鋁型材陽極氧化工藝對(duì)電解著色的影響

1、媒介

鋁型材為了加強(qiáng) 它的防護(hù)性，常常 會(huì)經(jīng)由過程 在H2SO4電解液中進(jìn)行陽極氧化的方式 使以外觀構(gòu)成 一層具有必然 厚度的氧化膜，這層氧化膜具有較強(qiáng)的化學(xué)活性，可以再在著色槽中電解著色，使鋁型材材料外觀顯現(xiàn)出各類 各樣的色彩 ，以增添 材料的外觀裝潢 功能，所以色彩 的一致性成為鋁型材電解著色的首要 要求。為了殺青 鋁型材電解著色進(jìn)程 中色彩 的一致性，人們想盡了各類 方式 勉力在著色槽、著色裝備 及著色工藝等方面下了許多 工夫 ，但鋁型材電解著色后的色彩 一致性結(jié)果 仍差能人 意，這是由于 造成色彩 差其它影響身分 除 電解著色工藝自己 的影響外，還有熔鑄工藝的影響，擠壓工藝的影響和 電解著色前后的氧化工藝的影響。本文重點(diǎn)評(píng)論辯論 的是鋁型材電解著色前的陽極氧化工藝條件對(duì)電解著色的影響。

鋁型材陽極氧化的道理 是通直流電后鋁型材在陽極上與水電解后發(fā)生 的O回響反映 生成透明多孔的氧化膜；鋁型材電解著色的道理 是陽極氧化后鋁型材放入含金屬鹽的電解液中通交換 電后，由于氧化膜阻檔層的整流感化 ，交換 電流的正弦波形會(huì)發(fā)生畸變，即在電流的負(fù)半波電流易經(jīng)由過程 氧化膜阻檔層，故電流較年夜 ，在電流正半波時(shí)電流難經(jīng)由過程 氧化膜的阻檔層，故電流較小；所以在交換 電的負(fù)半波，鋁型材是陰極，此時(shí)經(jīng)由過程 氧化膜孔的電流年夜 ，金屬鹽離子便會(huì)還原成金屬微粒并沉積在膜孔的底部，反之在交換 電的正半波，鋁型材是陽極，此時(shí)經(jīng)由過程 氧化膜孔的電流小，本來 負(fù)半波時(shí)膜孔中沉積的金屬微粒會(huì)有小部門發(fā)生氧化構(gòu)成 金屬氧化物并與先前的金屬沉積物聚積 在一路 。這就是說在通交換 電后，由于鋁型材要不斷地轉(zhuǎn)換陰陽極，氧化膜孔中不斷地進(jìn)行較強(qiáng)的還原回響反映 和較弱的氧化回響反映 ，致使 膜孔底部聚積 著較多的金屬微粒和較少的金屬氧化物微粒，這些微粒在光線的感化 下發(fā)生的衍射感化 使得氧化膜顯現(xiàn)出各類 色彩 且色彩 深淺與孔中沉積物的幾何成正比，這就是鋁型材電解著色的道理 。

2、實(shí)驗(yàn)

2.1 試樣

用6063鋁型材作陽極氧化及電解著色試樣，其化學(xué)成份 （質(zhì)量百分含量）為：Si%=0.39 Mg%=0.59 Fe%=0.19 Mn%、Zn%、Ti%、Cr%等都各小于0.1，其它雜質(zhì)總和小于0.15%，余量為Al%。

2.2 陽極氧化及電解著色工藝流程

試樣→酸性除油→水洗→NaOH溶液堿蝕→水洗→H2SO4-HNO3溶液中和出光→水洗→ H2SO4溶液陽極氧化→SnSO4-NiSO4雙鹽著色液電解著色→水洗→封孔→水洗。

2.3 硫酸陽極氧扮裝配

氧化電源： 100A 20V高頻開關(guān)電源，選恒流檔；

陰極：純鋁板；

陽極：6063鋁型材試樣；

電解液：H2SO4溶液

2.4 電解著色裝配

著色電源： 100A 20V 交換 調(diào)壓器；6063鋁型材試樣一極，316L不銹鋼鋼板做對(duì)極。

2.5 電解著色工藝

電解液濃度：SnSO4 7g/l；NiSO4 21g/l；H2SO4 17g/l；添加劑適當(dāng) 。

著色電壓：18V恒壓；

著色液溫度：19℃；

著色時(shí)候 ：2分30秒；

2.6 氧化膜厚度檢測(cè)方式

利用 國產(chǎn)ED-300型渦流測(cè)厚儀采取 GB/T4957尺度 檢測(cè)氧化膜厚。

2.7 著色色彩 的檢測(cè)方式

鋁型材試樣按前2.2的工藝流程處置懲罰 ，用只陽極氧化不進(jìn)行電解著色的雪白 色的試樣做為基準(zhǔn)板，以進(jìn)行了電解著色的試樣做為測(cè)試板，采取 日本產(chǎn)CR-10型的色差儀來檢測(cè)對(duì)照 測(cè)試板與基準(zhǔn)板的色差度△E，并以此來權(quán)衡 測(cè)試板的色彩 深淺。

3、了局與評(píng)論辯論

3.1 氧化膜厚度對(duì)電解著色的影響

在150g/l的H2SO4溶液中，AL3+的濃度為20g/l，溶液溫度19.5℃，利用 130A/m2的電流密度對(duì)6063試樣進(jìn)行陽極氧化，跟著 氧化時(shí)候 的分歧 ，氧化膜厚也會(huì)分歧 ，然后再用分歧 膜厚的6063試樣在一樣 濃度（見2.4）的Sn-Ni雙鹽著色液中著色后再封孔。具體著色工藝見2.5，6063試樣在一樣 的著色液頂用 一樣 的著色工藝著色今后 ，再用2.7檢測(cè)方式 所測(cè)得的6063試樣有關(guān)色差數(shù)據(jù)以下 ：

試樣號(hào)

1

2

3

4

5

膜厚（μm）

7

11

16

21

25

著色后表觀色彩

最深

深

淺

更淺

最淺

色差度△E

59.2

54.8

53.2

50.2

49.3

圖1是根據(jù) 以上數(shù)據(jù)所繪的氧化膜厚度－色差度曲線。

由圖可以看出，跟著 氧化膜厚的增添 試樣著色后相對(duì) 基準(zhǔn)板的色差度愈來愈 小，宏觀上用肉眼視察可看到試樣的色彩 是愈來愈 淺的。這主如果 由于 在電解著色進(jìn)程 中氧化膜越薄，膜孔道的深度也越淺，金屬離子越輕易 散布 進(jìn)膜孔的底部接近阻檔層，同時(shí)孔道越淺，電阻也會(huì)越小，兩者 都邑 加倍 增進(jìn) 金屬鹽在膜孔底部的還原沉積，這點(diǎn)在實(shí)行 時(shí)在著色電源上也可清晰 地看到，膜越薄者則電流越年夜 ，所以在一樣 的著色條件下一樣 的著色時(shí)候 內(nèi)氧化膜孔越薄者則膜孔中的金屬沉積物會(huì)越多，宏觀上則體現(xiàn)為試樣色彩 越深。

3.2 陽極氧化溫度對(duì)電解著色的影響

在150g/l的H2SO4溶液中，AL3+的濃度為10g/l，，利用 電流密度110A/m2，6063鋁型材試樣在分歧 的陽極氧化溫度條件下生成一樣 的7μm厚的氧化膜后依照 2.5的著色工藝電解著色，封孔后再依照 2.7檢測(cè)方式 所測(cè)得6063試樣有關(guān)色差的數(shù)據(jù)以下 ：

試樣號(hào)

1

2

3

4

氧化溫度（℃）

13

16

19

22

著色后表觀

色彩

最淺

淺

深

最深

色差度△E

54.5

55.1

56

57.2

圖2是根據(jù) 以上數(shù)據(jù)所繪的氧化溫度—色差度曲線。

由圖可以看出，跟著 氧化溫度的升高，試樣著色后相對(duì) 基準(zhǔn)板的色差度愈來愈 年夜 ，宏觀上用肉眼視察也可看到試樣的色彩 是愈來愈 深的，這主如果 由于 氧化溫度越高，構(gòu)成 的氧化膜的孔隙率越年夜 ，膜孔的內(nèi)徑也越年夜 ，如許 在電解著色進(jìn)程 中，致使 金屬離子可以更多地更快地散布 進(jìn)膜孔的底部接近阻檔層并在膜孔底部還原沉積，所以在一樣 的著色條件下一樣 的著色時(shí)候 內(nèi)氧化溫度越高構(gòu)成 的氧化膜膜孔中的金屬沉積物會(huì)越多，宏觀上則體現(xiàn)為試樣色彩 越深。

3.3 陽極氧化H2SO4濃度對(duì)電解著色的影響

連結(jié) 氧化溶液溫度19.5℃，AL3+的濃度為12g/l，利用 電流密度110A/m2，6063試樣在分歧 H2SO4濃度的電解液中進(jìn)行陽極氧化，節(jié)制 生成一樣 厚度的氧化膜后依照 2.5的著色工藝電解著色，封孔后再按2.7的檢測(cè)方式 測(cè)得6063鋁型材試樣有關(guān)色差數(shù)據(jù)以下 ：

試樣號(hào)

1

2

3

4

5

氧化液H2SO4濃度（g/l）

90

120

150

180

210

著色后表觀

色彩

肉眼視察無顯著色差

色差度△E

55.6

55.5

55.9

56.2

56.3

圖3是按照以上數(shù)據(jù)所繪的氧化液H2SO4濃度—色差度曲線

由圖可能看出，跟著 陽極氧化液中H2SO4濃度的加年夜 ，試樣著色后相對(duì) 基準(zhǔn)板的色差度逐漸加年夜 ，但這類 色差度的增添 是對(duì)照 平緩的，轉(zhuǎn)變 較小，宏觀上用肉眼視察幾近 都分辯 不出顯著的色差。在本實(shí)行 中，隨著陽極氧化液中H2SO4濃度的增高，電解液對(duì)氧化膜的消融 會(huì)加年夜 ，致使 所生成的氧化膜的孔隙率和孔徑的增年夜 有益 于電解著色時(shí)膜孔中的金屬沉積，有益 于加速 著色速度，使得在一樣 的著色條件和著色時(shí)候 內(nèi)氧化膜孔隙率和孔徑年夜 者著色色彩 深，由本實(shí)行 可以看出，雖然 氧化液中H2SO4濃度的增添 會(huì)使得試樣在后期的電解著色時(shí)色彩 加深，但這類 影響較弱，宏觀上其實(shí)肉眼都視察不出顯著的色差，這申明 氧化液中H2SO4濃度的轉(zhuǎn)變 造成氧化膜孔隙率的轉(zhuǎn)變 水平 較小，所以對(duì)電解著色的速度影響也就小。

3.4 陽極氧化液中AL3+濃度對(duì)電解著色的影響

連結(jié) 氧化液中H2SO4濃度150g/l，溫度19.5℃，利用 110A/m2的電流密度，但氧化液中AL3+的濃度從0g/l轉(zhuǎn)變 至20g/l的條件下，用6063鋁型材試樣進(jìn)行陽極氧化，節(jié)制 生成一樣 的氧化膜厚度，依照 2.5的著色工藝電解著色，封孔后再按2.7的檢測(cè)方式 測(cè)得有關(guān)色差數(shù)據(jù)以下 ：

試樣號(hào)

1

2

3

4

5

氧化液中AL3+的濃度（g/l）

0

5

10

15

20

著色后表觀色彩

肉眼視察無顯著色差

色差度△E

55.7

55.6

56.1

56

55.9

圖4是根椐以上數(shù)據(jù)所繪的氧化液中AL3+的濃度—色差度曲線

由圖可以看出，跟著 陽極氧化液中AL3+的濃度加年夜 ，試樣著色后相對(duì) 基準(zhǔn)板的色差度區(qū)分 不年夜 ，圖中曲線轉(zhuǎn)變 平緩，且沒有顯著的向上或向下的趨向 紀(jì)律 ，宏觀上用肉眼視察也幾近 分辯 不出顯著的色差，這些都申明 在陽極氧化時(shí)，只要連結(jié) 其它的工藝條件不變，氧化液中AL3+濃度的轉(zhuǎn)變 對(duì)氧化膜的布局影響不年夜 ，致使 試樣成膜后在后期的電解著色中影響不年夜 ，不會(huì)發(fā)生 有顯著的色差。

3.5 陽極氧化完成后試樣在氧化液中浸泡時(shí)候 對(duì)電解著色的影響

在含H2SO4濃度150g/l，AL3+為13g/l的溫度19.5℃氧化液中，利用 110A/m2的電流密度對(duì)6063試樣通電氧化21分鐘后，遏制通電讓試樣在氧化原液中逗留 浸泡必然 長的時(shí)候 后，再依照 2.5的著色工藝對(duì)試樣進(jìn)行電解著色，封孔后依照 2.7的檢測(cè)方式 測(cè)得6063試樣有關(guān)色差數(shù)據(jù)以下 ：

試樣號(hào)

1

2

3

4

5

浸泡時(shí)候 （分鐘）

0

10

20

30

40

著色后表觀色彩

最淺

淺

深

更深

最深

色差度△E

51

52.4

53.5

54.8

57.4

圖5是根據(jù) 以上數(shù)據(jù)所繪的氧化膜浸泡時(shí)候 —色差度曲線

由圖可以看出，陽極氧化成膜完成今后 ，假如 不實(shí)時(shí) 轉(zhuǎn)出，而是浸泡在原氧化液中一段時(shí)候 后再電解著色的話，試樣著色后相對(duì) 基準(zhǔn)板的色差度會(huì)愈來愈 年夜 ，宏觀上用肉眼視察也可看到試樣的色彩 是越來深的，特別 是浸泡30分鐘今后 的試樣色彩 變深加倍 顯著。這主如果 由于 氧化膜在氧化液中電解生成今后 ，假如 不實(shí)時(shí) 轉(zhuǎn)出而是繼續(xù)浸泡在氧化液中，膜會(huì)被此中的H2SO4漸漸 消融 ，致使 膜孔隙率加年夜 ，膜孔徑擴(kuò)年夜 ，也就是年夜 家常說的“擴(kuò)孔感化 ”，如前所述膜孔徑擴(kuò)年夜 今后 ，會(huì)有用 地增進(jìn) 下一步的電解著色速度，致使 試樣色彩 逐漸 加深，這類 擴(kuò)孔感化 特別 是在浸泡30分鐘今后 會(huì)變得加倍 顯著。

3.6 陽極氧化電流密度對(duì)電解著色的影響

在含H2SO4濃度150g/l，AL3+的濃度為13g/l，溫度為19.5℃的氧化液中，利用 分歧 的電流密度對(duì)6063鋁型材試樣進(jìn)行陽極氧化，節(jié)制 生成一樣 厚度的氧化膜，依照 2.5的著色工藝電解著色，封孔后再按2.7的檢測(cè)方式 測(cè)得有關(guān)色差數(shù)據(jù)以下 ：

試樣號(hào)

1

2

3

4

5

6

7

氧化電流密度(A/m2)

90

110

130

150

170

190

210

氧化時(shí)候

（分鐘）

33.5

27

22.5

19

16.8

15

13.5

著色后表觀

色彩

最深

次深

深

中

淺

更淺

最淺

色差度△E

57.1

56.4

55.6

55.4

55.1

55

54.2

圖6是按照以上數(shù)據(jù)所繪的氧化電流密度—色差度曲線

由圖可以看出，跟著 陽極氧化電流密度的提高，試樣著色后相對(duì) 基準(zhǔn)板的色差度是逐漸減小的，宏觀上用肉眼視察也能夠 看到試樣著色后色彩 是跟著 氧化電流密度的提高而逐漸變淺的。本實(shí)行 中除 氧化電流密度外，雖然 固定了其它的陽極氧化條件，但為了包管 各個(gè)試樣氧化膜的一致性，所以分歧 的氧化電流密度采取 的陽極氧化時(shí)候 是分歧 的，如上表所列，電流密度從90A/m2轉(zhuǎn)變 到210A/m2，響應(yīng) 的氧化時(shí)候 也從33.5分種轉(zhuǎn)變 到13.5分種，由于氧化膜在氧化液中進(jìn)行陽極氧化時(shí)膜有兩個(gè)相輔相成的感化 ，即一方面膜在電解的感化 下長厚，另外一 方面膜在H2SO4氧化液中會(huì)消融 ，且時(shí)候 越長，感化 越強(qiáng)；所以本實(shí)行 在包管 所有試樣的氧化膜都是同一 的9μm的條件 下，由于 氧化時(shí)候 從33.5分鐘降到13.5分鐘，致使 陽極氧化時(shí)候 長的試樣膜孔隙率年夜 孔徑粗，造成后期的電解著色色彩 更深，別的 氧化電流密度的分歧 生成的膜布局上的區(qū)分 可能也會(huì)影響著色。

4、結(jié)論

鋁型材陽極氧化后，許多 時(shí)辰還要按照需要進(jìn)行電解著色以使鋁陽極氧化膜顯出各類 色彩 。本文切磋了鋁型材在陽極氧化進(jìn)程 中各類 工藝條件的轉(zhuǎn)變 對(duì)后期電解著色發(fā)生 的影響，這些轉(zhuǎn)變 的條件包羅氧化膜的厚度（氧化時(shí)候 ）、陽極氧化的溫度、陽極氧化的電流密度、陽極氧化電解液H2SO4濃度、陽極氧化電解液中AL3+的濃度，陽極氧化完成即通電終了 后鋁型材在H2SO4電解液中逗留 的時(shí)候 等。鋁型材陽極氧化后電解著色，著色液中金屬離子在氧化膜孔中經(jīng)由過程 還原回響反映 以金屬微粒的情勢(shì) 進(jìn)行沉積，使得氧化膜在光線的衍射感化 下顯現(xiàn)出各類 色彩 ，且色彩 的深淺根基 與沉積物的幾何有關(guān)，沉積越多則色彩 越深。本文經(jīng)由過程 研究首要 切磋了鋁型材試樣經(jīng)分歧 的陽極氧化工藝條件后對(duì)下工序電解著色的影響。得出結(jié)論以下 ：

（1）陽極氧化膜厚度越厚，致使 電解著色速度越慢色彩 越淺。

（2）陽極氧化液溫度越高，致使 電解著色速度越快色彩 越深。

（3）陽極氧化液的H2SO4濃度越高，致使 電解著色的速度會(huì)快一點(diǎn)點(diǎn)，但影響力很弱，乃至 于色差儀只能檢測(cè)很小的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變 ，而肉眼則幾近 視察不到色彩 的轉(zhuǎn)變 。

（4）陽極氧化液中AL3+的濃度對(duì)電解著色的影響比H2SO4濃度的影響更小，幾近 沒有色差。

（5）陽極氧化成膜后試樣在氧化原液中浸泡時(shí)候 越長，致使 電解著色速度會(huì)越快，色彩 越深。

（6）陽極氧化電流密度越高（在包管 氧化膜成膜厚度一致的情形 下），致使 電解著色速度越慢，色彩 越淺。

由于本實(shí)行 條件所限，本研究在實(shí)行 進(jìn)程 中會(huì)有一些數(shù)據(jù)上的誤差 ，但紀(jì)律 性的器械 重現(xiàn)性好，不影響研究了局。