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铝及铝合金阳极氧化膜的封闭-铝制品表面处理

2019/4/1 22:17:42

铝阳极氧化包括电解着色所生成的膜是多孔的(孔隙率约为5%~30%),这种多孔的膜层硬度低,耐磨性差,抗腐蚀性不良,容易被污染。已着色的膜如果不封孔,也很容易掉颜色。为了提高膜的性能,必须将多孔质层的孔隙封闭。通常封孔的方法有水合封孔、工业铝型材无机盐溶液处理封孔和有机涂料封孔等。

(一)水合封孔处理

水合封孔就是将氧化膜处在高温的情况下与水接触,使其反应而生成水合氧化铝,并发生体积膨胀使孔隙缩小而封闭。反应式如下:

 Alz03+nHz0 ,Al203 nH20

式中的卵等于l或3,若行=1,所生成的一水合氧化铝~203 H20的密度小于原先的Alz0。,故水合氧化铝的体积增大约33%,而,2 3时,生成三水合氧化铝Al203 Hz0,它的密度更小,体积则增大近100%。因此,膜孔便由于体积增大而被封闭(图4-3)。工业铝型材这过程为吸热反应,必须在80℃以上的温度下进行。

封孔使用的介质有热水或水蒸气,热水封孔在 95℃的热水或沸水中进行,也可以用蒸汽封孔。热水封孔比较简便,不需要烧锅炉,水的pH值为6~7.5,封闭时间20~40min。

封孔用的水质要有严格的要求。因为普通的自来水中含有soi、Cl~、POi一等阴离子,会降低膜层的耐蚀性。水中若有Ca抖、M92+等金属离子,又将沉淀于膜的孔隙,影响氧化膜的色泽或透明度。因此,封孔用的水应使用去离子水或者蒸馏水。

蒸汽封孔必须在密闭的容器中进行,用管道与锅炉连接,蒸汽的压力控制在0.1~0.3MPa,温度约l00~115℃,时间20~30min。总的来说,蒸汽封孔的质量比热水封孔好,而且着色膜不会流色,但是设备复杂,投资大,生产成本高。一般应根据产品要求而选定,质量要求高,产品价格贵的应选用蒸汽封闭,而普通的产品则用热水封。

(二)无机盐溶液封孔

无机盐封孔就是用无机盐的水溶液在加热的状态下浸泡铝工件,进行封孔处理,操作方法与热水封孔相似,但它的封孔原理除了水合作用之外,还有封孔液中的无机盐在膜孔中水解而产生沉淀,填充了膜孔,所以这种封孔有双重的效果。使用的无机盐有重铬酸盐、钼酸盐、硅酸盐、磷酸盐、醋酸盐等。使用较多的是重铬酸盐、铬酸盐及水解盐类。从环保考虑,可使用钼酸盐、醋酸盐等。无机盐封孔又分重铬盐封孔、水解盐封孔及无机盐常温封孔。

1.重铬酸盐封孔

将铝工件放进含有重铬酸盐的高温水溶液中浸渍,进行封孔处理。它有水合封孔和无机盐填充的双重封孔作用。构成氧化膜的氧化铝与水作用生成水合氧化铝的同时,还发生如下反应:

2A1203+3KzCrz07+5Hz0一2AI(OH)Cr040+2AI(OH)Cr207 +6KOH

正是反应中所生成的一水合氧化铝、三水合氧化铝、碱式铬酸铝和碱式重铬酸铝一起将氧化膜的孔封闭。重铬酸盐封孔处理前,铝工件的表面要彻底清洗干净,不能将阳极氧化的酸液或氧化着色液带进封孔液中,影响封孔的质量。由于重铬酸盐等对铝工件有缓蚀作用,因此用此法生产的氧化膜其耐蚀性能提高,适用于以防护为目的的产品使用,但这种处理后,氧化膜的外观呈淡黄色,故不适宜用在装饰膜的封孔处理。当然如果喜欢用这种处理膜的颜色时,则用这种方法处理后的氧化膜既耐磨、耐蚀,又有一定的光泽及装饰性能。

2.水解盐封孔

水解盐封孔就是将铝工件放在接近中性的盐溶液中加热进行封孔处理。用这种方法处理一方面可以加速氧化膜的水合反应,处理温度可以适当降低。另一方面由于水解盐在膜中水解而填充了孔隙,同样起到双重封孔作用。以硫酸镍为主盐的封孔液在封孔处理时,硫酸镍在膜孔中水解生成氢氧化镍沉淀而沉积在孔内,反应式如下:

NiS04+2H20鲨堡Ni(oH)20+H2S04

其他盐类如钴盐也有类似的反应。水解盐封孔溶液的配方及工艺条件见表4 12。在膜孔中生成的少量氢氧化镍或氢氧化钴几乎不显颜色,所以水解盐封孔不会影响阳极氧化膜的色泽,对装饰性膜的封孔也没有影响。对于用有机染料吸附着色的工件,这些氢氧化物沉淀还可以与先前的有机染料发生反应,而生成金属络合物,从而增加了染料的稳定性、维持色泽的固定。因此,对着色膜的处理特别有利。

3.常温封孔工艺

常温封孔就是在室温或略高于室温的条件下,在特定的封孔溶液中进行封孔处理的工艺。由于传统的封闭工艺都是在加热或高温情况下进行的,操作环境恶劣,特别是用铬酸盐或醋酸盐溶液时,气味大,有毒,而且能耗大,环境污染严重。因此,常温封闭受到了欢迎和吹捧。在常温封闭液的许多专利配方中都含有镍、钴、锌、钛等金属盐类,特别是醋酸镍、氟化镍等用得较多,另外还有氟化物等。它的作用机理是由于有镍、钴等离子的加速,使在较低的温度下水合作用仍能正常进行;在加速水合作用的同时,金属离子还发生水解生成氢氧化物沉淀起填充封闭作用;封孔剂与膜孔内的一些微溶的铝离子反应,生成了稳定的化学转化膜,如Al Si O、A1一Zn-F等类型难熔化合物也起封孔作用。这种封闭方法等于是几种封孔作用叠加,效果很明显。

目前,常温封闭剂成为一些单位的专用保密配方,主要成分是公开的,一些添加剂则很少公开,需要结合实际进行调配。市面上有一些已配制好的常温封闭剂出售,多是一些专利配方,如GKC-F、NF-5等。可按说明书直接稀释使用。

(三)铝及铝合金阳极氧化着色应用实例

珠江三角洲某铝厂生产的铝合金制品采用硫酸阳极氧化、亚锡盐交流电解着色及常温封闭的方法。其整个工艺流程如下:铝工件一除油一温水洗一碱蚀一温水洗一冷水洗一中和(或出光)一水洗一阳极氧化j冷水洗一纯水洗一交流电解着色一冷水洗一热水洗一常温镍盐封闭一水洗一干燥一成品。

1.阳极氧化前处理

先在1609/L硫酸液中除油,水洗干净后,在5%NaOH、60。C的溶液中浸蚀除膜3min,水洗干净后,再在20%~30%的硝酸液中出光1~1.5min。

2.阳极氧化

铝制件经硝酸出光后,经水洗进入阳极氧化槽中,浸在150~1809/L的硫酸溶液中进行阳极氧化,溶液温度25~35。C,电流密度为l.O~1.5A/dm2,通电40~50min。

3.交流电解着色

氧化后的铝制件在10~129/L硫酸亚锡、12~159/L硫酸和10~129/L稳定剂的着色溶液中通交流电着色,电压l2V,电流频率50Hz,在常温下通电2~3min,电压和通电时间由所需的颜色所定。在本条件下得到古铜色。

4.常温封闭工艺条件

醋酸镍5~89/L溶液pH5.5~6.5氟化钠1~1.59/L溶液温度25~55℃表面活化剂0.3~O.59/L封闭时间

l0~15rain添加剂5.5~6.59/L

5.产品的耐蚀性能

(1)浸泡试验将常温封闭的产品试样分别浸泡在5%盐酸和10%氢氧化钠溶液中,经两个月(60天)的浸泡后取出,并冲洗干净吹干。产品表面色泽无变化,也没有腐蚀的痕迹,表明耐蚀性能良好和稳定。

(2)中性盐雾试验将常温封闭的产品试样放进YQ一250盐雾试验箱中,以24h为一周期,连续8h喷雾,间隙16h,工业铝型材控制温度为25~30℃,经28天后取出观察,产品试样无变化,着色及封闭质量良好。

(四)有机涂料封孔

铝和铝合金工件经阳极氧化或阳极氧化后着色的都可以采用有机涂料涂覆进行封孔,封孔的有机物有透明漆、各种树脂、熔融石蜡、干性油等,目前使用较多的是静电喷漆、粉末涂料或电泳上漆,这样所得的膜层质量好,色泽范围广,漆膜致密,硬度高,耐磨、耐蚀性、绝缘性很好,而且光亮逗人喜爱,有机涂料处理一般有下列情况。

1.对阳极氧化但未着色的制件,可以用静电喷涂各种色泽的固体粉末涂料,以获得各种颜色的制品;或者用电泳上漆的方法,表面镀上各种色泽的涂料。

2.对于阳极氧化并电解着色或染色的制件,可以用透明清漆浸渍或喷涂封孔,也可以用石蜡、干性油等封孔。


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