化處理工藝流程：機(jī)械噴砂染色印刷（人工修整振動拋光）脫脂化學(xué)炮光陽極氧化（硫酸法）封孔電化學(xué)拋光第二章鋁材陽極氧化前的處理鋁合金建筑型材生產(chǎn)工藝流程：鋁材裝架 脫脂 水洗 堿蝕 水洗（二道） 中和（出光）水洗 陽極氧化（ DC 法）水洗 封孔水洗著色（ AC 法）水洗水

3、洗卸架.第一節(jié)裝 架一、方式：橫吊式、豎吊式縱吊式特點(diǎn)：1、適合大批量生產(chǎn)：每批可裝載大量鋁材2、減少裝卸工人：減輕了裝卸時(shí)的勞動力3、降低生產(chǎn)成本： 溶液帶出量少， 減少化學(xué)品消耗量， 夾具不浸入處理液中，減少夾具消耗量。4、減少用水量：帶出水量減少，耗水量及廢水處理量減少。適于生產(chǎn)能力在600 噸/月以上。目前，一般采用橫吊式為多。二、注意事項(xiàng)：（橫吊式）1）鋁材要有一定傾角（ 3o 5o） 便于氧化時(shí)氣泡逸出。2）扎料要緊，導(dǎo)電桿脫模要干凈保證導(dǎo)電良好。3）每根料之間間距應(yīng)保證防止色差。4）避免不同型號、長度的料扎在一起著色防止色差。5）每次上料面積要一定，最好是對極面積的80%，最大

4、100%。第二節(jié)脫脂處理一、目的：除去制品表面的工藝潤滑油、防銹油及其他污物，以保證在堿洗工序中，制品表面腐蝕均勻和堿洗槽的清潔，從面提高氧化制品質(zhì)量。.二、油脂種類：動物油、植物油屬皂化油，可與苛性堿發(fā)生皂化反應(yīng)礦物油屬非皂化油，不與苛性堿發(fā)生皂化反應(yīng)鋸切液三、脫脂方法與原理1）有機(jī)溶劑：酒精、煤油、汽油、丙酮、甲苯、三氯乙烯、四氯化碳等。利用溶劑對油污很強(qiáng)的溶解能力將油除去。對Al 基體無腐蝕性。2）表面活性劑：合成洗滌劑、 金屬清洗劑等。 利用有效成份對油污的優(yōu)良的皂化、乳化、分散、滲透能力將油污除去，對鋁基體無腐蝕作用。3）堿性溶液： NaoH + 添加劑（乳化劑）利用溶液中的某些堿性

5、物質(zhì)與油污發(fā)生皂化或乳化作用來達(dá)到除油污之目的。皂化作用除去動、植物油乳化作用除去礦物油皂化反應(yīng)：C3H5（C17H35COO）3 3NaOH 3C17H35COONa3C3H5（OH）3硬脂酸苛性鈉肥皂甘油乳化作用：略成份及其作用：NaOH：皂化反應(yīng)，除油作用。.Na2CO3（碳酸鈉）、Na3PO4（磷酸三鈉）：緩沖劑，保持溶液PH10 11。 硅酸鈉（水玻璃）：濕潤劑、乳化劑、分散劑，不易水洗去掉4）酸性溶液H2SO4、HNO 3 等Al + H 2SO4 = Al 2（ SO4）3 + H2利用 H2 小泡包圍油珠，離開鋁表面層達(dá)到除油目的。5）電解脫脂即將制品放在堿性溶液中作為陰極而進(jìn)

6、行電解處理除去油污。四、脫脂工藝制度輕油級：1）H2SO4150 250g/l常溫 3 5 分鐘2）HNO 3150 200g/l常溫 2 3 分鐘3）HNO 3120 150g/lH2SO4120 80g/l常溫 2 5 分鐘重油級：1）Na3PO440 60g/l（弱堿性）NaOH8 12g/lNa2SiO320 30g/l50 602 3 分鐘2）Na3PO430g/lNa2CO320g/l402 3 分鐘3）金屬清洗劑.20 30g/l常溫5 8 分鐘（根據(jù)說明書要求）堿性除油工藝：NaOH 10 15g/l，添加劑20 30g/l，45 60 ， 3 7 分鐘第三節(jié)堿 蝕一、 目的：

7、1）除去鋁材表面的自然氧化膜，使金屬基體暴露出來，活化表面，有利于氧化著色。2）整平基體表面，使其均勻一致。3）調(diào)整金屬光澤。4）進(jìn)一步除去鋁材表面污物。二、 方法：堿法、磷酸鈉法、硫酸鉻酸法等。一般采用強(qiáng)堿熱溶液。三、 堿蝕原理：堿蝕過程主要有以下三步化學(xué)反應(yīng)：Al 2O3 2NaOH 2NaAlO 2 H2O2Al 2NaOH 2H2O 2NaAlO 2 3H2 2NaAlO 2 4H2O 2Al （OH）3 2NaOHAl 2O3 3H2O第一步反應(yīng)是除去鋁材表面的天然氧化膜；第二步是鋁基體與堿反應(yīng)，起整平表面的作用；第三步是前二步反應(yīng)所生成的偏鋁酸鈉不斷水解，生成膠狀的氫.氧化鋁和苛性

8、鈉，氫氧化鋁進(jìn)而脫水變成Al 2O3 硬水鋁石?，F(xiàn)在工業(yè)上普遍使用長壽命堿蝕添加劑。四、 添加劑的作用：具有防止產(chǎn)生鋁石、增光、整平、緩蝕等多種作用。特點(diǎn)：1）允許溶存 Al 3+鋁量達(dá) 100g/l（甚至 120g/l）以上，而不會產(chǎn)生硬水鋁石，即使偶有發(fā)生水解也不結(jié)塊，易于清除。2）具有緩蝕整平功能，堿蝕效果更好。3）鋁腐蝕率能保持在1 2%之間，減少鋁溶蝕量及氫氧化鈉消耗量。成份：一般有葡萄糖酸鈉、酒石酸鹽、檸檬酸鹽、羧甲基纖維素等多元多組份的混合物。五、 堿蝕工藝：NaOH：50 60 g/l，堿蝕添加劑：視說明書要求，溫度：50 70時(shí)間：視工藝要求第四節(jié)中 和（出光）一、目的：中和

9、殘堿，防止污染氧化槽。 洗去殘留在表面的 Cu、Fe、Zn、Si、Mn 等元素的氧化物（掛灰） ，光亮表面。二、方法：1）硝酸法： HNO 3 150 250g/l ，溫度室溫，時(shí)間： 1 3 分鐘為氧化性酸，出光效果較好， 但成本高，易污染氧化槽， 煙霧大。.2）硫酸法：H2SO4 150 250g/l ，溫度：室溫，時(shí)間： 3 5分鐘。出光效果不甚理想，可加入少量氧化劑（HNO3、H2O2），以增強(qiáng)其氧化性，或加入添加劑。不污染氧化槽，成本低。3）硝酸 + 氫氟酸（ 3 ：1 體積比）用于高硅鋁合金、鑄造鋁合金。第五節(jié)特殊要求預(yù)處理一、消光處理1、化學(xué)方法：1）NaOH 溶液（全面均勻腐蝕

10、）濃度： 525%，溫度： 5070，時(shí)間： 110min2）NH4HF +（NH 4）2SO4 溶液（斑點(diǎn)腐蝕）3）NH4F 溶液（斑點(diǎn)腐蝕）濃度： 35%，溫度： 2040，時(shí)間： 15min2、電化學(xué)方法 (電解消光處理法 ) ：1）HCl 溶液濃度： 5 20%，溫度： 2060，時(shí)間： 12min，電流密度： 1030A/dm22）HCl + H 2SO4 溶液HCl 濃度：0.3%，H2SO4 濃度：12%，溫度：7580，時(shí)間：0.51min，電流密度： 70A/dm23）HCl + NH 4Cl 溶液3、機(jī)械方法：噴砂處理等等.二、拋光處理1、化學(xué)拋光最常用的是三酸拋光： H3

11、PO4 75v/v (體積比 )、H2SO415、HNO 310、 Cu（NO3）2 或 CuSO4 少量。拋光質(zhì)量好，操作簡單。缺點(diǎn)是成本高，污染重。代替方法是堿性拋光技術(shù)。2、電解拋光H3PO44080%、H2SO4 415%、H2CrO40.29%、H2O 余溫度： 7090，時(shí)間： 13min，電流密度： 1015A/dm2多用于表面光潔性要求很高的裝飾材料。3、機(jī)械拋光設(shè)備有掃紋機(jī)、布輪等第三章陽極氧化一、目的：人為在制品表面生成（或加厚）氧化膜。二、方法：化學(xué)氧化、陽極氧化第一節(jié)化學(xué)氧化化學(xué)氧化是在一定的溫度下， 使清潔的鋁表面與氧化溶液中的氧發(fā)生反應(yīng)而生成氧化膜的方法?；瘜W(xué)氧化膜

12、與自然氧化膜相比，厚度要大 100 一 200 倍。與陽極氧化膜相比，具有以下特點(diǎn)：（ 1）膜的生成速度快；（ 2）處理設(shè)備簡單，生產(chǎn)成本低；.（ 3）涂料附著性良好，耐蝕性優(yōu)良；（ 4）膜薄 (0.53m)而軟，耐磨性和著色性較差。因此， 般只用作防蝕涂漆膜的底層。在工業(yè)上，化學(xué)氧化常用于形狀復(fù)雜的零件、室內(nèi)裝飾品以及屋面材料的氧化處理。一、化學(xué)氧化原理在一定溫度下，在含有氧化劑（常用鉻酸鹽）和活化劑（常用碳酸鹽）的溶液中，通過化學(xué)作用使鋁離子和氧化溶液中的氧相互作用在制品表面生成一層致密氧化膜的方法。溶液一方面應(yīng)具有氧化能力， 能使鋁表面產(chǎn)生氧化膜， 另一方面也應(yīng)具有使氧化膜部分溶解而產(chǎn)生

13、針孔的作用， 促進(jìn)氧化膜成長和厚度增加。但要使氧化膜在溶液中的生長速度必須大于溶解速度。一般所采用的酸有HF、Na 2SiF4 十酸、鉻酸、酒石酸、磷酸等；采用的堿性鹽為鉻酸鹽、磷酸鹽等?；瘜W(xué)氧化所采用的溶液的種類是很多的，最常用的是含有碳酸鈉作為活化劑的溶液中進(jìn)行化學(xué)氧化處理。二、化學(xué)氧化處理法現(xiàn)代一般廣泛使用的鋁及鋁合金的化學(xué)氧化膜的處理方法有：飽爾福格耳法 (BV 法)、MBV 法、 E.W 法、派盧明法、阿爾羅克法、阿洛克羅姆法等。按溶液的組成可分為：(1)以碳酸鈉為主體；(2)以鉻酪或重鉻酸鹽為主體；.(3)以氟化物為主體(4)以磷酸為主體。作為鋁合金建筑型材粉末噴涂前的預(yù)處理，常用

14、的化學(xué)氧化膜有鉻酸膜、磷酸膜和新開發(fā)的無鉻膜。第二節(jié) 陽極氧化所謂陽極氧化即把鋁型材人為陽極置于電解液中， 利用電解作用在制品表面形成多孔性的氧化薄膜。一、 陽極氧化的種類按電流形式分有： 直流電陽極氧化、 交流電陽極氧化、 脈沖電流陽極氧化。按電解液分： 硫酸、草酸、磷酸、鉻酸、混合酸及以磺基有機(jī)酸為主的自然著色陽極氧化。按膜層性質(zhì)分： 普通膜、硬質(zhì)膜、瓷質(zhì)膜、光干涉膜二、 陽極氧化原理鋁氧極氧化的原理實(shí)際上就是水電解的原理。陽極：Al 3e Al 36OH 3H2O 3O22Al 3 3O2 Al 2O3熱量（ 399 卡）陰極：2H 2e H2氧化膜的生成規(guī)律， 可通過氧化過程的電壓一時(shí)

15、間曲線來詳細(xì)說明。.條件：20%H2SO4 水溶液，陽極電流密度DA 1A/dm2，溫度 22.第一段（曲線 ab 段）：在通電十幾秒內(nèi)電壓急劇上升，這是由于鋁表面形成了連續(xù)的、無孔的氧化膜，叫做活性層。由于它具有半導(dǎo)體整流作用，所以又叫阻擋層。第二段（曲線 bc 段）：當(dāng)電壓達(dá)到一定數(shù)值后， 開始下降，一般比最高值下降10 15%，這是由于電解液對氧化膜的溶解作用所致，使鋁表面產(chǎn)生無數(shù)微觀孔穴，從而保證電流能夠順利通過。第三段（曲線 cd）：陽極氧化經(jīng)過 20 秒以后，電壓下降至一定數(shù)值就趨于穩(wěn)定，然后以緩慢的速度上升。這時(shí)無孔層的生成速度和溶解速度達(dá)到平衡，其厚度不再增加。 但氧化反應(yīng)并未

16、停止，在每個(gè)孔穴底部，活性層通過溶解、再生，隨時(shí)間延長而向縱深發(fā)展最后形成了六梭體蜂窩狀氧.化膜結(jié)構(gòu)，即多孔質(zhì)層?；钚詫雍穸燃s為 15×10 9m，針孔內(nèi)徑為 1015×109m，壁厚1215×109m，針孔密度大約為 45 億個(gè) /m2，硫酸陽極氧化膜的孔隙率為 20 30%。三、 氧化膜厚度KIt氧化膜厚度， mI 電流密度， A/dm2t 氧化時(shí)間， minK 為常數(shù)，與電流效率和某一工藝條件下生成膜的密度或孔隙度有關(guān)。我國采取 K = 0.250.26例：某廠， 20% H2SO4 溶液， 1820， DC 法DA 1.4A/dm2 ,t30min , 1

17、213m.由 K·I·t K120.2861.430四、 直流硫酸陽極氧化工藝規(guī)范電流直流電 DC電解液硫酸鋁及鋁合金陽極氧化膜的優(yōu)點(diǎn)：1、可大大提高鋁材表面的耐磨、耐蝕、耐光、耐候及著色性能。2、由于氧化膜是由基體金屬直接生成的，所以與基體結(jié)合牢固，很難用機(jī)械的方法從基體金屬上分離去掉。3、氧化膜有良好的絕緣性。直流電硫酸陽極氧化工藝：.參數(shù)名稱通常使用范圍最佳條件24含量150200g/l180g/lH SOAl 3+離子含量20g/l5g/l溫度182220電流密度12A/dm221.2 1.5A/dm時(shí)間按膜厚要求而定30 分鐘10m60 分鐘18m電壓16 21V

18、17 19V極比陰極工件 =12.511五、 影響陽極氧化膜質(zhì)量的因素：1、硫酸濃度濃度 膜亮度從無色透明灰色；溶液電阻槽電壓浪費(fèi)電能；成膜速度（膜溶解速度） 。濃度膜質(zhì)量軟；電解質(zhì)粘度水洗困難。工業(yè)實(shí)際使用范圍150200g/l.2、電流密度由 =K·I ·t可知：膜厚由I 及 t 決定， I、 t生產(chǎn)率。I 大小對膜質(zhì)量有影響： I 膜結(jié)構(gòu)致密、硬； I膜易“燒焦”，膜厚不均勻性（大面料、復(fù)雜料） 。一般采用 1.21.5A/dm2。3、槽液溫度.槽液溫度 （如 05）氧化膜發(fā)脆 , 膜層透明度與染色性能 （即吸附性能）。槽液溫度（如 25）氧化膜疏松，（呈蜂窩狀晶體，

19、壁厚減?。?，甚至起白粉。理想的溫度為20±2。恒溫方式：加熱蒸汽，冷卻冷凍機(jī)或加添加劑。4、電解電壓由于采用定電壓陽極氧化則很難控制膜厚，鋁合金硫酸陽極氧化采用定電流工作方式。電解電壓根據(jù)設(shè)定電流密度來確定，一般在1022 伏范圍內(nèi)，最佳范圍1517V。5、氧化時(shí)間在恒電流的條件下，由= K·I ·t 可知成膜時(shí)間和膜厚成正比。6、雜質(zhì)的影響（1）合金成份： Mg > 2%膜變暗濁色。 Si > 0.8%膜光澤 2%呈灰黑色，出現(xiàn)斑點(diǎn)。Cu%膜色調(diào)深暗或灰黑色。 Zn膜呈灰暗色。Mn 即便 0.1% 膜也帶色與無光。（ 2）槽液雜質(zhì)： Cl 、F（氟

20、冷卻液）出現(xiàn)孔蝕現(xiàn)象。 Fe3 暗花紋和黑色斑點(diǎn)。 Cu2+正弦曲線狀暗條紋。最好使用純水配電解液（ 3）Al 3+ 離子： Al 3+ (0.1g/l 時(shí)), 電解液溶解能力過強(qiáng)，膜厚生成困難 ,耐蝕、耐磨、染色等性能配槽時(shí) , 添加硫酸鋁或部分老溶液。 Al 3+電解液電阻，槽電壓 ,易產(chǎn)生白斑點(diǎn)，膜的耐磨、耐蝕性，透明性要求Al 3+ 20g/l 。7、攪拌（循環(huán)）.為了降溫，采用槽內(nèi)排管進(jìn)行熱交換 、槽外熱交換器進(jìn)行熱交換 、壓縮空氣攪拌。膜層“燒焦”、“起粉”。影響因素：電流密度電流密度過高， 將引起電解液溫升加快， 膜層溶解速度增加，對復(fù)雜工件還會造成電流分布不均，使膜層厚度不均，

21、甚至有燒毀工件的危險(xiǎn)。電解液溫度溫度升高，溶液粘度降低，電流密度升高（電解電壓一定時(shí)）或電解電壓降低（電流密度一定時(shí)） 。這有利于氧化膜溶解的加劇。若同時(shí)電流密度也低，則出現(xiàn)粉狀膜層（即起粉） 。常規(guī)的硫酸法，在低溫和高電流密度時(shí)，膜層易被“燒焦” ，而在高溫和低電流密度時(shí)，膜層易“起粉” 。原因分析：一般而言，阻擋層中氧化物 /鋁基體金屬界面上總是粗糙的，即鋁金屬一側(cè)存在許多凸出部位， 電流往往就集中在這些部位上， 造成這些部位孔的底部電流密度大， 因而孔底溫度受焦耳熱大的影響又升高，這樣又引起電流密度加大，如此惡性循環(huán)，造成氧化膜僅在工件局部位置上增厚，出現(xiàn)膜層“燒焦”現(xiàn)象，低溫高電流密度

22、時(shí)更為突出。而“起粉”現(xiàn)象則是由于膜層過度化學(xué)溶解所致。第三節(jié)高速陽極氧化方法：脈沖陽極氧化 加添加劑 混合法.一、脈沖陽極氧化該技術(shù)電壓為矩形波，有兩個(gè)工作電壓，即高電壓V1 和低電壓V2。當(dāng)用 V1 電壓進(jìn)行陽極氧化時(shí)，穩(wěn)定電流I1 通過鋁陽極，陽極氧化膜形成。當(dāng)電壓突然從V 1 降至 V2 后，則出現(xiàn)短時(shí)內(nèi)無電流通過而隨之電流又逐漸增大的現(xiàn)象，經(jīng)T 分鐘后才出現(xiàn)對應(yīng)于電壓V2 的穩(wěn)定電流 I 2 通過鋁陽極。電流隨時(shí)間發(fā)生了畸變， 這種現(xiàn)象叫 “陽極氧化的電流恢復(fù)現(xiàn)象”（或稱電流的回復(fù)現(xiàn)象） ，T 稱為電流恢復(fù)時(shí)間。采用脈沖電流后， 利用短時(shí)間的高電流密度使膜層迅速成長， 在“燒焦”現(xiàn)象

23、出現(xiàn)前，驟然將電壓降至 V2，在電流恢復(fù)時(shí)間內(nèi)，膜層成長中止，這樣降低了氧化物 /鋁基體金屬界面上的粗糙度。同時(shí)膜孔內(nèi)積聚的焦耳熱也得到散失，使制品各部件上溫差縮小。因此，采用脈沖電流后，能較好避免“燒焦”現(xiàn)象的出現(xiàn)。由于膜孔內(nèi)熱量能及時(shí)得到散失，高電流密度氧化又是短時(shí)間的所以避免了膜層的過度化學(xué)溶解，于是又克服了膜層的“起粉”現(xiàn)象。由此可見，脈沖電流具有許多優(yōu)點(diǎn)：膜層性能提高，溫度電流密度等操作條件范圍擴(kuò)大，電流效率高等。工藝條件：18% H2SO4,I = 23.5 A/dm2,V = 1517v,.t = 2030 分鐘 ,= 1015m,T = 2530。二、加入添加劑加入添加劑 Ni

24、SO4，使電解液導(dǎo)熱性 .工藝條件： NiSO4 10g/l,I = 2A/dm 2,t = 25 分鐘。三、混合法 第四節(jié)其它陽極氧化工藝一、硬質(zhì)陽極氧化生成硬度高、耐磨性好的厚氧化膜。純 Al 上的氧化膜硬度 HB = 12001500kgf/mm2（超過了淬火工具鋼和鉻鍍層的硬度）Al 合金上的氧化膜硬度HB = 250500kgf/mm 2膜層最大厚度可達(dá)250300m工藝條件：二、瓷質(zhì)陽極氧化（膜灰白色）配方及工藝條件：（略）三、硫酸交流電陽極氧化交流電陽極氧化膜層?。?0m）、發(fā)黃、硬度，工業(yè)上幾乎不采用。可加入草酸、甘油及添加劑。.第四章鋁及鋁合金電解著色根據(jù)其顯色色素體所在的位

25、置不同，著色方法有：化學(xué)染色法、自然發(fā)色法、電解著色法、有機(jī)涂層著色法和復(fù)合著色法。第一節(jié)化學(xué)染色法化學(xué)染色法是最早用于鋁陽極氧化膜著色的方法。一、特點(diǎn)：工藝簡單，作業(yè)性好，效率高，成本低，色域?qū)挘珴甚r艷。二、方法：分兩大類一液法無機(jī)染料染色法二液法化學(xué)著色酸性有機(jī)染料水溶性染料有機(jī)染料染色法堿性有機(jī)染料油性染料三、化學(xué)染色的機(jī)理化學(xué)染色是色素體靠氧化膜多孔層的物理和化學(xué)作用吸附于表面層內(nèi)側(cè)。鋁陽極化膜具有 30%的孔隙率，有巨大的比表面積和化學(xué)活性?？咳玖戏肿踊螂x子的靜電力進(jìn)行的吸附叫物理吸附， 吸附力取決于氧化膜的表面電位和染料性質(zhì)。.所謂化學(xué)吸附指氧化膜與色素體以化學(xué)鍵、共價(jià)鍵或形成絡(luò)

26、合物等形式結(jié)合。與化學(xué)吸附相比，物理吸附較弱，且受染色液溫度的影響較大，所以化學(xué)著色的色牢度取決于化學(xué)吸附作用。四、無機(jī)染料染色1、一液法：將陽極氧化膜浸入一種溶液中，這種金屬鹽在膜孔內(nèi)水化生成色淀而使膜層顯色。2、二液法：將陽極氧化膜先浸入一種鹽溶液中，取出經(jīng)清洗后再浸入另一種鹽溶液中， 兩次浸漬吸附的鹽發(fā)生反應(yīng)生成不可溶的沉淀色素，使制品顯色。五、有機(jī)染料染色用于鋁陽極氧化膜染色的水溶性酸性染料主要有蒽醌系偶氮基以及三苯甲烷類。六、工藝流程基本上是：預(yù)處理（同常規(guī)） 硫酸陽極氧化水和純水洗染色水和純水洗沸水封孔烘干第二節(jié)自然發(fā)色法自然發(fā)色法指鋁材在有機(jī)酸水溶液中經(jīng)陽極氧化的同時(shí)而著色的方法

27、。由于氧化和著色一步完成，所以也叫一步法。自然發(fā)色法（又稱電解整體著色法） 按著色原因不同， 又可分為：合金發(fā)色法（次地位）、電解發(fā)色法（占主導(dǎo)）、電源發(fā)色法（開發(fā)中）.一、著色原理：眾說不一，原理不十分清楚，有如下觀點(diǎn)：1、合金元素及基體金屬一起陽極氧化后殘留于氧化膜中。2、氧化膜中積累了由有機(jī)酸還原成的碳。3、氧化膜中積累了有機(jī)酸生成的焦油狀物質(zhì)。等等二、合金發(fā)色法由于合金元素不同， 陽極氧化時(shí)這些元素不溶于電解液而殘留在氧化膜結(jié)構(gòu)中，其色素體是合金元素。三、 電解發(fā)色法采用有機(jī)酸作主要成份， 加入少量硫酸， 在高電壓大電流密度下著色，（DC 電流）。此法主要用在建筑型材的氧化著色上。 因

28、其氧化膜在耐蝕性、 耐候性、耐磨性方面都優(yōu)于電解著色和化學(xué)染色法， 曾廣泛用于鋁門窗、陽臺、圍欄等建筑型材及車輛外裝材上。但在使用過程中發(fā)現(xiàn)成本高 （耗電量為淺田法的 5 6 倍），色種少（色調(diào)受合金限制），控制要求嚴(yán)，所以逐漸被電解著色法所代替。四、 電源發(fā)色法采用普通硫酸氧化液，施加換向電流、不對稱電流或脈沖電流，由于電源波形變化，使硫酸中的硫被還原，殘留于氧化膜中而顯色。第三節(jié)電解著色一、電解著色的概念及發(fā)展歷史將陽極氧化后的鋁材浸在金屬鹽的水溶液中進(jìn)行交流電解，使金.屬鹽沉積在氧化膜孔中而著色的方法，稱為電解著色法。日本人將電解著色法叫淺田法，國際上通稱 電解著色法 或二次電解著色法

29、。二、電解著色的發(fā)展趨勢1、防護(hù)裝飾性著色膜的發(fā)展趨勢2、電解著色在機(jī)能方面的發(fā)展趨勢三、電解著色膜的特點(diǎn)和著色液的分類1、電解著色膜的特點(diǎn)2、電解著色液的分類（見后面附錄）四、電解著色的原理電解著色實(shí)質(zhì)是電鍍， 即是金屬離子的一種電化學(xué)還原現(xiàn)象。 將陽極氧化鋁置于金屬鹽溶液中， 施加低壓交流電， 金屬離子被電化學(xué)還原，以膠粒子狀態(tài)沉積在氧化膜孔隙的底部， 通過金屬膠粒對光的散射作用而顯色的一種方法。1、氧化膜的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)阻擋層厚150?硫酸陽極化膜孔徑約 120 ?10um 厚復(fù)合膜多孔層孔壁厚約 300 ?孔密度 4 5 億孔 /mm22、淺田法鋁陽極氧化電解著色的必要條件：1)、采用酸性

30、水溶液、交流電；2)、使用低電流密度0.10.35A/dm2；.3)、采用的重金屬鹽能溶于水，且具還原和氧化作用；4)、采用惰性材料，如石墨、不銹鋼作對電極。五、電解著色液鋁建筑型材著色膜以青銅系應(yīng)用最為普及，九十年代約占我國鋁電解著色的 95%以上。青銅色系包括香檳色 （淺青銅色） 青銅色深青銅色（棕色）咖啡色古銅色黑色等六色，其中咖啡色只有在 Ni Sn 混鹽中才能獲得。有許多單金屬鹽（Ni 、Co、Sn）著色液和混鹽著色液（Ni Sn、Ni Co、Ni Zn、Ni Mn 、PbZn）等都可以獲得青銅色系。我國工業(yè)上應(yīng)用的有Ni 、Co、Sn 和Ni Sn 混合鹽。應(yīng)用最多的是 Sn 鹽和

31、 Ni Sn 混合鹽，其次是 Ni 鹽。1、Sn 鹽電解著色使用這種方法可以得到淺黃青銅黑色色系。工藝特點(diǎn)：色調(diào)范圍廣，可獲得從香檳至黑色的全部色系（咖啡色除外）；著色分散能力和重現(xiàn)性好，色差小，色調(diào)均勻穩(wěn)定，適合于各種復(fù)雜型材；著色膜的耐光性、耐蝕性、耐候性優(yōu)良，在歐洲大型建筑上使用近30 年，色澤依舊；成份簡單，操作方便，易于控制；對雜質(zhì)的容忍度高；著色速度快，生產(chǎn)效率高，通常著色一次約45分鐘（古銅色），故一個(gè)著色槽可承擔(dān)3 4 個(gè)氧化槽的生產(chǎn)任務(wù)；. 成本較低，可使用普通的50HZ 工頻電源； 二價(jià)錫 Sn2+穩(wěn)定性差，容易氧化水解變質(zhì)。主要成份及其作用：Sn 鹽電解著色的典型配方：S

32、nSO4 10g/l ，H2SO4 1530g/l ，有機(jī)酸1530g/l由于無論是 Sn2+還是 Sn4+都有較大的水解傾向，當(dāng)酸度較低時(shí)，最易發(fā)生下列水解反應(yīng)：Sn2+SO42H2OSn2+(OH)2 H2SO4Sn4+(SO4)24H2OSn4+(OH)4 2H2SO4H2SnO3 H2O時(shí)間不長，溶液就會渾濁得不可使用。因此，需加入作為穩(wěn)定劑的有機(jī)酸。 SnSO4 亞錫鹽為著色主鹽，靠 Sn 在膜孔中電沉積而顯色。H2SO4 提高電導(dǎo)率，防止亞錫鹽氧化水解及提高著色均勻性。添加劑（著色添加劑） 抗氧化劑（穩(wěn)定劑）：抑制 Sn2+氧化成 Sn4+，緩沖劑 H3BO4 使 Sn2+Sn4+

33、速度 還原劑：可防止Sn2+Sn4+，又可使部分 Sn4+Sn2+； 提高分散率（減小色差）：HS、酚磺酸、氨磺酸、苯磺酸 提高導(dǎo)電率：酒石酸、檸檬酸、酒石酸銨 防止白斑： MgSO4著色液配方及工藝條件（略） ：.各種影響電解著色的因素：合金成份：合金成份對電解著色膜影響的實(shí)質(zhì)是合金元素與鋁形成固溶體的程度和析出狀態(tài)，嚴(yán)重影響鋁陽極化膜的表面和內(nèi)在質(zhì)量。凡能形成均勻連續(xù)的陽極化膜，膜層本身不帶深顏色， 而阻擋層有整流的作用的鋁合金均能進(jìn)行電解著色。 SnSO4 含量：SnSO4 含量越高，著色速度越快，顏色越深。含量過高時(shí)，析出過快，逸出孔外產(chǎn)生錫灰。 SnSO4 含量太低，著色很慢，難以得

34、到深青銅色。 生產(chǎn)上，生產(chǎn)淺古銅和中古銅時(shí)用 8 15g/l ；生產(chǎn)深古銅和黑色時(shí)用15 20g/l H2SO4 含量： H2SO4 含量導(dǎo)電性，防止 Sn2+Sn4+及水解，但著色速度（ H有礙于 Sn2+沉積）。H2SO4 含量導(dǎo)電性， Sn2+易 Sn4+及水解，著色速度。含量由低高，色調(diào)由紅黃。一般控制在 15 20 為宜， PH=0.81.6 工作電壓：隨 V著色速度 VmaxV著色速度且氧化膜剝落，產(chǎn)生白點(diǎn)。著色電壓一般選在15 18v。為在一定時(shí)間內(nèi)著出規(guī)定的色調(diào)，常采用定電壓下進(jìn)行著色， 在恒電壓下，電流時(shí)間的關(guān)系是一條衰減曲線。 槽液溫度： T， Sn2+擴(kuò)散速度，導(dǎo)電性好，

35、著色速度，顏色加，但易 Sn2+ Sn4+及水解加快。要求控制20±2。 著色時(shí)間：當(dāng)著色電壓一定，t，色調(diào)由淺深。根據(jù)電壓、溫度、槽液濃度確定t。 PH 值： PH易 Sn2+Sn4+（PH=1.5±0.5）。PH 值不當(dāng) ： 顏.色不正；著色不均勻 氧化膜厚：著深古銅5m 即可；著黑色 12m 以上 極比及其分布和間距：極比即電極的表面積和鋁型材表面積之比。著色是定電壓作業(yè)，極比太小會降低鋁材上的電流密度，導(dǎo)致： 在膜中沉積析出量，著不出深色； 著色不均勻（過大過小均會）。極間距太小磁場干擾著色不均；太大著色 t。一般情況下， 著色電流 I = 0.20.3A/dm2

36、時(shí)極比應(yīng)是 1：1。生產(chǎn)實(shí)踐證明，最佳極比是 1：0.750.8 之間；陰陽極間距為 250300mm。 雜質(zhì)： Sn 鹽電解著色液抗雜質(zhì)性能過勝過其它鹽類，危害最大的雜質(zhì)是 K+ 、Na+ 、NO3、Cl 。空氣及雜質(zhì)對槽液穩(wěn)定性的影響：空氣攪拌。 Fe2+、 Cu2+著色液的老化問題：有害雜質(zhì)的污染 Al 3+的積累 Me+的氧化添加劑的分解。2、Ni 鹽電解著色(一)工藝特點(diǎn) 單 Ni 鹽著色可獲得香檳色、青銅色、深青銅、古銅至黑色，獲深黑較困難； 成份簡單，十分穩(wěn)定； 原料來源廣，成本低； 著色膜耐光性、耐磨性、耐候性與 Sn 鹽相當(dāng)； 著色液分散能力差，大面積型材著色不均勻； 對雜質(zhì)

37、比較敏感， 尤其對 Na+、K+。由于最后二個(gè)的原因， Ni 鹽槽被 Sn 鹽所取代。（二）主要成份硫酸鎳、硼酸、酒石酸、硫酸銨、硫酸鎂等。.（三）典型工藝淺田法主要工序：硫酸陽極氧化（膜厚=79 m）Ni 鹽電解交流著色（青銅色）電泳涂漆或浸漬涂漆法（丙稀酸透明漆=79m）Ni 鹽電解著色工藝：NiSO4·7H2O 25g/l，MgSO4·7H2O 20g/l，(NH 4)2SO415g/l,，H3BO 3 25g/lPH=4.4，V=715v，I=0.10.8A/dm2，50Hz，T=1525，t=2153、Ni Sn 混合鹽電解著色為解決純 Ni 鹽電解著色的缺點(diǎn)，人

38、們研究了 Ni Sn 混合鹽電解著色法，其優(yōu)點(diǎn)：著色速度快；可得到單一Ni 鹽得不到的純黑色；由于 Sn 鹽含量低，只占 Sn 鹽法的 1/4 左右，所以溶液穩(wěn)定性好，成本低。（一） Ni Sn 鹽著色機(jī)理Ni 鹽在溶液中不參與電化學(xué)反應(yīng)，只起催化劑作用。（二）工藝規(guī)范NiSO430g/l,H3BO330g/l，SnSO45g/l,H2SO418g/l穩(wěn)定劑10g/l，溫度2030， AC 1416 v，時(shí)間210 min電極 ：不銹鋼或石墨（三）各成份的作用.第三節(jié) 有機(jī)涂層著色浸漬涂漆法靜電粉末噴涂靜電噴涂法靜電噴漆電泳涂漆法第五章封孔處理封孔處理是為改善陽極化鋁的耐蝕性和物理性能為目的而

39、進(jìn)行后處理的總稱。封孔目的 ：提高氧化膜的防污染、抗腐蝕、耐磨等性能，還可提高表面性能和美觀。封孔處理方法：常壓水蒸汽水合封孔加壓水蒸汽沸水化學(xué)法無機(jī)質(zhì)封孔常溫（或中溫）封孔有機(jī)質(zhì)封孔涂布或浸漬合成樹脂涂布或浸漬油脂無機(jī)質(zhì)封孔在膠體溶液中進(jìn)行電化學(xué)處理電化學(xué)法在無機(jī)鹽中進(jìn)行電化學(xué)處理有機(jī)質(zhì)封孔電泳合成樹脂漆、靜電噴粉第一節(jié)水合封孔.一、機(jī)理高溫封孔的本質(zhì)是鋁氧化膜的水化反應(yīng)，即將具有很高化學(xué)活性的非晶質(zhì)氧化膜變成化學(xué)鈍態(tài)的結(jié)晶質(zhì)氧化膜的過程?；瘜W(xué)反應(yīng)通式：nH 2O·Al 2O3Al 2O3 nH2O該反應(yīng)在常溫和高溫下都能進(jìn)行，水化反應(yīng)結(jié)合水分子的數(shù)目為1 3 個(gè)，依溫度而變。T80時(shí)，H 2O Al 2O3 2AlOOH+2H 2O Al 2O3·3H2O(三水鋁石 )這種水化氧化膜穩(wěn)定性差， 具有可逆性，水溫愈低，可逆性愈大。T80時(shí)，H 2O Al 2O3 2AlOOH+H 2O Al 2O3·H2O(勃母石 or 一水鋁石 )這種水化氧化鋁是穩(wěn)定而不可逆的。由于此反應(yīng)使氧化膜體積膨脹38%，從而使氧化膜表面微孔封閉。二、工藝1、純水封孔純水（去離子水），T=8595， t=2030，PH=6±0.5封孔時(shí)間，容易起粉霜（又稱封閉華） ，封孔質(zhì)量也不在好目前基本淘