鋁合金錫鎳雙鹽電解著色手藝 運(yùn)用

1、 媒介

鋁合金具有重量輕、易成型、比強(qiáng)度高、耐蝕性好等特點(diǎn)，普遍 利用于航空航天、交通運(yùn)輸、輕工、建材、包裝防腐、電器、家具等各個(gè)范疇 。鋁成品 達(dá)70余萬種，有第二鋼鐵之稱。以鋁代鋼、銅和木材是現(xiàn)今 世界的成長 趨向 ，鋁合金本來 色彩 較單一，不克不及 知足 利用中色彩 多樣化的需求，跟著 人們糊口水平的提高，對色采 多樣的鋁著色產(chǎn)物 提出了更新、更高的要求，付與 其優(yōu)良 的輪廓功能特征 。成長 到今天，鋁型材陽極氧化電解著色手藝 已 處于焦點(diǎn) 手藝 地位[3]，鋁型材電解著色手藝 水平的凹凸 代表著一個(gè)鋁型材企業(yè)輪廓處置手藝 水平的地位，決議著鋁型材企業(yè)產(chǎn)物 的競爭力，本文針對今朝 鋁型材行業(yè)中采取 最多、利用最普遍 的錫—鎳雙鹽電解著色手藝 進(jìn)行具體 的研究。

2、 錫—鎳雙鹽電解著色機(jī)理

今朝 國表里 工業(yè)化臨盆 的電解著色手藝 根基 上是錫—鎳雙鹽和單鎳鹽兩類[，特別 是錫—鎳雙鹽電解著色手藝 工業(yè)化上利用較普遍 ，其著色的色彩 年夜 體上都是從淺到深的古銅色系，這是再可見光局限 內(nèi)散射效應(yīng)獲得 的色系，國表里 研究者對錫—鎳雙鹽電解著色工藝在20世紀(jì)80年月 就趨于成熟，對電解著色的機(jī)理進(jìn)行深入的研究，從微不雅 上研究了氧化膜及著色機(jī)理，可是電解著色進(jìn)程 比力復(fù)雜，有些研究理論沒有獲得 統(tǒng)一承認(rèn) ，如電解著色膜中金屬的存在形態(tài)，電解著色顯色道理 ，電解著色進(jìn)程 中電流若何 經(jīng)由過程 反對 層使金屬離子還原在氧化膜的底部等都有分歧 的不雅 點(diǎn)和觀念。國表里 的研究注解 ，非論何種金屬鹽的交換 電解著色膜，陽極膜孔中的沉積物既有結(jié)晶態(tài)的金屬離子，也有非晶態(tài)的金屬氧化物或氫氧化物，分歧 的金屬離子沉積呈分歧 的色彩 ，陽極氧化和電解著色的條件隨所采取 金屬鹽的分歧 而分歧 。

錫—鎳雙鹽電解著色根基 進(jìn)程 分為3個(gè)步調(diào) ：（1）Sn2+、Ni2+和H+等回響反映 物離子向氧化膜反對 層輪廓四周 傳遞；（2）Sn2+和Ni2+在氧化膜反對 層與著色液界面間獲得電子，H+穿入反對 層，在基體與反對 層界面間獲得電子；（3）析出金屬和臨盆 氫氣。Sn2+在陰極的還原沉積回響反映 ：Sn2++2e→Sn；與此同時(shí)氫離子在陰極的放電回響反映 發(fā)生 氫氣：2H++2e→H2；由于錫—鎳雙鹽電解著色工藝 PH為1擺布，達(dá)不到Ni2+還原電極電位，此時(shí)鎳離子不克不及 被還原，只有亞錫離子被還原。

3、 年夜 型臨盆 線鋁合金錫—鎳雙鹽電解著色樞紐手藝

3.1 工藝參數(shù)對鋁型材錫—鎳雙鹽電解著色的影響

3.1.1 主鹽濃度對鋁型材錫—鎳雙鹽電解著色的影響

在錫—鎳雙鹽電解著色液中，若是硫酸亞錫和硫酸鎳濃度低于工藝局限 ，就不輕易 在鋁的氧化膜空中著上色彩 ，若硫酸亞錫和硫酸鎳濃渡過 高時(shí)，易呈現(xiàn)浮色，水洗后易被洗脫。是以 ，主鹽濃度的節(jié)制 必需 在工藝局限 內(nèi)，以包管 著上由淺至深色彩 要求，一般年夜 型臨盆 線臨盆 噴鼻 檳色系，硫酸亞錫濃度節(jié)制 為：4-5g/L；硫酸鎳濃度節(jié)制 為18-20g/L；若臨盆 古銅或黑色系，則硫酸亞錫濃度節(jié)制 為：8-10g/L；硫酸鎳濃度節(jié)制 為：28-30g/L；在錫—鎳雙鹽電解著色工藝中鎳離子是不克不及 被還原沉積在鋁氧化膜孔中，到場 鎳離子是使其與亞錫離子競爭還原并增進(jìn) 亞錫離子還原沉積在氧化膜孔內(nèi)，加速 電解著色進(jìn)程 ，縮短了電解著色時(shí)間。

3.1.2 槽夜PH值對鋁型材錫—鎳雙鹽電解著色的影響

在錫—鎳雙鹽電解著色液中，槽夜PH值一般要恒定在1擺布，當(dāng)PH值跨越 1.5以上，二價(jià)錫離子的水解感化 加重 ，氧化膜遭到 浸蝕，易被氫氧化物堵住膜孔而著不上色，此時(shí)可用試劑硫酸來調(diào)槽液，到場 硫酸是提高槽液酸度最經(jīng)濟(jì)、最有用 的方式 ，另外 也可到場 有機(jī)酸來提高槽液酸度，有機(jī)酸固然 價(jià)錢 比硫酸高，可是到場 有益 于提高槽液的絡(luò)合感化 。槽液的PH值也弗成 太低 ，當(dāng)槽液PH值低于0.5時(shí)，氧化膜易遭到侵蝕 而難著上色，著上色的部份 也會呈現(xiàn)不平均 或色調(diào)偏青且輕易 退色 ，有時(shí)乃至 完全著不上色，同時(shí)槽液PH值太低還會造成氫離子優(yōu)先于亞錫離子被還原生成氫氣，下降 了亞錫離子的沉積速度，影響電解著色結(jié)果 。

3.1.3 槽液溫度對錫—鎳雙鹽電解著色的影響

槽液溫度上升會加速二價(jià)錫離子氧化成四價(jià)錫離子，且水解回響反映 速度加速 ，為此，節(jié)制 槽液溫度對保護(hù) 槽液不亂 性具有主要 的意義，槽液溫渡過 高另外一 弱點(diǎn)是使著色液的電導(dǎo)率加年夜 ，亞錫離子的還原回響反映 加速 ，跟著 著色速度加速，氧化膜輪廓易著上粗拙 的浮色，工藝節(jié)制 難度加年夜 。若是槽液溫渡過 低，則著色速度遲緩 ，只能著淺的色彩 。一般年夜 型臨盆 線上錫-鎳雙鹽電解著色槽液溫度節(jié)制 為18-22℃，槽液溫度若是節(jié)制 在工藝局限 以內(nèi) ，則以上兩點(diǎn)都可避免發(fā)生。

3.1.4 交換 電壓轉(zhuǎn)變 對錫—鎳雙鹽電解著色的影響

在電解著色液的濃度、PH值、溫度和著色時(shí)間不變的條件下，若果采取 低電壓著色，則著色速度遲緩 ，色度較淺，若果采取 提高招色電壓，則著色速度加速 ，并能著上較深的色彩 ，年夜 型臨盆 線上臨盆 淡色 線產(chǎn)物 交換 電壓一般節(jié)制 為15-17V，臨盆 深色系產(chǎn)物 交換 電壓一般節(jié)制 為17-19V；另外 交換 電壓不克不及 上升太快，一般經(jīng)由 年夜 約40s使交換 電壓從0V增添 到17V，若是電壓上升太快，就會使氧化膜發(fā)生剝離，從而致使 不克不及 上色。

3.1.5 著色時(shí)間對錫—鎳雙鹽電解著色的影響

在電解著色液的濃度、PH值、溫度和交換 電壓不變的條件下，跟著 電解著色時(shí)間的耽誤 ，產(chǎn)物 可以著上淺至深的分歧 色彩 ，在錫—鎳雙鹽電解著色進(jìn)程 中，由法拉第定律可知金屬析出量正比與經(jīng)由過程 的總電量，且電量=電流×時(shí)間（Q=I×T）；而色彩 的深度是正比于金屬析出量的，是以 為使著色產(chǎn)物 的色度根基 一致，在其它工藝條件不變的條件 下，節(jié)制 著色正常時(shí)間是相當(dāng) 主要 的。

3.2 添加劑對鋁型材錫—鎳雙鹽電解著色的影響

添加劑的利用 是錫—鎳雙鹽電解著色工藝得以工業(yè)化年夜 批量利用的樞紐，電解著色是在通電條件下，金屬離子還原為金屬沉積在氧化膜孔內(nèi)的電化學(xué)回響反映 進(jìn)程 ，錫—鎳雙鹽電解著色手藝 是使電解液中的二價(jià)錫離子還原成金屬錫沉積在氧化膜孔內(nèi)，為了節(jié)制 二價(jià)錫離子的還原速度，同時(shí)由于二價(jià)錫離子屬于電化學(xué)回響反映 超電壓小，電極還原速度很快的金屬離子，為了使著色層致密、亮光 且色彩 豐滿 ，必需 提高二價(jià)錫離子的電極回響反映 超電壓，為提崇高高貴電壓可向電解液中到場 添加劑，由于二價(jià)錫離子很輕易 氧化成四價(jià)錫離子，是以 添加劑必需 具有抗氧化感化 ，為了確保錫—鎳雙鹽電解著色液可以或許 歷久不亂 的臨盆 ，著色添加劑必需 含有絡(luò)合不亂 劑、抗氧劑、PH緩沖劑、抗雜質(zhì)離子干擾劑等物資 。

3.2.1 絡(luò)合不亂 劑

今朝 Sn2+絡(luò)合不亂 劑中酒石酸的絡(luò)合結(jié)果 是最幻想 的，在酸性溶液中，錫鹽會水解臨盆 不溶性白色沉淀氫氧化物，在電解著色液中添加酒石酸，可以或許 絡(luò)合Sn2+和Sn4+，使得錫離子連結(jié) 水溶性，不致發(fā)生 沉淀，此回響反映 化學(xué)方程式以下 ：

2(C4H4O6)2++ Sn2+Sn(C4H4O6)2

在1L溶液中硫酸亞錫與酒石酸的絡(luò)合實(shí)驗(yàn) 數(shù)據(jù)見表1：

表1 硫酸亞錫與酒石酸絡(luò)合實(shí)驗(yàn) 數(shù)據(jù)

從表1數(shù)據(jù)中可以看出硫酸亞錫與酒石酸的絡(luò)合結(jié)果 最好 比例（質(zhì)量比）為：1:1.5，而工業(yè)化臨盆 一般硫酸亞錫與酒石酸按1:2比例進(jìn)行添加，到場 過量的酒石酸其感化 是可以絡(luò)合電解液中的Ni2+和槽液中生成的Sn4+，是槽液透明清亮 不發(fā)生 沉淀。另外 酒石酸自己 帶有—NH 2官能團(tuán)可以或許 促使Sn4+轉(zhuǎn)化成Sn2+，是以 酒石酸還是一種還原劑，也能夠 作為一種Sn2+的抗氧化劑到場 到錫—鎳雙鹽電解著色液中。

3.2.2 抗氧化劑

Sn4+與Sn2+分歧 ，不但 不介入 電解著色回響反映 ，并且 在電解液中易構(gòu)成 沉淀，故障 電解著色回響反映 的平均 性，是以 應(yīng)當(dāng) 向錫—鎳雙鹽電解著色液中到場 抗氧化劑，按捺 Sn4+的構(gòu)成 ，這類 抗氧化劑許多 ，上面所提到酒石酸的還原性較強(qiáng)，所以可作為短時(shí)間 的還原劑利用 ，在工業(yè)化臨盆 中常常 到場 酒石酸是不敷 的，在一般錫—鎳雙鹽電解著色液中，平日 是到場 鄰苯二酚和對苯二酚來作為抗氧化劑，由于 鄰苯二酚和對苯二酚中的2個(gè)在苯環(huán)上的鄰位和對位的—OH具有很強(qiáng)的還原性，可以或許 使Sn2+不被氧化成Sn4+。向電解液中到場 鄰苯二酚和對苯二酚等還原性強(qiáng)的抗氧化劑還可以來調(diào)理 著色產(chǎn)物 的底色，此類物資 可以或許 使產(chǎn)物 底色偏青具有較亮的金屬質(zhì)感，在年夜 型臨盆 線受騙 產(chǎn)物 在電解著色液中著色終了 后，需要用行車把產(chǎn)物 從著色液中掏出 實(shí)時(shí) 的轉(zhuǎn)入到水槽中，把產(chǎn)物 輪廓清洗清潔 后在進(jìn)入到下工序中，在臨盆 線上轉(zhuǎn)序的進(jìn)程 中，產(chǎn)物 氧化膜孔內(nèi)沉積的金屬錫在酸性條件下會與空氣中的氧氣發(fā)生氧化回響反映 使膜孔內(nèi)生成錫的氧化物，在光的散射感化 下而使產(chǎn)物 底色偏黃且金屬質(zhì)感差，而到場 過量的鄰苯二酚和對苯二酚等還原性強(qiáng)的抗氧化劑可以或許 減緩產(chǎn)物 氧化膜孔內(nèi)錫的氧化物生成。另外 還可向電解液中到場 適當(dāng) 的硫酸聯(lián)氨、硫脲和抗壞血酸等來協(xié)同作為錫—鎳雙鹽電解著色液抗氧化劑。

3.2.3 PH緩沖劑

在錫—鎳雙鹽電解著色液中一般到場 硼酸來作為PH調(diào)劑 劑，由于 硼酸溶液的PH一般在4擺布，且硼酸是一種弱酸在電解液中可以或許 起到緩沖溶液的感化 ，電解著色液中Ni2+只能在PH為4擺布才能沉積在氧化膜孔內(nèi)，是以 到場 硼酸可以或許 促使Ni2+的還原，進(jìn)而改變產(chǎn)物 的底色和色調(diào)。

3.2.4 抗雜質(zhì)離子干擾劑

跟著 年夜 型臨盆 線不中斷 的臨盆 ，錫—鎳雙鹽電解著色液中的Al3+濃度會愈來愈 高，當(dāng)電解液中Al3+濃度到達(dá) 必然 量時(shí)就會構(gòu)成 沉淀，從而影響電解著色回響反映 的平均 性，是以 必需 到場 抗雜質(zhì)離子干擾劑來絡(luò)合槽液中的Al3+，而檸檬酸不但 可以或許 很好絡(luò)合電解著色液中的Al3+，還可以或許 作為槽液的PH調(diào)劑 劑來利用 。

3.3 年夜 型臨盆 線錫—鎳雙鹽電解著色液的保護(hù)

在年夜 型臨盆 線上錫—鎳雙鹽電解著色槽液沒有臨盆 時(shí)，即便 槽液中存在抗氧化劑，Sn2+氧化成Sn4+的回響反映 依然 會發(fā)生，其回響反映 方程式以下 ：

2Sn2++O2+4H+2Sn4++2H2O

是以 在臨盆 線停工停產(chǎn)時(shí)也必需 天天 添加適當(dāng) 的硫酸亞錫和添加劑來保護(hù) 電解著色槽液不亂 。

錫—鎳雙鹽電解著色液利用 一段時(shí)間后，槽液輪廓會浮起白色沉淀，主如果 細(xì)晶狀氫氧化物（Sn4+）。另外一 個(gè)白色沉淀的來歷，是陽極氧化槽中堆集的鋁鹽轉(zhuǎn)移到電解著色槽中，然后構(gòu)成 氫氧化鋁沉淀，電解著色槽液中氫氧化鋁沉淀增添 到必然 水平 ，電解著色的平均 性必定 會轉(zhuǎn)變 ，是以 要將其星散 、去除，電解著色槽液應(yīng)當(dāng) 老是 連結(jié) 清亮 不污濁 的透明狀況 ，如許 有益 于電解著色產(chǎn)物 色彩 的平均 性。在工業(yè)化上除失落 槽液中這些膠態(tài)顆粒最有用 的方式 是采取 高份子 聚合物絮凝的方式 。平日 采取 的高份子 聚合物絮凝劑是聚丙烯酰胺，經(jīng)由 量 年工業(yè)化臨盆 實(shí)踐可知，向電解著色液中到場 0.3-0.5kg/m3的陽離子聚丙烯酰胺，同時(shí)不竭攪拌槽液，使得白色沉淀物構(gòu)成 絮凝沉淀，然后使槽液靜置15天，槽液將漸漸 變成 澄清，若在上述進(jìn)程 中再到場 0.1-0.2kg/m3非離子性聚丙烯酰胺，則可加速 沉淀進(jìn)程 同時(shí)縮短澄清時(shí)間。如許 處置臨盆 的絮凝物在重力的感化 下沉降在槽底，不會浮在槽液輪廓，然后用潛水泵把上層清亮 槽液抽走，然后把基層 沉淀排失落 ，如許 就可以 夠有用 的除去四價(jià)錫的化合物和三價(jià)鋁鹽，而不會影響槽液中存在的二價(jià)錫、鎳鹽及其他有機(jī)物。上述操作每三個(gè)月進(jìn)行一次就可以 夠很好保護(hù) 好電解著色槽液。

3.4 年夜 型臨盆 線掛料對錫—鎳雙鹽電解著色平均 性的影響

今朝 在鋁型材輪廓處置行業(yè)年夜 型臨盆 線上城市碰到 一個(gè)手藝 困難 ，就是統(tǒng)一 掛料上分歧 型號的產(chǎn)物 電解著色后產(chǎn)物 的色彩 都有所分歧 ，乃至 有時(shí)溝通 型號的產(chǎn)物 在統(tǒng)一 掛上電解著色后產(chǎn)物 的色彩 也有差別 ，常常 造成產(chǎn)物 報(bào)廢，影響臨盆 秩序，給臨盆 帶來諸多未便 ，是以 工業(yè)化臨盆 對解決這一手藝 困難 的欲望 十分急迫 。錫—鎳雙鹽電解著色是采取 恒電壓進(jìn)行著色，就是產(chǎn)物 在全部 電解著色進(jìn)程 中電壓是恒定不變的，而年夜 型電解著色臨盆 線的掛料方式以下 圖1。

圖1 年夜 型臨盆 線上產(chǎn)物 毗鄰 電路簡化圖

此中R1、R2、R3、R4、R5……Rn是透露表現(xiàn) 電解著色產(chǎn)物

由圖1可知，在年夜 型臨盆 線上電解著色產(chǎn)物 的電路毗鄰 方式是并聯(lián)的，而產(chǎn)物 的色彩 深度是正比于產(chǎn)物 氧化膜孔內(nèi)金屬析出量的，憑據(jù) 法拉第定律可知，在電解著色全部 進(jìn)程 中金屬的析出量是正比與經(jīng)由過程 的總電量，電量=電流×時(shí)間（Q=I×T），而在年夜 型臨盆 線上每掛料的通電時(shí)間（T）是一樣的，如許 只要包管 每一個(gè) 產(chǎn)物 上面的電流是一樣（即I1I2I3I4I5In）便可 以包管 每一個(gè) 產(chǎn)物 上的總電量（Q1Q2Q3Q4Q5Qn）是一致的，從而確保統(tǒng)一 掛料上的每一個(gè) 產(chǎn)物 色彩 深度是一樣的。

由歐姆定律可知I=U/R；錫—鎳雙鹽電解著色進(jìn)程 中電壓是恒定不變的，那末 只需確保統(tǒng)一 掛料上每一個(gè) 產(chǎn)物 的電阻（R1R2=R3R4R5Rn）是一樣的便可 使得經(jīng)由過程 每一個(gè) 產(chǎn)物 的電流是一樣的，從而包管 經(jīng)由過程 每一個(gè) 產(chǎn)物 上的電量是一樣的。對 鋁合金產(chǎn)物 的電阻與其外形 、長度、橫截面積及溫度有關(guān)，跟著 科技手藝 不竭的成長 ，丈量 鋁合金產(chǎn)物 的電阻的儀器愈來愈 先輩 ，在工業(yè)化臨盆 中搭配組合產(chǎn)物 臨盆 勢在必行的，為認(rèn)識 決統(tǒng)一 掛料上分歧 型號的產(chǎn)物 電解著色后產(chǎn)物 的色彩 都有所分歧 ，在臨盆 前可以丈量 分歧 型號產(chǎn)物 的電阻，把電阻溝通 的產(chǎn)物 或電阻年夜 致差不多產(chǎn)物 的放在統(tǒng)一 掛進(jìn)行電解著色，如許 就可以 夠包管 統(tǒng)一 掛上每一個(gè) 產(chǎn)物 色彩 深度幾近 是一樣的。

4.竣事 語

本文介紹了鋁合金錫—鎳雙鹽電解著色手藝 ，并對工藝條件和添加劑對年夜 型臨盆 線鋁合金錫—鎳雙鹽電解著色手藝 的影響進(jìn)行具體 的論述 ，同時(shí)介紹了年夜 型臨盆 線上錫—鎳雙鹽電解著色槽液的保護(hù) 調(diào)養(yǎng) ，并針對工業(yè)化臨盆 所碰到 的產(chǎn)物 電解著色不平均 現(xiàn)象這一手藝 困難 ，經(jīng)由過程 理論剖析 和現(xiàn)場實(shí)踐相連系 提出有用 、針對性強(qiáng)的解決方案。鋁及鋁合金錫—鎳雙鹽電解著色手藝 成長 了幾十年，工業(yè)化水平已 相當(dāng)做 熟，可是對錫—鎳雙鹽電解著色手藝 微不雅 電極回響反映 機(jī)制和其顯色機(jī)理還沒有一個(gè)統(tǒng)一的理論，是以 揭露 鋁及鋁合金錫—鎳雙鹽電解著色手藝 微不雅 電極回響反映 機(jī)制和其顯色機(jī)理不但 有益 于更好地節(jié)制 電解著色產(chǎn)物 的質(zhì)量及其平均 性，并且 還對 科學(xué)手藝 的成長 有著深入 的意義。跟著 科學(xué)手藝 的不竭成長 和 研究方式 的不竭增多，鋁及鋁合金錫—鎳雙鹽電解著色手藝 微不雅 回響反映 機(jī)制和其顯色機(jī)理睬 逐漸 清晰 的。