铝的染色

【原理】经过染色处理的铝制品，颜色鲜艳、美观，抗腐蚀性强，它的耐磨性和绝缘性都高于一般的铝制品。铝根据阳极氧化法原理染色。以硫酸为电解液，铝制品作阳极，经过一段时间的通电，铝的表面就会被氧化。阳极氧化的实质是水的放电，生成的初生态氧对铝电极发生氧化，反应式可以简单表示如下。

H2O=[O]+2H++2e

2Al+3[O]=Al2O3

形成的氧化膜厚度可达几十到近百微米，孔隙率是10～15％。这样新生成的多孔氧化膜，有强烈的吸附能力，能吸附各种色素，因此能染制成各种颜色的铝制品。

多孔氧化膜的保护性不强，只有经过封闭处理，才能提高氧化膜的抗蚀能力和绝缘性，还能起保护颜色的作用。氧化膜的孔隙可借沸水或水蒸气的作用来封闭，使电解时生成的氧化铝转化成水合氧化铝（Al2O3·H2O或Al2O3·3H2O）。水合氧化铝呈透明状，当氧化铝水化成一水合物后，体积增大33％，水化成三水合物时，体积几乎增加100％。这是铝的氧化膜水化后能封闭孔隙的原因。

【操作】

（1）除去铝制品表面的油污把铝制品浸入60～70℃含碳酸钠30～40g/L和磷酸三钠50～60g/L的溶液中，不断翻动，直到油污被除尽。新的铝制品只要浸2～3分钟。处理后分别用热水和冷水清洗。

（2）碱液浸蚀把去油污后的铝制品浸入60～70℃含氢氧化钠60～80g/L的溶液中，这时铝的表面有大量气泡生成。浸蚀时间不应超过半分钟，随即分别用热水和冷水清洗。浸蚀后，铝制品表面洁净光亮，适宜做阳极氧化处理。

（3）阳极氧化用180～200g/L的硫酸作电解液，以铝板或石墨作阴极，铝制品作阳极，接上13～24V的电源。开始时，阳极电流密度应控制在0.5A/dm2左右，1分钟后把电流密度加大到0.8～1.5A/dm2。电解温度保持在13～26℃范围内，经30～40分钟氧化完成。

（4）染色氧化后的铝制品，用冷的（不能用热的）蒸馏水仔细清洗，再用1％的氨水（用蒸馏水配制）浸几秒钟，中和可能残留在孔隙中的酸液。然后立即浸入事先准备好的染色溶液中染色。染料可选用专门染丝、毛织物的一些有机染料，也可选用无机颜料。有机染料配成染色液的浓度、温度、酸度（pH值）和染色时间可参阅下表。染色液的pH值可以用氨水或醋酸调节。染色的深浅可以通过染色时间的长短来控制。有机染料染色液的配制方法是：先将染料用少量蒸馏水调成糊状，然后加适量水，煮沸15～20分钟。滤去不溶物，倒入染色容器中，用蒸馏水稀释到所需要的浓度，再按规定调节好pH值就能使用。无机颜料一般分甲液和乙液两种浸液，通常先投入甲液浸5～10分钟，再投入乙液浸5～10分钟。几种无机颜料的浓度配比可参阅下页上的表。

（5）封闭从染料液中取出铝制品，用蒸馏水洗去表面的染色液。如果用的是有机染料，放入煮沸的蒸馏水中在95℃以上的温度下保持20分钟，就能完成封闭处理。如果用无机颜料，只要在60～80℃温度下烘干。

【说明】

（1）阳极氧化的温度不能过高，过高对形成氧化膜不利。阳极氧化反应是放热的，在氧化时溶液的温度会不断升高。为了不使温度升高过快，电解液可适当多配一些。如果氧化件面积是1dm2，电解液的体积不应小于3L。

（2）电解液中不能含有铅、铜等杂质离子，否则会影响铝表面的光泽。

（3）阳极氧化的电源也可以用交流电，用交流电得到的氧化膜，硬度和耐磨性虽然差一些，但是膜的透明度比较好，可以获得满意的光泽。

（4）原料和染料都要选用纯度高的产品。有些产品中含有元明粉、糊精等，用来染色效果不好。

（5）氧化后不能用热水清洗，原因是为了防止孔隙封闭，影响染色效果。清洗和染色要用蒸馏水，不能用普通水，以免普通水里的钙、镁离子进入空隙，影响染色封闭质量。

（6）如果染色不匀想要除去，可以用1％的次氯酸钠溶液为清洗液除色。

（7）用上述原理还可进行多色染色。例如铝件要染黄、红两种颜色，先按上述步骤染上黄色，再用毛笔蘸清漆或火棉胶液薄薄地涂刷在要保留黄色的地方。待漆膜干后，把铝件浸入稀铬酸溶液里，褪去未涂刷清漆部分的黄色。取出后用蒸馏水洗净，再重新染红色。如果要染第三、四色，仍照上法操作。几种颜色都染好了，用溶剂除去漆膜后再一起作封闭处理。

（8）本实验在去油污以后的各步操作中，手指和脏物不能接触氧化件，以保证制品质量。

在铁片上电镀锌

【原理】电解质溶液中的金属离子，在直流电作用下在阴极上还原并沉积为金属的过程，叫做电镀。电镀层的质量决定于电镀时结晶核心的形成速度和晶核的成长速度。如果晶核形成快（结晶中心多），成长慢，镀层的结晶细而致密，防护效果和外观都比较好。电镀液的阴极极化作用越大，晶核形成的相对速度也就越大，得到的镀层就越细密光亮。

氨三乙酸－氯化铵镀锌液，以氯化锌为主盐，加入氨三乙酸和氯化铵等络合剂，能有效地提高极化作用。聚乙二醇和硫脲能提高镀层的光泽程度。洗洁精能使镀件表面的氢气泡更快脱离，防止镀层出现针孔、麻点或条痕等弊病。

【准备】

（l）自制演示电镀槽。槽的大小可以自行考虑，但要尽可能做成偏薄状，这样演示时清晰度较高，而且需要的电镀液较少，材料可选用有机玻璃板。

（2）剪取面积相同的长方形铜片、锌片各一块。两块金属片的上端都弯成一个钩，以便吊挂在电镀槽上端，或一起固定在一根塑料棒上（棒可搁在电镀槽口上），并各引出一根导线。把两块金属片放在电镀槽内。装置参见左图。

（3）配制电镀液。镀锌电镀液组份的配比见下表。

（续表）

以上配方三所需的试剂，种类最少，而且一般中学化学实验室都有，配制比较方便，但电镀质量较差，宜用于课外活动实验。镀液的配制步骤分以下四步。

（l）用大约镀液总体积2/3的热水（约60℃）溶解氯化铵。

（2）把氯化锌用少量水溶解后加入上述溶液中。

（3）把醋酸钠用少量热水溶解，加入上述溶液中，然后加水到规定的体积。测定pH值是否在所要求的范围内，如果不是，用氢氧化钠溶液或盐酸调节。过滤后就能用于试镀。

（4）演示前，先在上述电镀槽内加入4/5容积的电镀液。再将铜片、锌片用细砂纸较彻底地磨光，除去表面的污垢和氧化层，必要时经碱洗、酸洗，再用水冲洗干净，立即浸入电镀液内。

【操作】

（l）电镀演示时，把铜片上的导线接电源负极（电镀时铜片是阴极）、锌片上的导线接电源正极（电镀时锌片是阳极）。打开电源开关，把电压调到2V左右，十几秒钟内，铜片被银白色的锌复盖。电镀时如果有较多气泡，必须调低电压，否则镀层较暗、较灰。

（2）取出电极清洗干净，把镀液装瓶保存，清洗电镀槽，以备再用。

【说明】

（1）镀件的前处理　 待镀件{zh0}选用无锈、新的铁制件（如橱门铰链、螺丝、螺丝帽等），在适当部位系上一根导电铜丝，然后进行表面去油。

把镀件放在80～100℃、含有5％氢氧化钠和5％碳酸钠溶液中，反复搅动，直到油污被除尽，表面能被水浸润。用水洗去碱液。经过上述处理后，零件上如果还有锈斑，应放到1∶2的盐酸中除锈，{zh1}经过清洗，才能放入电镀槽中。

（2）电镀　 在电镀槽中，取两块锌片作阳极，接上电源正极后分别挂在镀件两侧，尽可能跟镀件的距离大一些，镀件接电源负极。接通电源后，调节电流到计算值（可按镀件表面积每平方分米1.2安培计算）。这时镀件表面有锌沉积出来，还有少量细微的气泡生成，并迅速从表面脱离，说明电镀正常。半小时后，镀层达到一定的厚度，可把镀件取出清洗。接着进行钝化处理。

（3）钝化处理　 锌镀层的钝化方法很多，其中铬酸的钝化方法用得比较普遍。通过铬酸钝化液处理，锌镀层表面生成一层化学稳定性较高的薄膜，提高了抗蚀能力，并使表面光亮美观。下面介绍低浓度铬酸彩色钝化方法。

①配制钝化液称取110g铬酐（CrO3），溶于500mL水里，用玻棒搅拌。再加入10mL左右的浓硫酸和约15mL的浓硝酸，充分搅拌均匀。

②钝化操作步骤 把电镀、清洗过的镀件浸入3％的硝酸中约1～2秒，这叫做出光。经过出光，镀层很光亮。出光后立即用水清洗，然后浸入配好的钝化液中，搅动3～7秒钟，取出后在空气中停留10～15秒钟。{zh1}用冷水、热水洗，再在60℃下烘干。这时镀层不仅光亮，而且带有红绿彩色条纹，十分美丽。

电镀的质量还跟电镀时阴极的电流密度有关，电流密度过大（超过上限），镀件表面气泡增多，镀层发暗，表面粗糙。电流密度过小，镀层沉积慢，电镀时间长。因此，电镀时电路中一定要串连一个电流表（有电流表的电源可省略）。如果电源的输出电压是固定的，那么电路中还要串联一个变阻器，以控制通过的电流。

发蓝处理

用品：烧杯、铁片(铁钉或缝衣针)。

氢氧化钠、亚硝酸钠、硝酸钠、盐酸、肥皂、锭子油、铁粉、硫酸铜。

原理：钢铁制品容易发生锈蚀。发蓝是用化学方法，把钢铁制品放在热的氧化性溶液中煮沸一定时间，使钢铁制品表面形成一层致密的、由磁性氧化铁组成的黑色和蓝黑色的氧化膜，这层氧化膜具有较强的抗腐蚀能力。有关化学方程式表示如下：

操作：

1.配制发蓝溶液先把30克氢氧化钠溶于30毫升水的烧杯中，再慢慢地加入9克亚硝酸钠和5克硝酸钠，使之溶解，再加水到50毫升。然后再入一些纯净的铁粉，并加热至沸，这时温度约可达到138～150℃。

2.钢铁制品表面的预处理把几枚缝衣针(或铁钉、铁片)表面上的油污、锈斑处理干净。一般用10％的碱液在80℃浸10分钟取出，用清水洗涤即可除油，然后再用盐酸除锈。

3.发蓝把缝衣针(或铁钉、铁片)浸入煮沸的发蓝液中约半小时取出后，在表面上即有一层蓝黑色的氧化膜。

4.后处理把经过发蓝处理的缝衣针(或铁钉、铁片)，浸入冷水中漂洗，再浸入热水中漂洗，以洗去表面沾有的发蓝液。取出后，浸入3～5％的热肥皂水中(80～90℃)5分钟左右，然后再用冷水和热水分别冲洗一次，{zh1}浸在105～110℃的锭子油处理5～10分钟，取出后放置10分钟，使沾着的油液流净后再擦干表面即可。

经这样处理的钢铁制品表面呈蓝黑色而且均匀致密。

注意事项：

1.在发蓝处理前，钢铁制品的表面一定要洗净。

2.如要检验发蓝是否有防护作用，可把经发蓝处理过的制品浸入2％硫酸铜溶液中，在室温下浸半分钟后取出，观察表面是否有红色的铜析出，如没有铜析出，则发蓝有效。