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铝制品阳极氧化及染色概述
[ 发布时间:2012/4/26 ]

及其合金在相应的电解液中,在特定的工作条件下,在外加电流的作用下,在阳极上形成氧化膜的过程,称做阳极氧化。
铝及铝合金经硬质氧化后表面有较高的硬度、膜厚度、耐磨性和抗腐蚀性。和铝合金硬质阳极氧化与普通阳极氧化表面氧化膜主要有以下区别:

硬质阳极氧化 普通阳极氧化(以6061为例)
氧化膜硬度 HV≥400 HV30um-200um 10um
着色特性 最适宜着黑色 易着各种颜色

针对不同铝制品的表面要求,选用不同的氧化工艺。如果只有表面装饰性要求,选择普通阳极氧化;如果强调产品表面硬度和耐磨性要求时,选择硬质阳极氧化。铝合金与铜合金比较只有1/3重,有些经硬质氧化的铝制品取代铜可大大节约材料成本,同时又有较长的寿命。
铝制品阳极氧化染色:
随着人们生活水平的提高,对家居装饰的要求也越来越高,不仅要求有良好的性能,同时又要有亮丽的色彩。粉末喷涂方兴未艾,既有良好的性能,又有让人们满意的色彩。但是,厚厚的粉末遮住了金属应有的光泽而略显遗憾。阳极氧化染料正好弥补了这点遗憾。
及其合金在进行阳极氧化后即可进行染色处理,化学着色法工艺简单、控制容易、效率高、成本低、设备投资少、着色色域宽、色泽鲜艳。广泛应用于室内装饰、日常用小型铝制品等的着色处理。
1 氧化染色原理:
阳极氧化膜是由大量垂直于金属表面的六边形晶胞组成,每个晶胞中心有一个膜孔,并具有极强的吸附力,铝阳极氧化膜的化学着色是基于多孔膜层有如纺织纤维一样的吸附染料能力而得以进行的。一般阳极氧化膜的孔隙直径为0.01-0.03μm,而染料在水 中分离成单分子,直径为0.0015-0.0030μm,着色时染料被吸附在孔隙表面上并向孔内扩散、堆积,而且与氧化铝进行离子键、氢键结合而使膜层着色,经封孔处理,染料被固定在孔隙内,同时增加氧化膜的耐蚀、耐磨等性能阳极氧化工艺对染色的影响:
在氧化染色整个流程中,因为氧化工艺原因造成染色不良是比较普遍的。氧化膜的膜厚和孔隙均匀一致是染色时获得均匀一致颜色的前提和基础,为获得均匀一致的氧化膜,保证足够的循环量,冷却量,保证良好的导电性是举足轻重的,此外就是氧化工艺的稳定性。
  硫酸浓度,控制在180—200g/l。稍高的硫酸浓度可促进氧化膜的溶解反应加快,利于孔隙的扩张,更易于染色;铝离子浓度,控制在5—15 g/l。铝离子小于5g/l,生成的氧化膜吸附能力降低,影响上色速度,铝离子大于15g/l时,氧化膜的均匀性受到影响,容易出现不规则的膜层。
  氧化温度,控制在20℃左右,氧化槽液的温度对染色的影响非常显著,过低的温度致使氧化膜的膜孔致密,染色速度显著减缓;温度过高,氧化膜蔬松,容易粉化,不利于染色的控制,氧化槽的温差变化应在2℃以内为宜。
  电流密度,控制在120—180a/m2。电流密度过大,在膜厚一定的情况下,就要相应地缩短铝制品在槽中的电解时间,这样,氧化膜在溶液中的溶解减少,膜孔致密,染色时间加长。同时,膜层容易粉化。
  膜厚,染色要求氧化膜厚度一般在10?0?8m以上冲溶液。膜厚过低,染色容易出现不均匀现象,同时在要求染深色颜色(如黑色)时,因为膜厚不够,导致染料的沉积量有限,无法达到要求的颜色深度。
  总而言之,阳极氧化作为染色的前工序,是染色的基础。阳极氧化的问题在染色之前,我们很难看到或者根本无法看到,一旦染上色之后,我们会清晰地看到诸如颜色不均匀的现象。而此时,生产工作者往往会把问题的原因归于染色的不正常,而忽略在氧化工艺上寻找原因。我在刚接触氧化染色时就常犯这些错误。
用于染色的染料纯度越高越好,凡掺有大量填充剂(如元明粉、糊精)的染料染铝效果差。批量染色要注意头续缸染液浓度变化,正确补充以确保颜色深浅一致。
3 染色:
3.1 染色前的水洗:
 阳极氧化之后,氧化膜的膜孔中残留有硫酸溶液,因此,染色之前必须将铝制品彻底清洗干净。避免给染色槽带人杂质离子,尤其是磷酸根离子、氟离子等,在染色槽之前设立纯水清洗,并且要对水质进行监控是十分必要的。
3.2 染色槽的配制:
 在染色所用的染料中,大多数是有机染料,有机染料容易发霉。为有效地防止槽液发霉,配制槽液前,可以用漂白粉,苯酚一类的药物将槽体消毒。配制槽液时,加人防霉剂可以有效地延长染色液的使用时间。槽液配好之后要存放数小时,才能投入使用,为保证ph值稳定,可以加入醋酸——醋酸钠缓
3.3 染色过程控制:
(1)温度:
  染色过程中,染色速率随温度的升高而加快,因此,染一定深度的颜色所需的时间随温度升高而缩短。同时,槽液温度上升,同步封孔也会加快,如果温度过高,同步封孔过快,在染料分子还未有足够量吸附在膜孔中,染料的积聚就会因氧化膜的膜孔闭合而中止,无法达到要求的深度,而相对较低的温度下染色,可以染出更深的颜色,但相应的时间要长,因而,针对不同的色泽要求,可以适当调整染色温度,避免染色时间过长或过短。
(2)染料浓度:
  根据吸附定律,在一定工作条件下,染料在阳极氧化膜上的吸附量随着染料浓度的提高而增大。不过,这一规律只在氧化膜本身还具有吸附能力时适用。对于不同深度的颜色,染料浓度也应作相应调整,在最初配制槽液时,尽可能配制较低浓度的溶液,随着生产的进行,染料不断地消耗,要不断补充消耗的部分,补充时要少量多次。如果对染料进行浓度测定,要考虑杂质离子的影响,实际的有效浓度跟检测可能有较大差别,因此,要定期对染色槽的实际染色力进行对比检测。为保证稳定的染色力,生产一段时间后,可以部分的更换槽液。(3)时间:
 跟电解着色一样,当其它条件不变时,颜色随时间的延长逐渐加深,一般情况,当氧化条件确定,染色液浓度、温度等确定。我们只有通过调整染色时间以获得客户要求的颜色深度,如果染色时间太短就已获得所要求的颜色,这存在两点弊端,一是上色太快,要获得均匀一致的颜色不容易;二是上色太快,所获得的颜色耐侯性不够。染色时间太长,或者无论染多长时间都不能获得要求的颜色深度,此时我们要考虑氧化膜是不是太薄或者染料浓度太低。
(4)ph值:
  一般要求ph值是5~6,稳定的ph值对染色非常重要,对混合染料尤其如此,不同的ph值,可能会有不同的色调,为加强ph值的稳定性,在配制槽液时加入缓冲溶液是一种可行的办法,同时要加强染色前的水洗,避免带人酸性物质。
3.4 染色后水洗:
  染色之后,要将铝制品进行水洗,以除去附在铝制品表面的浮色,此时要注意水洗槽的水质,因为染料分子与氧化膜的结合是可逆的,当水中存在较多杂质离子时,会促使染料分子与氧化膜分离进入水中,此时就表现出褪色,这种褪色往往是不均匀的,最终导致同一支料上产生色差。
4 封孔:
为了提高铝件质量和染着色牢固,着色后必须将氧化膜层的微细孔隙予以封闭,经过封闭处理后表面变的均匀无孔,形成致密的氧化膜。染料沉积在氧化膜内再也擦不掉,且经封闭后的氧化膜不再具有吸附性,可避免吸附有害物质而被污染或早期腐蚀,从而提高了阳极氧化膜的防污染、抗蚀等性能。
  封孔处理是阳极氧化不可缺少的一部分,在氧化染色后,唯有进行封孔处理才能保证染色膜的原有颜色,封孔工艺可以有多种,蒸气封孔、热水封孔、中温封孔都是不错的选择,部分染料还可以选择冷封孔工艺。封孔后可能会因为褪色而使颜色较封孔前略为变浅,但只要稍加注意即可。染色作为阳极氧化后处理的一个分支,因其悦目的色彩,相信会得到大力的应用,日益受到人们的青睐?
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