surface treatment
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鋁型材電解著色工藝方法
1:錫鹽電解著色
1)著色工藝
純錫鹽或鎳-錫混合鹽電解著色液具有良好的著色分散性,形成的色膜色澤均勻、高雅華貴,使鋁型材表面具有良好的耐曬性、抗腐蝕性和耐磨性,而且著色本身具有較強的抗污能力,但錫鹽或鎳-錫混鹽電解著色體系中的亞錫粒子極不穩(wěn)定;所以控制的重點主要是保證亞錫離子的穩(wěn)定,另外是色調(diào)的控制;錫鹽電解著色常見方法見下表:
含量/g·L^-1
|
色素
|
|||
真黑色系
|
青銅色系
|
仿不銹鋼色系
|
單錫鹽工藝
|
|
硫酸鎳
|
30~40
|
20~30
|
-
|
-
|
硼酸
|
25~30
|
20~25
|
10
|
-
|
硫酸
|
20~25
|
15~20
|
20
|
20~25
|
著色穩(wěn)定劑
|
15~20
|
10~15
|
-
|
15~20
|
著色添加劑
|
-
|
-
|
15
|
-
|
硫酸亞錫
|
10~12
|
4~8
|
2~4
|
10~15
|
交流電壓
|
14~15
|
9~12
|
7~9
|
10~15
|
極板
|
不銹鋼316L
|
不銹鋼316L
|
不銹鋼316L
|
不銹鋼316L
|
溫度/℃
|
20~25
|
20~25
|
15~40
|
20~30
|
時間/min
|
9~12
|
3~8
|
2~5
|
3~10
|
2)鎳-錫混合鹽著色的工藝影響因素
鎳-錫混合鹽除有青銅色系之外,也可著仿不銹鋼色、香檳色和純黑色;
①鎳鹽和亞錫鹽的影響:錫鹽為主,兩者共存時由于競爭還原提高了著色速度和均勻性;亞錫鹽比單錫鹽用量少且更穩(wěn)定,色調(diào)黃中透紅更好看;鎳鹽以20~25g/L為宜,太高色偏暗,但是純黑色時宜升至45g/L;一般亞錫鹽6~8g/L為宜,夏季取下限,冬季取上限,著純黑色需升至10~12g/L;
②著色添加劑:添加劑起著提高著色速度、均勻性和防止亞錫水解等三大作用;著色槽不經(jīng)常使用時亞錫照樣會氧化水解,故也需適當(dāng)補加;
③硫酸:起著防止錫鹽水解和提高電導(dǎo)的雙重作用,游離硫酸控制在15~20g/L為宜;硫酸偏低光澤性好些,但亞錫穩(wěn)定性下降,酸太高鋁型材表面著色速度和光澤下降,只有著純黑色才升至25g/L,以防止鋁型材表面產(chǎn)生氫氧化物;
④硼酸:有些鎳-錫混合鹽著色液添加硼酸,它在孔內(nèi)起緩沖作用,有些鎳電沉積,提供均勻性和改善色感,以20~25g/L為宜,太高色偏暗;
⑤色調(diào)控制:用戶對鋁型材色調(diào)要求不同,需要在同槽中著出不同色調(diào)和色感;當(dāng)以淺色系為主時,各成分含量取下限,著色電壓用15V,例如著仿不銹鋼色,宜控制在60s左右;著香檳色90s左右,這樣著色色調(diào)好控制,倘若又要著純黑色,同時又要著淺色調(diào),各成分采用了上限濃度該怎么辦呢?實際生產(chǎn)中可采用著色后自溶法來控制;例如為獲得仿不銹鋼色,先著成香檳色或淺青銅色,早槽中不取出,并斷電,讓其在電解液中自溶退去一部分色在提出,也可獲得良好的淺色調(diào);
對于著青銅古銅色,也可通過微調(diào)達(dá)到預(yù)想效果,提高亞錫和流離硫量,色調(diào)由正黃向黃橙偏移;緩慢升壓得偏橙黃色,升壓快則得亞黃色;電壓太低或太高均得偏青黃色;提高硼酸或添加酒石酸、氨基磺酸,色調(diào)偏黃橙,用戶特別喜歡這種色感;但含鐵雜質(zhì)大于0.25%的鋁型材均帶青黃色,隨含鐵量增加而偏烏暗,難以得到漂亮的色調(diào);有關(guān)參數(shù)對色調(diào)影響的試驗見下表,為獲得某一要求的色調(diào)必須固定電壓、溫度和著色時間三要素;
項目
|
工藝參數(shù)和結(jié)果
|
|||
著色電壓/V
|
<13
|
13~16
|
>16
|
-
|
色調(diào)
|
淺紅色
|
紅底
|
暗紅底
|
--
|
亞錫穩(wěn)定劑/g·L^-1
|
10.5
|
21
|
31.5
|
-
|
色調(diào)
|
青
|
黃
|
紅
|
-
|
著色添加劑/g·L^-1
|
<0.5
|
5.0~10.0
|
>10.0
|
-
|
色調(diào)
|
青
|
黃
|
紅
|
-
|
硫酸/g·L^-1
|
10;10
|
10;15
|
15;15
|
20;20
|
色調(diào)
|
色淺,紅底不明顯
|
紅底不明顯
|
紅底較好
|
紅底較好
|
溫度/℃
|
16
|
22
|
-
|
-
|
色調(diào)
|
綠
|
紅
|
-
|
-
|
3)著色穩(wěn)定劑
Sn^2+易被一切氧化劑所氧化,然后水解成膠狀的Sn(OH)2和Sn(OH)4沉淀于槽底或懸浮在溶液之內(nèi);在鋁型材著色過程中由槽液攪拌引起的氧化,電解反應(yīng)時腐蝕的氧化和水解等情況,都會促成氧化和水解,引起Sn^2+的不穩(wěn)定;
Sn^2+是不穩(wěn)定的,但它形成的沉淀物卻是很穩(wěn)定的;選擇具有綜合性能的、好的著色添加劑,對一個工廠的著色鋁型材生成來說是非常重要的,好的添加劑應(yīng)該具有一定的綜合能力,要有防止Sn^2+離子沉淀水解、加速離子化、提高分散能力的作用;否則,著色過程中絡(luò)合與離子化動態(tài)平衡協(xié)調(diào)不好,Sn^2+離子在孔內(nèi)沉淀條件不好,會影響鋁型材著色效果和著色色調(diào);
4)著色電流與電壓
鋁型材電解著色大都采用正弦波交電流,電壓在8~20V,以15~18V為宜,太低和太高色調(diào)均偏青黃;為獲得一定的色調(diào)必須保持恒定的電壓,著色開始時沖擊電流很大,數(shù)秒鐘后迅速地在幾分鐘后穩(wěn)定;電流密度在0.2~0.8A/dm2之間,理論上增大電壓可以加速著色速度,具體參數(shù)參照下表:
序號
|
著色電壓/V
|
著色時間/min
|
溫度/℃
|
色調(diào)
|
1
|
<8
|
5
|
23
|
不著色
|
2
|
10
|
5
|
23
|
香檳
|
3
|
12
|
5
|
23
|
淺棕色
|
4
|
14
|
5
|
23
|
中棕色
|
5
|
15
|
5
|
23
|
深棕色
|
隨著電壓和著色時間的不同,將會使著色的色調(diào)發(fā)生變化;因此,通常通過控制電壓和時間來控制著色的色調(diào);下表是以錫鹽為基的電解液,在不同著色電壓和著色時間下,色調(diào)的變化情況;
交流著色電壓/V
|
著色時間/min
|
色調(diào)
|
交流著色電壓/V
|
著色時間/min |
色調(diào)
|
9
|
3
|
香檳色
|
11
|
7~8
|
古銅色
|
9
|
5
|
青銅
|
12
|
4
|
咖啡色
|
10
|
3
|
青銅
|
12
|
5
|
古銅色
|
10
|
5
|
深青色
|
12
|
8
|
黑褐色
|
11
|
5
|
咖啡色
|
-
|
-
|
-
|
著色時鋁型材先在著色槽液中浸泡1min后軟啟動電壓,在30~60s內(nèi)升至額定電壓,著色開始的電流密度很高,這是阻擋層的充電電流,隨時間而逐漸衰減,一般穩(wěn)定值在0.2~0.3A/dm2;
5)槽液溫度
電解液溫度在15~25℃范圍內(nèi),對所著色影響不明顯;當(dāng)溫度從16℃升至22℃時,所著的色從綠古銅色變?yōu)榧t古銅色;為在規(guī)定的電壓和時間下得到同一色調(diào),著色液的溫度也必須控制,如在16~25℃之間選好一設(shè)定值后,溫差應(yīng)控制在±11~±22℃;
6)雜質(zhì)對槽液的污染
各種雜質(zhì)對著色效率的影響見下表:
雜質(zhì)
|
最高濃度/g·L^-1
|
影響濃度/g·L^-1
|
附注
|
雜質(zhì)
|
最高濃度/g·L^-1
|
影響濃度/g·L^-1
|
附注
|
NH4^+
|
27
|
5
|
微褪色
|
SiO2
|
10
|
5
|
微褪色
|
B2O3
|
18
|
7
|
微褪色
|
C1^-
|
2
|
1
|
剝落
|
Ca^2+
|
2.5
|
2.5
|
沉淀
|
K^+
|
2
|
-
|
-
|
Mg^2+
|
10.1
|
10.1
|
-
|
Na^+
|
2
|
-
|
-
|
草酸
|
50
|
2
|
沉淀
|
NO3^-
|
1.5
|
0.2
|
不上色
|
Cr^3+
|
0.8
|
0.8
|
-
|
-
|
-
|
-
|
-
|
7)淺色系的生成工藝操作
為了取得不銹鋼色和香檳色系鋁型材顏色的均勻性,需要嚴(yán)格控制陽極氧化槽的工藝參數(shù),要求氧化膜的厚度趨于一致,偏差越小越好,最好控制在12μm,要根據(jù)陽極氧化槽的工藝參數(shù)情況來確定陽極氧化時間;
①時間和溫度:鋁型材電解著色時間延長,氧化膜中的Sn含量增加,氧化膜顏色也逐漸變深,氧化膜中的Sn含量隨著時間(t)延長呈線性增加;
電解著色槽液溫度可規(guī)定為(20~25)±2℃,當(dāng)著色槽液溫度升高時,著色液電導(dǎo)率增大,且CA^2+沉淀反應(yīng)速度加快;因此,著色液溫度升高不利于CA^2+的穩(wěn)定,CA^2+的氧化反應(yīng)速度隨著著色液的濁度升高而加快;因此,為了保證香檳色電泳涂漆鋁型材顏色的一致性,要控制好色槽液溫度,波動范圍越小越好;
②pH值:著色槽液pH值在1.0左右時,著色速度基本不變,當(dāng)pH值>1.1時,著色速度很快,難以控制;如果pH值太小,又影響著色膜耐蝕性;因此,pH值0.8~1.0是生成香檳色鋁型材均勻顏色的重要因素;
③電壓:著色液電壓控制在14~16V(不銹鋼色10~13V),電流密度是0.6~0.8A/dm2,零壓保持1~1.5min;升壓控制很重要,約每隔3s升高電壓1V,電壓小于14V或大于16V時對著色速度的影響是很大的;
④水洗:陽極氧化后在第一道水洗中不準(zhǔn)停放,在第二道水洗槽中停放時間不超過2min,即進(jìn)入著色以避免水槽中硫酸對氧化膜的不良影響;第二道水洗槽要求pH≥3,著色計時完畢后,應(yīng)立即起吊,轉(zhuǎn)入下道水洗槽再對色,不可在著色槽中停留,嚴(yán)格控制空中起吊轉(zhuǎn)移時間;著色后的水洗槽也要求pH≥3,在水洗過程中,膜孔中的著色金屬鹽極易受到水中物質(zhì)的侵蝕,導(dǎo)致褪色;
⑤光源照明:檢查香檳電泳涂漆鋁型材的光源照明要達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)照明度D65;如果照明度欠佳,則檢查鋁型材表面顏色非常困難;此外,準(zhǔn)確計算鋁型材的面積、清除鋁型材表面和導(dǎo)電桿上的臟物、預(yù)防臟物對槽液的污染等也是相當(dāng)重要的;
2:鎳鹽直流反向電解著色
直流反向電解著色工藝采用高濃度的單鎳鹽和硼酸作為電解溶液,利用專用整流器高速轉(zhuǎn)換電源極性,改變鋁型材陽極氧化膜的電極性,使金屬鎳離子在陽極氧化膜上均勻地形成電沉積層,從而獲得均勻性、重現(xiàn)性較好的仿不銹鋼色-古銅色-真黑系列的裝飾鋁型材;使用高濃度的單鎳鹽作為直流反向電解裝飾主鹽,以改變傳統(tǒng)單鎳鹽著色的槽液分散能力差,著色不均勻等缺點;
單鎳鹽著色工藝流程如下:
陽極氧化→水洗→水洗→純水洗→電解著色→溢流水水洗→透過水水洗→冷封孔
鋁型材著色工藝范圍見下表:
序號
|
項目
|
工藝范圍
|
1
|
硫酸鎳(NiSO4·6H2O)
|
140~150g/L
|
2
|
硼酸(H3BO3)
|
36~42g/L
|
3
|
pH值
|
3.6~4.5
|
1)鎳鹽(NiSO4·6H2O)—著色主鹽,提供被電沉積的金屬離子,金屬離子濃度的增大,著色速度加快;
2)硼酸(H3BO3)—緩沖劑、促進(jìn)劑;
3)pH值—當(dāng)pH<3時,負(fù)通電過程全部轉(zhuǎn)折成析氫反應(yīng),無金屬電沉積層形成,如果pH值太高,負(fù)通電過程中陽極氧化膜界面的pH值迅速升高至能使金屬鎳鹽水解的范圍內(nèi),形成氫氧化鎳沉淀而阻塞膜孔;
鋁型材電解著色通電方式如下表所示:
著色要求
|
參數(shù)設(shè)定
|
說明
|
古銅色、淺色系
|
n=1,淺色系可縮短T-時間
|
正電壓使著色液的H3BO3分解,BO3^-流向正極氧化膜阻擋層,對阻擋層厚度高速活化,使阻擋層厚度均勻一致;在負(fù)電壓的作用下,使分解的Ni^2+流向阻擋層,達(dá)到后還原色;
|
深色系、黑色
|
n>1
|
重復(fù)標(biāo)準(zhǔn)波形可達(dá)十多次
|
褪色
|
V^+≥標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定值;V^-=0,T=0,n=1
|
單純使用正電壓通電,可將著色過濃的部分進(jìn)行脫色處理;使在膜孔中已經(jīng)還原的金屬[Ni]被氧化成離子狀態(tài),然后與膜孔分離,達(dá)到脫色的目的;
|
補色
|
V^+≤標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定值,V^-=標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定值
|
T=0;n=1
|
3:其他金屬鹽電解著色
1)錳鹽電解著色
錳鹽電解著色可獲得類似芥末黃的顏色,工藝規(guī)范見下表:
含量/g·L^-1
|
錳鹽
|
||
范圍
|
最佳值
|
||
工藝規(guī)范
|
高錳酸鉀
|
7~12
|
10
|
H2SO4(d=1.84g/cm3)
|
25~35
|
30
|
|
著色添加劑
|
15~25
|
20
|
|
溫度/℃
|
15~40
|
25
|
|
交流電壓/V
|
7~10
|
8
|
|
著色時間/min
|
2~4
|
3
|
|
對極
|
石墨
|
石墨
|
2)銀鹽電解著色
鋁型材銀鹽電解著色可獲得近似18K金的色彩,也著成金綠色、黃綠色;而且著色液性能十分穩(wěn)定,著色膜綜合性能好,具有防曬、耐磨、耐熱的特點;雖然銀鹽價格較高,但其使用濃度低,所以銀鹽著色法在鋁型材表面處理中具有較高的技術(shù)推廣價值;
①硝酸銀的影響:硝酸銀為著色主鹽,提供被沉積的銀離子,其濃度對著色膜顏色的影響見下表:
AgNO3/g·L^-1
|
色調(diào)
|
表現(xiàn)
|
AgNO3/g·L^-1
|
色調(diào)
|
表現(xiàn)
|
0.5
|
金綠色
|
均勻
|
2.0
|
深金色
|
帶紅底
|
1.0
|
金綠色
|
均勻
|
2.5
|
深金色
|
帶紅底
|
1.5
|
深金色
|
均勻
|
3.0
|
紅金色
|
明顯紅底
|
由上表可知,隨硝酸銀濃度上升,色調(diào)明顯加深,要想獲得理想的金黃色,其最佳濃度為1g/L;
②穩(wěn)定劑的影響:硫酸起維持著色液的穩(wěn)定性和提高著色速度和均勻性、防止出現(xiàn)紅色條紋和邊緣效應(yīng)等作用,其他條件不變時,試驗結(jié)果見下表:
穩(wěn)定劑/g·L^-1
|
色調(diào)
|
表現(xiàn)
|
穩(wěn)定劑/g·L^-1
|
色調(diào)
|
表現(xiàn)
|
0
|
金黃偏淺綠
|
不均勻
|
20
|
金黃色
|
均勻
|
5
|
金黃偏淺綠
|
均勻
|
25
|
金黃色
|
均勻
|
10
|
金黃偏淺
|
均勻
|
30
|
較深金黃色
|
均勻
|
15
|
金黃色
|
均勻
|
-
|
-
|
-
|
3)硫酸的影響
硫酸起維持著色液的穩(wěn)定性和提高著色液導(dǎo)電性等作用;硫酸含量的增加提高了電導(dǎo)率,增加了著色電流,銀沉積量增加,則色調(diào)加深,綠底減少;實驗表明用硫酸用量以5~25g/L為宜;
4)電壓的影響
5~8V是金黃色的著色電壓范圍,金屬沉積量較多,電壓為9~25V,隨電壓升高,著色電流劇增,金屬沉積量增加,故色調(diào)逐漸加深,同時有析氫反應(yīng),18V著色趨向不均勻,27V發(fā)生阻擋層擊穿,鋁型材膜層剝落,著色膜稍帶綠色;著色電壓升高,綠色加重;
5)著色液溫度的影響
銀鹽著色溫度可在10~50℃范圍變化,隨溫度升高,電導(dǎo)率提高;
6)著色時間
著色時間延長,色調(diào)加深;在5.5~6.5V下著色1min可獲得最好色調(diào)的金黃色;
7)著色的對極和極距
對極呈柵欄式分布,其總面積至少要等于著色件總面積之和,極距以200~250mm為宜;
8)陽極氧化電流密度的影響
一般陽極氧化電流密度高,孔隙多,孔徑大的氧化膜綠味最少;
9)著色液中雜質(zhì)的影響
銀鹽著色最忌諱的是C1^-,20×10^-6的C1^-就會引起著色液渾濁,其次是有機物,將導(dǎo)致金屬離子還原,造成銀鹽的非生產(chǎn)消耗;
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