铝是钝化型金属,与钛、钽、 铌等金属一样,表面钝态氧化膜是提供保护的重要因素,因此,阳极氧化是一种非常有效的金属保护手段。阳极氧化处理对于铝及其合金而言,是一种“wan能”的防护性和装饰性,甚至功能性的有效方法。铝的阳极氧化处理工艺可以从多种角度加以分类, 比如按照电解质溶液、阳极氧化电源波形、阳极氧化膜结构、阳极氧化膜的特性等加以分类。
按照在不同电解质溶液中的阳极氧化,简单介绍它们的工艺特征和生成阳极氧化膜的特点。
01-硫酸阳极氧化膜硫酸阳极氧化是应用广泛的工艺,硫酸溶液非常稳定而且成本比较低,不产生特殊的污染,废液处理比较客易。硫酸阳极氧化膜无色透明,处理成本比较低,又适合于各种着色必理方法和封孔方法,阳极氧化, 硫酸阳极氧化的阳极氧化膜,其孔隙率约为10%,适合于电解着色处理。此外,氧化膜的活性较强,适合于染色处理。
02-草酸阳极氧化草酸阳极氧化早期在日本使用比较多,由于其工艺成本比硫酸阳极氧化高出3-5倍,电解液的稳定性也较差等原因,目前其应用已不如硫酸那么广泛,而旦常常与硫酸联合使用形成混合酸溶液,草酸阳极氧化的外加电圧较高,因此能耗比較高,草酸阳极氧化膜是透明的浅黄色膜, 膜层孔隙度低,硬度比較高,耐磨性和耐腐蚀性都比较好,但是并不适于着色或染色。
03-铬酸阳极氧化铬酸阳极氧化主要用在耐腐蚀性要求较高的场合, -般采用恒电压阳极氧化,铬酸阳极氧化膜的外观是乳白色或灰色,不透明,膜层柔韧性强孔隙度低,抗开裂(受热或弯曲)性能好,使用时可以不进行封孔处理。
04-磷酸阳极氧化磷酸阳极氧化早期用于铝材电镀的预处理,目前主要用于铝印刷电路板表面处理和铝工件胶结的预处理。磷酸阳极氧化膜的孔径比较大,与涂料的附着性較好,但是耐腐蚀性和力学强度比较差,铝材阳极氧化,磷酸阳极氧化还用于制备太阳能吸热器中吸热板的黒色阳极氧化膜,或者作为有机物涂装的底层。
05-硼酸阳极氧化由于硼酸对氧化膜的腐蚀性较低,因此硼酸阳极氧化形成壁垒型的阳极氧化膜,通常用于电解质电容器。
06-混合酸阳极氧化考虑到某些特殊的需要,例如,降低流酸溶液的腐蚀性,提高阳极氧化膜的硬度和耐磨性等,可以加入某些有机酸(如草酸、酒石酸等),早期的整体着色,在日本被称为“一次电解着色”,即采用有机酸混合无机酸作为阳极氧化的溶液,由此在阳极氧化处理的同时得到着色的效果。
07-碱性溶液阳极氧化碱性溶液阳极氧化只能作为涂层的底层,由于氧化膜粗糙, 孔隙度比较大, 耐磨性差, 因此应用范围相当有限。
08-光亮阳极氧化光亮阳极氧化通常是指保持或di限度降低原有表面光亮度的阳极氧化, 而不能理解为通过阳极氧化来实现光亮化的目的。铝合金类型和原表面的光亮度是光亮阳极氧化的基础,如1xxx系纯铝或6463铝合金是实现光亮阳极氧化的理想材料。比较常用6063铝合金阳极氧化之后, 特別在其氧化膜的厚度造到10μm以上时,很难维持原有表面的光亮度。
阳极氧化膜染色
首先,染色对氧化膜的要求。因为染色是在铝阳极氧化膜的膜孔中进行的,一方面要求膜层具有足够的孔隙率,另一方面要求膜孔内壁保持一定的活性,故不是所有膜层都能染上合适的颜色,必须满足一下条件。
1、铝在硫酸溶液中得到的阳极氧化膜无色而多孔,因此适宜染色。
2、氧化膜层必须具有一定的厚度,应大于7微米。较薄的膜层只能染上很浅的颜色。
3、氧化膜应有一定的松孔和吸附性,所以硬质阳极氧化膜层以及铬酸常规氧化膜层均不适合染色。
4、氧化膜层应完整、均匀,不应有划伤、砂眼、点腐蚀等缺陷。
5、铝合金材料也有一定要求,如含硅、镁、铜等过高时,往往会引起氧化膜黯哑,则在染色时产生色调变化。
其次,黑色阳极氧化,染料染色机理。有机染料染色机理主要分物理吸附和化学吸附。
物理吸附。水溶染料进入氧化膜多孔层,吸附在孔壁上进行染色。
化学吸附。氧化膜与染料分子上的磺基形成共价键和酚基形成氢键,发生化学反应而产生吸附。
后,有机染料的选择。有机染料的品种繁多,主要分为几类:酸性染料、直接染料、碱性染料、分散染料、媒染染料和溶剂染料,还有还原染料和活性染料等。它们的选择,需要满足以下几个要求。
1、考虑到成本和使用方便,生产中一般都在有机染料的水溶液中进行染色,因此不溶于水的染料不宜使用。溶剂染料仅用在一些特殊场合。
2、应考虑到染色后的色泽度、耐晒性和结合牢度。那些在光线照射下易于变色的染料不宜使用。
3、因为铝氧化膜孔壁呈电正性,所以应优先考虑显示负电性的阴离子染料。如直接染料,酸性染料,还原染料和活性染料。
1.配制封孔槽溶液的水质不可以用自来水,要用去离子水,因为自来水里面含有过高的钙离子,镁离子,氯离子,等,这些离子都会影响膜层质量。
2.每天检测PH值,使其控制在正常范围,有变化用氨水或冰醋酸调整。
3.定期化验镍的浓度,当浓度过低时需要添加。
4.根据膜层厚度来确定封闭处理时间。
5.封孔处理后需要热水清洗,封孔溶液比较难清洗干净,本色阳极氧化,长期吸附在铝表面会对氧化膜影起腐蚀,流动水洗后在热水清洗1分钟,能洁净表面。
6.要制定严格的阳极氧化工艺流程。影响封孔质量的因素除封孔工艺之外,还有氧化等,遇到问题要考虑仔细。
7.定期检查溶液老化程度。封孔溶液使用一段时间后,溶液会老化,要不定期检测封孔质量问题,可采用染色实验,明显上色未不合格,微量上色为合格。
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