阳极氧化膜的着色

第三节　阳极氧化膜的着色

阳极氧化膜具有多孔结构，比表面积大，化学活性高。利用这一特点，在阳极氧化膜表面可以进行着色处理。目的在于提高材料表面的装饰性和耐蚀性，同时赋予铝制品表面以各种功能特性。阳极氧化膜着色方法大体有三种类型:浸渍着色、电解着色和整体着色。

一、浸渍着色

经阳极氧化处理后的铝件浸渍在含有染料的溶液中，多孔层吸附各种染料而呈各种颜色。染料分有机和无机两种。由于浸渍着色的色素存在于多孔层的表面，因此，只用于提高产品的装饰性和耐蚀性。

1．浸渍着色原理

氧化膜(Al₂O₃·H₂O)靠对色素的物理吸附和化学吸附，将色素吸附于多孔层孔隙内而显色，称为染色。

无机盐浸渍着色采用金属氧化物或金属盐，通过化学沉积在多孔层的空隙中而显色。

2．有机染料

常用的有酸性染料、活性染料和直接染料。具体见表18－12。

表18－12　常用的有机染料及染色工艺

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3．工艺维护

要染色的零件氧化后只能用冷水清洗，不能用热水洗，也不能用手触摸。为了使染色牢固，可用1%～2%的氨水中和，去除残留在氧化膜空隙中的酸液，然后清洗干净。染色时，零件与零件之间要避免贴合和碰撞。染色淡时，可以重新放入染色液中染色。染色后立即进行封闭和干燥处理，以免表面流色、发花。如零件氧化后放的时间较长，染色前，需用10%醋酸在室温下处理10min或在稀硝酸溶液中浸数秒钟，以便提高氧化膜的着色性。

4．无机盐浸渍着色

无机盐浸渍着色通常采用两次浸渍法。第一次浸渍使第一种溶液成分扩散到多孔层内。第二次浸渍时，孔内溶液与第二种溶液发生化学反应，生成不溶性有色物质，填充在孔内而显色。有时需浸渍多次以加深色调。着色后需烘干。多用于铝合金等耐晒性要求高的材料。工艺见表18－13。

表18－13　无机盐浸渍着色工艺

5．色浆印色

色浆印色工艺是把色浆丝印在铝阳极氧化膜上染色。这种方法可印染多种色彩，不需着色和涂漆，大大节约了原材料消耗，降低生产成本。色浆的配方见表18－14。

表18－14　色浆配方

羧甲基纤维素和海藻酸钠要用冷水配制，将羧甲基纤维素倒入水中，调成糊状，尽量不要结块。配制时要搅拌均匀。

色基的配制方法:先用少量冷水将染料调成糊状，然后按每升溶液先加150mL水，不断搅拌下煮沸。再加水至体积。用时过滤，并用冰醋酸调pH值至2.5～4.5。染色后，要在100℃水中封闭处理。

二、电解着色

阳极氧化后，再在金属盐溶液中进行电解，则在多孔层底部沉积金属或金属化合物而显色。其外观色泽随沉积金属的种类而不同。通过改变金属盐的种类和调节电源波形及电解时间，可以获得各种色调。多用于耐晒、耐气候、耐磨性好的建筑铝型材的装饰及其他功能膜的制取。

1．电解着色原理

铝阳极氧化膜具有单相导电的特性。当阳极氧化在含有金属离子的溶液中进行交流电解时，氧化膜起整流作用。即铝作为阳极时类似于普通阳极氧化，表面生成氧化膜;当铝作为阴极时，氧化膜相当于电子导体，氧化反应停止，金属还原反应取而代之，结果金属在多孔层的底部沉积。

电解着色的色调除与被沉积的金属种类及沉积量有关外，还与金属的颗粒大小、形态和粒度分布有关。见表18－15。

表18－15　沉积金属对着色膜外观色泽的影响规律

2．交流电解工艺

交流电解着色工艺见表18－16。

表18－16　交流电解着色工艺

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3．影响着色膜质量的因素

(1)金属盐。电解着色的色素来源。浓度过低，不易上色。浓度高易脱色。金属盐浓度应控制在中等浓度。常用的金属盐有锡盐和镍盐或它们的混合物。镍盐浓度控制在0.1～0.15mol/L，锡盐浓度控制在0.02～0.03mol/L。

(2)硫酸。导电和防止盐的水解。含量控制在15～20g/L。

(3)硼酸。起缓冲作用，并调节锡盐溶液的pH值。含量控制在30～35g/L。

(4)甲酚磺酸。锡盐溶液的稳定剂。抑制Sn²⁺转变成Sn⁴⁺而使色泽发黄。

(5)pH值。pH值低，氧化膜易酸蚀而着不上色。过高易发生盐类水解，得不到着色膜。

(6)温度。温度低，着色速度慢，色泽浅;温度高于40℃，着色速度快，膜粗糙，着色不均匀。应控制在20～35℃。

(7)电压。其他条件不变，随电压升高，着色速度加快，色泽变深。

(8)时间。同电压条件。

4．溶液配制

槽中先加入2/3的水，然后缓慢加入硫酸，再加其他固体药品，待溶解后，将硫酸亚锡最后加入，直至溶解，补加余下的水。使用时进行过滤。如有硼酸，先用容器溶解硼酸再加入即可。

5．工艺维护

(1)要求着色的氧化膜厚度至少在8μm以上，铝型材一般要求膜厚在10μm以上。

(2)阳极氧化后的铝制品，清洗后立即放入着色液中，在不通电的情况下，静止1～2min，然后缓慢升高电压至规定值。着色完毕后，断电取出，清洗后在热水中封闭20～30min。

(3)氧化和着色的挂具要与处理件的材质相同，不导电部分要绝缘。不要用钛做挂具，否则接触处不易着色。挂具与工件要接触牢固。

(4)阴极材料最好采用惰性材料，如碳、石墨，也可以用不锈钢和钛等金属。一般阴极与工件面积比取1/2∶1、1∶1、1∶2。采用棒状、条状和管状，分布要均匀。不要同时处理不同材料的工件。

(5)电解着色中的问题往往是着色不均匀和电解液变色。引起着色不均匀的原因很多，如原材料、表面状态、装挂的方式、氧化膜厚度的均匀性及清洗情况等。出现问题时要检查相应的环节。引起电解液变质的原因大多为盐的水解，适量加一些稳定剂就可解决。

三、整体着色

1．特殊铝合金着色色调

特殊的铝合金在特定的溶液中，能够在获得氧化膜的同时着色的方法见表18－17。

表18－17　特殊铝合金着色色调

2．特殊电解液着色工艺(表18－18)

表18－18　特殊电解液着色工艺