(完整版)鋁合金表面處理必備筆記稿

1、鋁合金制品的表面處理第一章 概 述1、 鋁及鋁合金表面處理的目的：（主要指陽(yáng)極氧化）1、 防腐蝕天然氧化膜一薄，陽(yáng)極氧化膜-厚A10w m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 100區(qū)m微孔滲漬硫化鋁潤(rùn)滑劑-摩擦系數(shù)；電沉積磁性金屬一磁性錄音盤、記憶元件等等。2、 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(yáng)極化膜后處理（見(jiàn)后面附錄）3、 鋁型材表面處理產(chǎn)品種類目前市場(chǎng)上常見(jiàn)的有：1 ）陽(yáng)極氧化（銀白、砂白料）2）陽(yáng)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

2、合金表面處理工藝流程1、建筑鋁型材陽(yáng)極氧化處理和噴涂工藝流程：電泳一固化成膜!脫脂一堿蝕一中和出光一陽(yáng)極氧化（DC法）一電解著色（AC法）一封孔 脫脂一酸洗一化學(xué)轉(zhuǎn)化一靜電大涂一固化成膜2、通用工業(yè)用鋁合金部件（機(jī)械部件、電器部件等）陽(yáng)極氧化處理工藝流程：草酸法脫脂一酸洗一中和出光一陽(yáng)極氧化一硫酸法（染色）一封孔硬質(zhì)陽(yáng)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(yáng)極氧化處理工藝流程：,一»機(jī)械噴砂1 一 染色一印刷一（人工修整一振動(dòng)拋光）一脫脂一化學(xué)炮光 一陽(yáng)極氧化（硫酸法）一封孔L 一 '電化學(xué)拋光1第二章 鋁材陽(yáng)極氧化前的處理鋁合金建筑型材生產(chǎn)工藝流程：鋁材

3、裝架一脫脂一水洗一堿蝕一水洗（二道）一 中和（出光）一水洗-陽(yáng)極氧化（,C法）-水洗一封孔 水洗一著色（AC法）一水洗一水洗一卸架第一節(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(dòng)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）一 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

4、料之間間距應(yīng)保證- 防止色差。4）避免不同型號(hào)、長(zhǎng)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(duì)極面積的 80%,最大100%。第二節(jié)脫脂處理一、 目的：除去制品表面的工藝潤(rùn)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梢的清潔， 從面提高氧化制品質(zhì) 量。油脂種類: 動(dòng)物油、植物油一屬皂化油，可與苛性堿發(fā)生皂化反應(yīng) 礦物油一屬非皂化油，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(duì)油污很強(qiáng)的溶解能力將油除去。對(duì) Al基體無(wú)腐蝕性。2) 表面活性劑：合成洗滌劑、金屬清洗劑等。利用

5、有效成份對(duì) 油污的優(yōu)良的皂化、乳化、分散、滲透能力將油污除去，對(duì) 鋁基體無(wú)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物質(zhì)與油污發(fā)生皂化或乳化作用來(lái)達(dá)到除油污之目的。j皂化作用一->除去動(dòng)、植物油1乳化作用一-> 除去礦物油皂化反應(yīng)：C3H5 (Cl7H35COO) 3 +3NaOH 3Ci7H35COONa+3C3H5 (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PH=10 11 硅酸鈉（水玻璃）：濕潤(rùn)劑、乳化劑、分散劑，不易水洗去掉4）

6、 酸性溶液H2SO4、HNO3等Al + H 2SO4 = AI2 （SO4） 3 + H2 T利用H2小泡包圍油珠，離開(kāi)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)行電解處理除去油污。脫脂工藝制度四、輕油級(jí)：1) H2SO42) HNO33) HNO3H2SO4重油級(jí)：1) Na3PO4NaOHNa2SiO32) Na3PO4Na2CO3150 250g/l150 200g/l120 150g/l120 80g/l40 60g/l8 12g/l20 30g/l30g/l20g/l常溫3 5 分鐘常溫2 3 分鐘常溫2 5分鐘（弱堿性）50 60402 3 分鐘2 3

7、分鐘3）金屬清洗劑20 30g/l常溫 5 8分鐘(根據(jù)說(shuō)明書(shū)要求)堿性除油工藝：NaOH 10 15g/l ，添加劑 20 30g/l ,45 60c , 3 7 分鐘 第三節(jié)堿蝕一、 目的：1) 除去鋁材表面的自然氧化膜，使金屬基體暴露出來(lái)，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、硫酸銘酸法等。一般采用強(qiáng)堿熱溶液。三、堿蝕原理：堿蝕過(guò)程主要有以下三步化學(xué)反應(yīng)：Al 2O3 + 2NaOH - 2NaAlO2 + H2O2Al + 2NaOH + 2H2O - 2NaAlO2 + 3H2 T2Na

8、AlO2 + 4H2O 2Al (OH) 3J+ 2NaOH Al2O3 J + 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(zhǎng)壽命堿蝕添加劑。4、 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Al3+鋁量達(dá)100g/l （甚至120g/l）以上，而不會(huì)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

9、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。5、 堿蝕工藝：NaOH: 50 60 g/l,堿蝕添加劑：視說(shuō)明書(shū)要求，溫度： 50 70c時(shí)間：視工藝要求第四節(jié) 中 和（出光）1、 目的： 中和殘堿，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。2、 方法：1） 硝酸法：HNO3 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，

10、可加入少量氧化劑（HNO3、H2O2）,以增 強(qiáng)其氧化性，或加入添加劑。不污染氧化梢，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）濃度：525%,溫度：5070C,時(shí)間：110min2） NH4HF + （NH4） 2SO4溶液（斑點(diǎn)腐蝕）3） NH4F溶液（斑點(diǎn)腐蝕）濃度：35%,溫度：2040C,時(shí)間：15min4） 電化學(xué)方法（電解消光處理法）：1） HCl溶液濃度：5 20%,溫度：2060C,時(shí)間：12min,電流密度：1030A/dm22） HCl + H2SO4 溶液HCl濃

11、度：0.3%, H2SO4濃度：12%溫度：7580C,時(shí)間：0.51min,電流密度：70A/dm23） HCl + NH4Cl 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：H3PO4 75v/v% (體積比)、H2SO415%、HNO310%、Cu (NO3) 2 或 CuSO4 少量。拋光質(zhì)量好，操作簡(jiǎn)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H3P04 4080%、H2SO4415%、H2CQ40.29%、H2O 余 溫度：7090C,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

12、有掃紋機(jī)、布輪等第三章陽(yáng)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(yáng)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)氧化膜與自然氧化膜相比，厚度要大100 200倍。與陽(yáng)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(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低；(3)涂料附著性良好，耐蝕性優(yōu)良；(4)膜薄(0.53pm刖軟，耐磨性和著色性較差。因此，一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(常用銘酸鹽)和活

13、化劑(常用碳 酸鹽)的溶液中，通過(guò)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)生針孔的作用，促進(jìn)氧化膜成長(zhǎng)和厚 度增加。但要使氧化膜在溶液中的生長(zhǎng)速度必須大于溶解速度。一般所采用的酸有HF、Na 2SiF4十酸、銘酸、酒石酸、磷酸等； 采用的堿性鹽為銘酸鹽、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：飽爾一福格耳法(BV法)、MBV法、E.W法

14、、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)以銘酪或重銘酸鹽為主體；10(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， 常用的化學(xué)氧化膜有 銘酸膜、磷酸膜和新開(kāi)發(fā)的無(wú)銘膜。第二節(jié)陽(yáng)極氧化所謂陽(yáng)極氧化一一即把鋁型材人為陽(yáng)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(yáng)極氧化的種類按電流形式分有：直流電陽(yáng)極氧化、交流電陽(yáng)極氧化、脈沖電流陽(yáng)極 氧化。按電解液分：硫酸、草酸、磷酸、銘酸、混合酸及以磺基有機(jī)酸 為主的自然著色陽(yáng)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(yáng)極氧化原理鋁氧極氧化的原

15、理實(shí)際上就是水電解的原理。陽(yáng)極： Al 3e 一 Al36OH - 3H2O + 3O2+2A13 +3O2 - AI2O3 +熱量(399 卡)陰極：2H+2e H2氧化膜的生成規(guī)律，可通過(guò)氧化過(guò)程的電壓一時(shí)間曲線來(lái)詳細(xì)說(shuō) 明。條件：20%H2SO4水溶液，陽(yáng)極電流密度 DA=1A/dm2,溫度22c.時(shí)間（秒）3-1鋁陽(yáng)極氧化的特性曲線實(shí)驗(yàn)條件；出字九20%. lA/dm九22C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(wú)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(kāi)始下降，一般比最高

16、值下降10 15%, 這是由于電解液對(duì)氧化膜的溶解作用所致， 使鋁表面產(chǎn)生無(wú)數(shù)微觀孔 穴，從而保證電流能夠順利通過(guò)。第三段（曲線cd）:陽(yáng)極氧化經(jīng)過(guò)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(wú)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)并未停止，在每個(gè)孔穴底部，活性層通 過(guò)溶解、再生，隨時(shí)間延長(zhǎng)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15X109m,針孔內(nèi)徑為1015X10-9m,壁厚1215X109m,針孔密度大約為45億個(gè)/m2,硫酸陽(yáng)極氧化膜的孔隙率為20 30%。三、氧化膜厚度K I tS 一氧化膜厚度，m

17、mI電流密度，A/dm2t一氧化時(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(guó)采取 K = 0.250.26例：某廠，20% H2SO4溶液，1820C, DC法DA=1.4A/dm2 , t=30min , S = 1213 m.由 S = K I t K=2= 0.2861.4 30四、直流硫酸陽(yáng)極氧化工藝規(guī)范電流一一直流電DC電解液一一硫酸鋁及鋁合金陽(yáng)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

18、陽(yáng)極氧化工藝：參數(shù)名稱通常使用范圍最佳條件H2SO4含量150 200g/l180g/lAl 3+離子含量< 20g/l5g/l溫度1822 C20 c電流密度1 2A/dm21.2 1.5A/dm2時(shí)間按膜厚要求而定30分鐘 10 p m60分鐘 18 p m電壓16 21V17 19V極比陰極：工件=1 : 2.51 ： 1五、影響陽(yáng)極氧化膜質(zhì)量的因素：1、 硫酸濃度濃度J膜亮度（從無(wú)色透明一灰色；溶液電阻T-梢電壓T浪費(fèi)電能；成膜速度J （膜溶解速度T）。濃度J膜質(zhì)量軟；電解質(zhì)粘度T-水洗困難。工業(yè)實(shí)際使用范圍150200g/l.2、 電流密度由S=K ”t可知：膜厚S由I及t決定

19、，IT、tj-生產(chǎn)率"I大小對(duì)膜質(zhì)量有影響：I （膜結(jié)構(gòu)致密、硬；I T膜易“燒焦”，膜厚 不均勻性T （大面料、復(fù)雜料）。一般采用1.21.5A/dm2。3、 梢液溫度梢液溫度J （如。5C）氧化膜發(fā)脆，膜層透明度與染色性能J （即吸附性能）。梢液溫度T （如A 25C）氧化膜疏松，（呈蜂窩狀晶體，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(yáng)極氧化則很難控制膜厚，鋁合金硫酸陽(yáng)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(lái)確定，一般在 10 22伏范圍內(nèi)，最佳范圍1517V。5、 氧化時(shí)間在恒

20、電流的條件下，由S = 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%T膜色調(diào)深暗或灰黑色。ZnT膜呈灰暗色。 Mn即便< 0.1%膜也帶色與無(wú)光。（2）梢液雜質(zhì)：C、F （氟冷卻液）一出現(xiàn)孔蝕現(xiàn)象。Fe3+一暗 花紋和黑色斑點(diǎn)。Cu2+一正弦曲線狀暗條紋。最好使用純水配電解液（3） Al3+離子：Al3+ ； ； （W0.1g/l時(shí)），電解液溶解能力過(guò)強(qiáng)，膜厚 （生成困難，耐蝕、耐磨、染色等性能配梢時(shí),添加硫酸鋁或部分 老溶液。Al3+T電解液電阻T ,梢電

21、壓T ，易產(chǎn)生白斑點(diǎn)，膜的耐磨、 耐蝕性J ,透明性J.要求 Al 3+< 20g/l。7、攪拌（循環(huán)）為了降溫，采用梢內(nèi)排管進(jìn)行熱交換、梢外熱交換器進(jìn)行熱交換、 壓縮空氣攪拌。膜層“燒焦”、“起粉”。影響因素：電流密度一一電流密度過(guò)高，將引起電解液溫升加快，膜層溶解 速度增加，對(duì)復(fù)雜工件還會(huì)造成電流分布不均，使膜層厚度不均，甚 至有燒毀工件的危險(xiǎn)。電解液溫度一一溫度升高，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

22、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，低溫高電流密度時(shí)更為突 出。而“起粉”現(xiàn)象則是由于膜層過(guò)度化學(xué)溶解所致。 第三節(jié)高速陽(yáng)極氧化 方法： 脈沖陽(yáng)極氧化 加添加劑 混合法一、 脈沖陽(yáng)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Vi和低電壓V2。當(dāng)用Vi電壓進(jìn)行陽(yáng)極氧化時(shí)，穩(wěn)定電流Ii通過(guò)鋁陽(yáng)極，陽(yáng)極氧

23、化膜形成。當(dāng)電壓突然從Vi降至V2后，則出現(xiàn)短時(shí)內(nèi)無(wú)電流通過(guò)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(duì)應(yīng)于電壓V2的穩(wěn) 定電流I2通過(guò)鋁陽(yáng)極。電流隨時(shí)間發(fā)生了畸變，這種現(xiàn)象叫“陽(yáng)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。33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(zhǎng)， 在“燒焦”現(xiàn)象出現(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(zhǎng)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

24、短時(shí)間的所以避免了膜層的過(guò) 度化學(xué)溶解，于是又克服了膜層的“起粉”現(xiàn)象。由此可見(jiàn)，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 = 2 3.5 A/dm2,V = 15 17v,t = 2030 分鐘，S = 1015 p m,T = 2530C。二、加入添加劑加入添加劑NiSO4,使電解液導(dǎo)熱性T .工藝條件：NiSO4 10g/l, I = 2A/dm2, t = 25 分鐘。三、混合法+第四節(jié)其它陽(yáng)極氧化工藝一、 硬質(zhì)陽(yáng)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/mm

25、2（超過(guò)了淬火工具鋼和銘鍍層的硬度）Al合金上的氧化膜硬度 Hb = 250500kgf/mm2膜層最大厚度可達(dá) 250300 pm工藝條件：二、瓷質(zhì)陽(yáng)極氧化（膜灰白色）配方及工藝條件：（略）三、 硫酸交流電陽(yáng)極氧化交流電陽(yáng)極氧化膜層?。?10 pm）、發(fā)黃、硬度工業(yè)上幾 乎不采用?？杉尤氩菟?、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(yáng)極氧化膜著色的方法。一、特點(diǎn)：工藝簡(jiǎn)單，作業(yè)性好，效率高，成本低，色域?qū)?，色?鮮艷。二、方法：分兩大類廣一液法無(wú)機(jī)

26、染料染色法I二液法化學(xué)著色酸性有機(jī)染料水溶性染料YI有機(jī)染料染色法Y1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(yáng)極化膜具有30%的孔隙率，有巨大的比表面積和化學(xué) 活性。靠染料分子或離子的靜電力進(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)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(wú)機(jī)染料染色1、 一液法：將陽(yáng)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、

27、二液法：將陽(yáng)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(yáng)極氧化膜染色的水溶性酸性染料主要有意酶系偶氮基 以及三苯甲烷類。六、工藝流程基本上是：預(yù)處理（同常規(guī)）一硫酸陽(yáng)極氧化一 水和純水洗- 染色一 水 和純水洗一沸水封孔一烘干第二節(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(yáng)極氧化的同時(shí)而著色的方法。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(kāi)發(fā)中）1、 著色原理：眾說(shuō)不一，原

28、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(yáng)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2、 合金發(fā)色法由于合金元素不同，陽(yáng)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。3、 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(yáng)臺(tái)、圍欄等建筑型材及車輛外裝材上。但在使用過(guò)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

29、合金限制），控制要求嚴(yán)，所以逐漸被電解著色法所代替。4、 電源發(fā)色法采用普通硫酸氧化液，施加換向電流、不對(duì)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(yáng)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(guó)際上通稱電解著色法或二次電 解著色法。二、電解著色的發(fā)展趨勢(shì)1、防護(hù)一裝飾性著色膜的發(fā)展趨勢(shì)2、電解著色在機(jī)能方面的發(fā)展趨勢(shì)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(jiàn)后面附錄）四、電解著色的原理電解

30、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(yáng)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(guò)金屬膠粒對(duì)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)阻擋層一一厚150?硫酸陽(yáng)極化膜一<孔徑約120 ?10um厚復(fù)合膜多孔層 < 孔壁厚約300 ?I孔密度4 5億孔/mm22、淺田法鋁陽(yáng)極氧化電解著色的必要條件：1）、采用酸性水溶液、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(duì)電極。五、電解著色液鋁建筑型材

31、著色膜以青銅系應(yīng)用最為普及，九十年代約占我國(guó)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、NiZn、NiMn、PbZn）等都可以獲得青銅色系。我國(guó)工業(yè)上應(yīng)用的有 Ni、Co、Sn和 NiSn混合鹽。應(yīng)用最多的是Sn鹽和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

32、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(jiǎn)單，操作方便，易于控制；對(duì)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 4 5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：SnSO4 10g/l , H2SO4I530g/l , 有機(jī)酸 1530g/l由于無(wú)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+SO4+2H2O-Sn2+（OH）2 J +

33、 H2SO4Sn4+（SO4）2 + 4H2O-Sn4+（OH）4 J + 2H2SO4HzSnOU +H2O時(shí)間不長(zhǎng)，溶液就會(huì)渾濁得不可使用。因此，需加入作為穩(wěn)定劑 的有機(jī)酸。LSnSQ亞錫鹽為著色主鹽，靠 Sn在膜孔中電沉積而顯色。2 . H2SO4提高電導(dǎo)率，防止亞錫鹽氧化水解及提高著色均勻性。3 .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+速度 J ；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、酒石酸鏤防止白斑：MgSO4著色液配

34、方及工藝條件（略）：各種影響電解著色的因素：1 .合金成份：合金成份對(duì)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(yáng)極化膜的表面和內(nèi)在質(zhì)量。凡能形成均勻連續(xù)的陽(yáng)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。2 . SnSO4含量：SnSC4含量越高，著色速度越快，顏色越深。含量過(guò) 高時(shí)，析出過(guò)快，逸出孔外產(chǎn)生錫灰。 SnSO4含量太低，著色很慢， 難以得到深青銅色。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/l3 . H2SO4含量：H2SO4含量T導(dǎo)電性T ,防止 Sn2+Sn4+及水解，但 著

35、色速度J （二 *有礙于Sn2+沉積）。H2SO4含量（導(dǎo)電性J , Sn2+ 易-Sn4+及水解，著色速度含量由低一高，色調(diào)由紅一黃。一般 控制在15 20為宜，PH=0.81.64 .工作電壓：隨丫1著色速度1- Vmax-VT T-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。5 .梢液溫度：TT, Sn2+擴(kuò)散速度T,導(dǎo)電性好，著色速度T,顏色 加T,但易Sn2+-Sn4+及水解加快。要求控制20士 2C。6 .著色時(shí)間：當(dāng)著色電壓一定，tT,色調(diào)由淺一深。根據(jù)電壓、溫

36、度、槽液濃度確定t。7 . PH 值：PHT 易 SM+fSn4+ （PH=1.5±0.5）。PH 值不當(dāng)：顏色不正；著色不均勻8 .氧化膜厚：著深古銅S > 5m即可；著黑色 S>12m以上9 .極比及其分布和間距：極比一一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(huì)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(guò)大過(guò)小均會(huì)）。極間距一一太小一磁場(chǎng)干擾一著色不均；太大一著 色t" 一般情況下，著色電流I = 0.20.3A/dm2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(yáng)極間距為250

37、300mm。10 .雜質(zhì)：Sn鹽電解著色液抗雜質(zhì)性能過(guò)勝過(guò)其它鹽類，危害最大的 雜質(zhì)是K+、 Na+、 NO3 、 Cl 。空氣及雜質(zhì)對(duì)梢液穩(wěn)定性的影響：1.空氣攪拌。2. Fe2+、Cu2+（六）著色液的老化問(wèn)題：有害雜質(zhì)的污染Al3+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(jiǎn)單，十分穩(wěn)定； 原料來(lái)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(duì)雜質(zhì)比較敏感，尤其對(duì)Na+、K+。由于最后二個(gè)的原因，Ni鹽梢被Sn鹽所取代。（二）主要成

38、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(yáng)極氧化（膜厚S =79w m）Ni 鹽電解交流著色（青銅色）電泳涂漆或浸漬涂漆法（丙稀酸透明漆5=79區(qū)m）Ni 鹽電解著色工藝：NiSO4 7H2O 25g/l, MgSO4 7H2O 20g/l, （NH4）2SO4l5g/l, H3BO3 25g/l PH=4.4, V=715v, I=0.1 0.8A/dm2, 50Hz, T=1525c , t=215' 3、 Ni Sn 混合鹽電解著色為解決純Ni鹽電解著色的缺點(diǎn)，人們研究了 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

39、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NiSO4 30g/l, H3BO3 30g/l， SnSO4 5g/l, H2SO4 18g/l 穩(wěn)定劑10g/l,溫度2030C, 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r浸漬涂漆法靜電粉末噴涂<靜電噴涂法 «靜電噴漆I電泳涂漆法第五章封孔處理封孔處理是為改善陽(yáng)極化鋁的耐蝕性和物理性能為目的而進(jìn)行后處理的總稱。封孔目的：提高氧化膜的防污染、抗

40、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一一1加壓水蒸汽 rI沸水化學(xué)法j無(wú)機(jī)質(zhì)封孔一一常溫（或中溫）封孔I有機(jī)質(zhì)封孔,涂布或浸漬合成樹(shù)脂<'涂布或浸漬油脂f無(wú)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(wú)機(jī)鹽中進(jìn)行電化學(xué)處理有機(jī)質(zhì)封孔一一電泳合成樹(shù)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(guò)程?；瘜W(xué)反應(yīng)通式：A1203 nHO Al 2O3 nhkO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。T<80C 時(shí)，H20丫 一 AI2O3 2A100H+2H 2。7丫 一 AI2O3 3H2。（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。T>80C 時(shí)，H20丫 一 AI2O3 2AIOOH+H2。-丫 - 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=8595c , t=2030', PH=6±0.5封孔時(shí)間T,容易起粉霜（又稱封閉華），封孔質(zhì)量也不在好目前基本淘汰水合封孔的缺點(diǎn):能耗大，勞動(dòng)條件差，T =8