铝及铝合金阳极氧化、着色及封闭的现状和发展趋势_qmhuang'dimension_ ...
1 前言
   CK-LY氧化添加剂包括特定的有机酸和导电盐,前者能提高电解液的工作温度,抑制阳极氧化膜的化学溶解,在较高的温度下对抑制氧化膜疏松有良好的作 用;后者能增强电解液的导电性,提高电流密度,加快成膜速度。该添加剂溶于硫酸电解液,对电解液中的金属离子有络合作用,使溶液中铝离子的容忍量提高,氧 化液的寿命延长,操作温度可达30℃以上,而普通硫酸氧化工艺21℃以上就必须开冷水机;同时减少了氧化时间,并可获得高质量的氧化膜。
   经阳极氧化后的铝材进行电解着色,可以提高装饰效果和商品价值。氧化膜的厚度、均匀性及结构与电解着色速度和色差有直接关系。电解着色时金属离子是在膜 孔底部的阻挡层上还原沉积的。由于金属粒子受光的散射作用而显色。欲在阻挡层上沉积金属,关键在于活化阻挡层。所以要使用交流电的极性变化来提高其化学反 应活性。又由于阻挡层具有整流作用,将交流电变成了直流电,故铝一侧电流的负成分占主导,进入膜孔内的金属离子被还原析出。
   以往铝型材着色大都是青铜色系,以单锡盐或镍锡混盐为主。近年来电解着古铜色将被钛金色、金黄色、仿不锈钢色、浅红色、香槟色、银灰色等多种浅色调所代 替。钛金色鲜活不妖艳,黄中透红,令人赏心悦目,并具有着色成本较低,增值较高的优点,它作为浅色调中的主色调己十分明显。以银盐和锰盐为主盐的金黄色在 香港和越南市场行情良好。锰盐着金黄色逼真,成本较低。但不稳定,不宜连续生产;银盐着色可获得金黄色、绿金色、黄绿色和金土色等多种色调,槽液十分稳 定,潜在经济效益好,应开发应用。
   在用锡盐进行光干涉电解着色的研究中发现,获得蓝色的干涉色最为困难,用普通电解着色方法着色,获得蓝色也是困难的,于芝兰等人在此方面进行了研究。实 验材料为L2(2号工业纯铝,含铝99.6%)和LD31(相当于美国的6063),试样尺寸L250 mm×50mm×1mm,LD3125mm×25mm角材,1.3mm厚,其表面积为0.68dm2;阳极氧化条 件,H2SO4(ρ=1.84g/cm3)180g/L,18℃,1.2-1.4A/dm2,30min,膜厚12-14μm;用磷酸直流扩孔处理;锡盐 电解着色:SnSO416g/L,H2SO414g/L,混合添加剂16g/L,18-20℃,交流着色电压12-14V,此外还使用铜盐和Cu-Ni混 合盐电解着色,可得到黄红、绿、蓝较稳定的干涉色。
   采用水蒸汽封闭法,可以有效地封闭所有的孔隙。若在封闭前将氧化后的制件进行真空处理一段时间,则封闭效果更加明显。蒸汽封闭的特点是不发生颜色的透扩 散现象,因此不宜出现“流色”。但是蒸汽封闭法所用的设备及成本较沸水法高,所以除非有特殊要求,应尽可能使用沸水法封闭。当用蒸汽封闭时,温度应控制在 100-110℃,时间为30min,温度太高,氧化膜的硬度和耐磨性严重下降,因此蒸汽温度不可太高。
   此法适宜于封闭硫酸溶液中阳极氧化的膜层及化学氧化的膜层,用本方法处理后的氧化膜显黄色,耐蚀性高,但不适用于装饰性使用。这种方法的实质是在较高的 温度下,使氧化膜和重铬酸盐产生化学反应,反应产物碱式铬酸铝及重铬酸铝就沉淀于膜孔中,同时热沉淀使氧化膜层表面产生水化,加强了封闭作用,故可认为是 填充及水化的双重封闭作用。通常使用的封闭溶液为5%-10%的重铬酸钾水溶液,操作温度为90-95℃,封闭时间为30min,沉淀中不得有氯化物或硫 酸盐。
   微弧阳极氧化又称微等离子体氧化或阳极火花沉淀,是阳极氧化技术的发展,它使用比普通阳极氧化高的电压。微弧阳极氧化突破传统阳极氧化的限制,将Al、 Ti、Ta等金属或其合金置于电解液中,利用电化学方法,使该材料表面微孔中产生火花放电斑点,在热化学、等离子体化学和电化学共同作用下,生成陶瓷膜层 的阳极氧化方法。放电过程中,每平方厘米铝阳极表面约有105个火花存在,放电时瞬间温度可达8000K以上,生成一种性能类似于烧结碳化物的陶瓷膜。此 氧化膜硬度特高,耐磨,绝缘电阻高。在特殊电解液中氧化还可以形成不同色调花纹的瓷釉质感的铝表面,既可作高等装饰材料又可作功能膜,如汽车活塞环、电子 工业的绝缘层等。微弧阳极氧化技术采用高电压,大电流的工作方式,在制取多功能保护涂层方面获得越来越广泛的应用,在航天、航空、机械、电子、纺织等工业 领域有广阔的应用前景。
   工艺流程为:除油→去离子水漂洗→微弧氧化→自来水冲洗→自然干燥。电解液主要成分为柠檬酸三钠和磷酸钠。微弧氧化电压:工作电压可调,起始击穿电压为 80V,{zg}工作电压为230V。实验表明,微弧氧化膜层表面粗糙度高于一般电镀层和阳极氧化层,远低于各种喷涂层。随着电流密度及强化时间的增加,膜层 的表面粗糙度增大。最初随着电流密度的增加,所获得膜的硬度也增加,超过8A/dm2以后,膜层硬度趋于稳定。经微弧氧化后,耐磨性提高了3-4倍。
温度上限和膜层性能有显著提高。日本的吉村长藏等首先进行了这方面的研究,结果表明,有的粉体可提高膜层硬度,有的粉体可降低氧化槽压,有的粉体则可增加 膜层厚度。新近的研究结果表明:Al2O3粉体可使铝在H3PO4溶液中的氧化膜的硬度和耐蚀性提高一倍以上,因而具有广阔的研究前途。


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