实验一铝阳极氧化与染色技术一、表面预处理 无论采用何种方法加工的铝材及制品，表面上都会不同程度地存在着污垢和缺陷，如灰尘、金属氧化物（天然的或高温下形成的氧化铝薄膜）、残留油污、沥青标志、人工搬运手印（主要成分是脂肪酸和含氮的化合物）、焊接熔剂以及腐蚀盐类、金属毛刺、轻微的划擦伤等。因此在氧化处理之前，用化学和物理的方法对制品表面进行必要的清洗，使其裸露纯净的金属基体，以利氧化着色顺利进行，从而获得与基体结合牢固、色泽和厚度都满足要求且具有最佳耐蚀、耐磨、耐侯等良好性能的人工膜。（一）脱脂铝及铝合金表面脱脂有有机溶剂脱脂、表面活性剂脱脂、碱性溶液脱脂、酸性溶液脱脂、电解脱脂、乳化脱脂。几种脱脂方法及主要工艺列于表-1。在这些方法中，以碱性溶液特别是热氢氧化钠溶液的脱脂最为有效。表-1 脱脂及主要工艺脱脂方法溶液组成用量g/L温度/度时间min后处理备注有机溶剂汽油、四氯化碳、三氯乙烯等适量常温或蒸汽适当无浸蚀表面活性剂肥皂、合成洗涤剂适量常温-80适当.水清洗无浸蚀碱性溶液NaOH50-20040-800.5-3水洗后用100-500g/L硝酸溶液中和及除挂灰脱脂兼腐蚀除去自然氧化，硝酸可用稀硫酸+铬酸代替十二水磷酸钠NaOH硅酸钠40-608-1225-3060-703-5水清洗NaOH可用40-50g/L碳酸钠代替，总碱度按NaOH计算为1.6%-2.5%多聚磷酸钠碳酸钠磷酸钠一水硼酸钠葡萄糖酸液体润湿剂15.64.84.84.80.3ml0.1ml6012-15水清洗使用前搅拌4个小时十二水磷酸钠硅酸钠液体肥皂50-7025-353-575-853-5水清洗碳酸钠磷酸钠25-4025-4075-85适当水清洗磷酸钠碳酸钠NaOH2010645-653-5水清洗强碱阻化除油剂40-60705水清洗除油不净可延长处理时间酸性溶液硫酸50-30060-801-3水清洗硝酸162-354常温3-5水清洗松化处理磷酸硫酸表面活性剂307550-605-6水清洗磷酸（85%）丁醇异丙醇水100%40%30%20%常温5-10水清洗溶液组成以体积记电解溶液阳极氧化用电解质常温适当交流电或阴极电流电解NaOH100-200常温0.5-3水清洗后中和铝制品为阴极，电流密度为4-8A/dm2乳化溶液石蜡三乙醇胺油酸松油水8.0%0.25%0.5%2.25%89%常温适当水清洗溶液组成以体积记有机溶剂是利用油脂易溶于有机溶剂的特点进行脱脂，常用的溶剂有汽油、煤油、乙醇、乙酸异戊脂、丙酮、四氯化碳、三氯乙烯等。有机溶剂仅用于小批量小型的或极污秽的制品脱脂处理。表面活性剂是一些在很低的浓度下，能显著降低液体表面张力的物质。常用于脱脂的表面活性剂有肥皂、合成洗涤剂、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠等。碱性脱脂溶液的配方非常多，传统工艺采用磷酸钠、氢氧化钠和硅酸钠，其中磷酸钠和硅酸钠有缓蚀、润湿、稳定作用，溶液加热和搅拌有助于获得最好的脱脂效果。油脂在酸的存在下也能进行水解反应生成甘油和相应的高级脂肪酸。电解脱脂可用阳极电流、阴极电流或交流电。在碱性溶液中阴极电流脱脂，阳极最好为镀镍钢板。其在铝及铝合金表面处理中不常用。乳化脱脂所用的溶液为互不溶解的水与有机溶剂组成的两相或多相溶液，并添加有降低表面张力及对各相均有亲和力的去污剂。（二）碱蚀剂碱蚀剂是铝制品在添加或不添加其他物质的氢氧化钠溶液中进行表面清洗的过程，通常也称为碱腐蚀或碱洗。其作用是作为制品经某些脱脂方法脱脂后的补充处理，以便进一步清理表面附着的油污赃物；清除制品表面的自然氧化膜及轻微的划擦伤。从而使制品露出纯净的金属基体，利于阳极膜的生成并获得较高质量的膜层。此外，通过改变溶液的组成、温度、处理时间及其他操作条件，可得到平滑或缎面无光或光泽等不同状态的蚀洗表面。蚀洗溶液的基本组成是氢氧化钠，另外还添加调节剂（NaF、硝酸钠），结垢抑制剂、（葡萄糖酸盐、庚酸盐、酒石酸盐、阿拉伯胶、糊精等）、多价螯合剂（多磷酸盐）、去污剂。碱洗溶液组成往往依铝制品的用途来确定几种碱洗方法列于表-2。表-2 碱蚀洗溶液组成及工艺溶液组成用量%温度/度时间min备注NaOH3.5-950-703-10腐蚀量10-55g/m2，铝离子含量30-80g/LNaOH葡萄糖酸钠或柠檬酸钠4.5-5.50.155518-10腐蚀量20m，铝含量5-25g/LNaOH庚酸钠润湿剂50.10.255-701-10通常清洗用NaOHNaF多聚磷酸钠润湿剂1020.20.255-701-10表面无光浸蚀NaOH硝酸钠庚酸钠540.155-601-10表面平滑清洗NaOH磷酸钠3-7.55-10常温适当加入氟化钠获光泽白色表面（三）中和和水清洗铝制品蚀洗后表面附着的灰色或黑色挂灰在冷的或热的清水洗中都不溶解，但却能溶于酸性溶液中，所以经热碱溶液蚀洗的制品都得进行旨在除去挂灰和残留碱液，以露出光亮基本金属表面的酸浸清洗，这种过程称为中和、光泽或出光处理。其工艺过程是制品在300-400g/L硝酸（1420kg/立方米）溶液中，室温下浸洗，浸洗时间随金属组成的不同而有差异，一般浸洗时间3-5分钟。含硅或锰的铝合金制品上的挂灰，可用硝酸和氢氟酸体积比为3:1的混合液，于室温下处理5-15秒。中和处理还可以在含硝酸300-400g/L和氧化铬5-15g/L的溶液或氧化铬100g/L加硫酸（1840kg/立方米）10ml/L溶液中于室温下进行。各道工序间的水清洗，目的在于彻底除去制品表面的残留液和可溶于水的反应产物，使下道工序槽液免遭污染，确保处理效率和质量。清洗大多采用一次冷水清洗。但碱蚀后的制品普遍采用热水紧接着是冷水的二重清洗。热水的温度为40-60度。中和处理后的制品经水清洗就可以进行氧化处理，所以这道清洗应特别认真，以防止清洁的表面受污染。否则前几道工序的有效处理可能会因最后的清洗不当而前功尽弃。经中和、水清洗后的制品应与上进行氧化处理。在空气中停留的时间不宜过长，如停留30-40分钟，制品就需要重新蚀洗和中和。二、阳极化处理铝制品表面的自然氧化铝既软又薄，耐蚀性差，不能成为有效防护层更不适合着色。人工制氧化膜主要是应用化学氧化和阳极氧化。化学氧化就是铝制品在弱碱性或弱酸性溶液中，部分基体金属发生反应，使其表面的自然氧化膜增厚或产生其他一些钝化膜的处理过程，常用的化学氧化膜有铬酸膜和磷酸膜，它们既薄吸附性又好，可进行着色和封孔处理，表-3介绍了铝制品化学氧化工艺。化学氧化膜与阳极氧化膜相比，膜薄得多，抗蚀性和硬度比较低，而且不易着色，着色后的耐光性差，所以金属铝着色与配色仅介绍阳极化处理。表-3 铝制品化学氧化工艺序号溶液组成用量 g/L温度/度时间min应用范围、膜色备注1碳酸钠铬酸钠氢氧化钠4514285-10010-20纯铝、AlMg、AlMn合金、灰色膜层较疏松2磷酸铬酐氟化钠硼酸551531室温10-15各种铝合金、浅绿色膜层较1的好3重铬酸钠铬酐氟化钠3.5-43-3.50.8室温2-3各种铝合金、深黄或棕色溶液pH=1.5膜层较1的好4碳酸钠铬酸钠321590-1003-5纯铝及含Mg、Mn和Si的合金、也可用于含Cu量少的合金、灰色可做油漆底层5碳酸钠铬酸钠硅酸钠47140.06-190-10010-15纯铝、AlMn（淡透明银色）、AlMgSi硬状态、硬的AlSi和AlMg合金，鲜明金属色空隙少，不能很好的着色，不宜做油漆底层6铬酸钠氢氧化胺0.129.670-8020-50各种铝合金、灰色有斑点膜层似搪瓷7碳酸钠重铬酸钾20.4590-10010-18各种铝合金、灰色可在酸溶液中发白（一）阳极氧化处理的一般概念1、阳极氧化膜生成的一般原理以铝或铝合金制品为阳极置于电解质溶液中，利用电解作用，使其表面形成氧化铝薄膜的过程，称为铝及铝合金的阳极氧化处理。其装置中阴极为在电解溶液中化学稳定性高的材料，如铅、不锈钢、铝等。铝阳极氧化的原理实质上就是水电解的原理。当电流通过时，在阴极上，放出氢气；在阳极上，析出的氧不仅是分子态的氧，还包括原子氧（O）和离子氧，通常在反应中以分子氧表示。作为阳极的铝被其上析出的氧所氧化，形成无水的氧化铝膜，生成的氧并不是全部与铝作用，一部分以气态的形式析出。2、阳极氧化电解溶液的选择阳极氧化膜生长的一个先决条件是，电解液对氧化膜应有溶解作用。但这并非说在所有存在溶解作用的电解液中阳极氧化都能生成氧化膜或生成的氧化膜性质相同。适用于阳极氧化处理的酸性电解液见表-4。表-4 氧化处理的酸性电解液酸类电离常数形成电压基膜颜色硫酸210-2（第二次电离的H+）12-20透明、无色铬酸30-40不透明、带白色磺基水杨酸40-70透明带灰色氨基磺酸30-40带灰色磷酸1.110-2（第一次）7.510-8（第二次）4.810-13（第三次）30-40透明带白色焦磷酸1.410-1（第一次）1.110-2（第二次）2.910-7（第三次）3.610-4（第四次）70-100带白色磷钼酸100以上阻挡层硼酸6.410-100-600阻挡层草酸6.510-2（第一次）6.110-5（第二次）40-60带黄色丙二酸1.6110-3（第一次）2.110-6（第二次）80-110带褐色丁二酸6.610-5（第一次）2.810-6（第二次）120以上白色到黄色顺式丁烯二酸1.510-5（第一次）2.610-7（第二次）150-225灰黄色柠檬酸8.410-1（第一次）1.810-5（第二次）4.010-6（第三次）120以上黄褐色酒石酸1.110-3（第一次）6.910-5（第二次）120以上黄褐色苯二酸1.2610-3（第一次）3.110-6（第二次）100以上阻挡层亚甲基丁二酸麻蚀，40干涉膜乙醇酸（羟基醋酸）1.5410-4麻蚀苹果酸（羟基丁二酸）410-4（第一次）910-6（第二次）麻蚀，40干涉膜3、阳极氧