1、第九講 轉(zhuǎn)化膜與著色技術(shù)第二大模塊 表面防護(hù)及裝飾n大作業(yè)之二n題 目：金工車間有18扇大窗戶，每扇高寬均為3.5m。因使用日久，窗戶的護(hù)窗都銹蝕嚴(yán)重。n處理要求：在不影響金工車間安全的前提下，對護(hù)窗進(jìn)行防護(hù)及裝飾處理，要求處理后能在3年內(nèi)不出現(xiàn)明顯銹蝕。工期1周，成本適中。表面工程學(xué) 第九講 轉(zhuǎn)化膜與著色技術(shù)一、本課的基本要求掌握鉻酸鹽膜、草酸鹽膜化學(xué)反應(yīng)機(jī)理，鉻酸鹽膜，鉻酸鹽膜的性質(zhì)與成膜工藝?；瘜W(xué)氧化原理，鋼的化學(xué)氧化。了解鋁及鋁合金的化學(xué)氧化，銅及銅合金的化學(xué)氧化。掌握金屬表面著色機(jī)理，鋁和鋁合金的著色，電解發(fā)色法，了解氧化膜染色法，電解著色法，不銹鋼的著色。二、本課的重點、難點：重點

2、：鉻酸鹽膜、草酸鹽膜化學(xué)反應(yīng)機(jī)理，鉻酸鹽膜，鉻酸鹽膜的性質(zhì)與成膜工藝?；瘜W(xué)氧化原理，鋼的化學(xué)氧化。金屬表面著色機(jī)理，鋁和鋁合金的著色，電解發(fā)色法，氧化膜染色法，電解著色法，不銹鋼的著色。難點：化學(xué)成膜的基礎(chǔ)理論，金屬表面著色機(jī)理。第九講 轉(zhuǎn)化膜與著色技術(shù)1. 概述2. 鋁及其合金的陽極化3. 鋼鐵的化學(xué)氧化4. 鋼鐵的磷酸鹽處理5 .鉻酸鹽鈍化1. 概述 1.1 什么是化學(xué)轉(zhuǎn)化膜 1.2 化學(xué)轉(zhuǎn)化膜的用途化學(xué)轉(zhuǎn)化膜其反應(yīng)一般式可以寫成 式中M為金屬原子，Az-是介質(zhì)中的陰離子，MmAn是不溶性反應(yīng)產(chǎn)物，形成表面覆蓋層(化學(xué)轉(zhuǎn)化膜)。mM + nAz- = MmAn + nze化學(xué)轉(zhuǎn)化膜的形成必

3、須有基體金屬參與，故可以看做金屬化學(xué)轉(zhuǎn)化膜的形成必須有基體金屬參與，故可以看做金屬的受控腐蝕過程。的受控腐蝕過程。 形成化學(xué)轉(zhuǎn)化膜的方法形成化學(xué)轉(zhuǎn)化膜的方法 電化學(xué)方法，稱為陽極氧化或陽極化。 化學(xué)方法，包括化學(xué)氧化，磷酸鹽處理，鉻酸鹽處理和草酸鹽處理。將金屬部件置于選定的介質(zhì)條件下，使表層金屬和介質(zhì)中的陰離子發(fā)生反應(yīng)，生成附著牢固的穩(wěn)定化合物?；瘜W(xué)轉(zhuǎn)化膜的組成并不總是象這樣簡單的典型化合物1. 概述 1.1 什么是化學(xué)轉(zhuǎn)化膜 1.2 化學(xué)轉(zhuǎn)化膜的用途化學(xué)轉(zhuǎn)化膜的用途金屬表面防護(hù)層金屬表面防護(hù)層 鋁及鋁合金制品陽極化處理、鋼鐵制品化學(xué)氧化處理，能大大提高其耐蝕性； 鍍鋅層經(jīng)過鉻酸鹽處理后，在鹽

4、霧試驗中出現(xiàn)銹點的時間大大增加。 金屬表面的化學(xué)轉(zhuǎn)化膜能起到防護(hù)作用的原因，一是降低了金屬本身的化學(xué)活性，使金屬的熱力學(xué)穩(wěn)定性提高；二是將金屬與環(huán)境介質(zhì)隔離開。 同其它防護(hù)層(例如金屬鍍層)相比，化學(xué)轉(zhuǎn)化膜的防護(hù)功能是不高的，它往往不足于使金屬得到有效的保護(hù)。 化學(xué)轉(zhuǎn)化膜一般是與其它防護(hù)層聯(lián)合組成多元的防護(hù)層系統(tǒng)，化學(xué)轉(zhuǎn)化膜一般是與其它防護(hù)層聯(lián)合組成多元的防護(hù)層系統(tǒng)，化學(xué)轉(zhuǎn)化膜常作為這個多元系統(tǒng)的底層?；瘜W(xué)轉(zhuǎn)化膜常作為這個多元系統(tǒng)的底層。 例如化學(xué)轉(zhuǎn)化膜+油漆涂層的多元防護(hù)系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用?；瘜W(xué)轉(zhuǎn)化膜在多元防護(hù)層系統(tǒng)中的作用，一是增加表面防護(hù)層與基底金屬的結(jié)合力，二是在表面防護(hù)層(如油漆層

5、)局部損壞或者被腐蝕介質(zhì)穿透時防止腐蝕的擴(kuò)展。有的化學(xué)轉(zhuǎn)化膜具有各種色彩，如鋅鍍層經(jīng)過鉻酸鹽處理可以得到彩虹色、軍綠色、亮白色、黑色等不同外觀。有的化學(xué)轉(zhuǎn)化膜由于多孔，可以進(jìn)行染色，如鋁及其合金制品經(jīng)過陽極化處理后可以染上各種色彩。裝裝 飾飾 在金屬的冷作加工中，化學(xué)轉(zhuǎn)化膜(特別是磷酸鹽膜和草酸鹽膜)有著十分廣泛的應(yīng)用，因為這種膜可以同時起到潤滑和減摩的作用，從而允許工件在較高的負(fù)荷下進(jìn)行加工。潤滑和潤滑和減摩減摩由于化學(xué)轉(zhuǎn)化膜具有較高的電阻，而且使較活潑的金屬的電位正移，因此在異金屬部件接觸時，經(jīng)過化學(xué)轉(zhuǎn)化膜處理的部件之間的電偶腐蝕問題可以大大減小。防止電偶防止電偶腐蝕腐蝕對鈦、鋁及其合金來

6、說，電鍍的一個困難問題是表面易鈍化而導(dǎo)致結(jié)合不良。采用具有適當(dāng)膜孔結(jié)構(gòu)的化學(xué)轉(zhuǎn)化膜作底層，可以使鍍層與基體金屬牢固結(jié)合。金屬鍍層金屬鍍層的底層的底層2.鋁及其合金的陽極化 2.1 概述 2.2 鋁陽極化的原理 2.3 鋁和鋁合金的陽極化工藝 2.4 陽極氧化膜的著色與封閉因為在空氣中生成的自然氧化物膜只有0.010.1m厚，保護(hù)作用很差。經(jīng)陽極化處理，可以使氧化膜增厚至幾十微米 ，甚至幾百微米。陽極氧化得到的氧化膜與基體金屬結(jié)合十分牢固，具有良好的耐蝕性、裝飾性、耐磨性、電絕緣性，可以獲得多種應(yīng)用。 鋁及鋁合金的陽極化是將鋁(或鋁合金)制品浸在電解液(硫酸、鉻酸、草酸溶液，以硫酸溶液應(yīng)用最廣)

7、中，作為陽極通電進(jìn)行電解，使鋁表面生成需要厚度的氧化物膜。鋁是比較活潑的金屬鋁是比較活潑的金屬(標(biāo)準(zhǔn)電位標(biāo)準(zhǔn)電位 -1.66V)，又是易鈍化金屬，又是易鈍化金屬，在空氣中表面很容易生成天然氧化物膜，為什么還要進(jìn)行陽在空氣中表面很容易生成天然氧化物膜，為什么還要進(jìn)行陽極氧化極氧化?鋁及鋁合金的陽極化如何進(jìn)行鋁及鋁合金的陽極化如何進(jìn)行? ?陽極化過程中發(fā)生什么反應(yīng)陽極化過程中發(fā)生什么反應(yīng)? ? 在通入陽極電流的情況下，鋁表面上同時發(fā)生氧化物生成氧化物生成反應(yīng)反應(yīng)(成膜反應(yīng)成膜反應(yīng))和氧化物的溶解反應(yīng)氧化物的溶解反應(yīng)(溶膜反應(yīng)溶膜反應(yīng))： 控制溶液組成和工藝條件，可以使成膜反應(yīng)速度大于溶膜反應(yīng)速度，

8、就能使鋁表面生成需要厚度的氧化物膜。 2Al + 3H2O = Al2O3 +6H+ + 6e (成膜反應(yīng)) Al2O3 +6H+ = Al3+ + 3H2O (溶膜反應(yīng)) 鋁陽極化生成的氧化膜包括密膜層密膜層和孔膜層孔膜層。密膜層(阻擋層)厚度很小，孔膜層存在大量孔隙(每平方厘米上億個)，因此可以著色處理，獲得裝飾性外觀。 不管是著色或不著色的陽極化膜，都需要進(jìn)行封閉，使孔閉合以提高膜的保護(hù)性能和保持著色效果。氧化膜的結(jié)構(gòu)如何？氧化膜的結(jié)構(gòu)如何？2.鋁及其合金的陽極化 2.1 概述 2.2 鋁陽極化的原理 2.3 鋁和鋁合金的陽極化工藝 2.4 陽極氧化膜的著色與封閉成膜反應(yīng)究竟是如何進(jìn)行？

9、成膜反應(yīng)究竟是如何進(jìn)行？為什么陽極化要使用酸性溶液？為什么陽極化要使用酸性溶液？由鋁的電位-pH圖知，在pH = 4.458.58之間為“鈍化區(qū)”，即鋁的氧化物處于熱力學(xué)穩(wěn)定狀態(tài)的電位-pH范圍。由于這種狀態(tài)下的氧化物膜極薄，在工業(yè)上的應(yīng)用價值很有限。因此，為了得到厚度滿足要求為了得到厚度滿足要求的氧化物膜，陽極化過程的條的氧化物膜，陽極化過程的條件必須越出鈍化區(qū)件必須越出鈍化區(qū)。鋁的陽極化使用酸性溶液，就是這個道理。在酸性溶液中，鋁的氧化物雖然不處于熱力學(xué)穩(wěn)定狀態(tài)，但可以處于介穩(wěn)狀態(tài)(虛線以上的區(qū)域)。氧化物膜在有限溶解的同時繼續(xù)生成，厚度達(dá)到工業(yè)應(yīng)用的要求。 0 2 4 6 8 10 12

10、 14 pH 鋁鋁的的電電位位- -p pH H 圖圖 鈍化區(qū) 腐蝕區(qū)(堿性溶解) 腐蝕區(qū) (酸性溶解) 氧化物 介穩(wěn)狀 態(tài)區(qū) 免蝕區(qū) 2.0 1.00. 0 -1.0 -2.0 在鋁的陽極化過程中，鋁作為陽極，表面發(fā)生氧化反應(yīng) Al = Al3+ + 3e (鋁的溶解) 2H2O = O2 + 4H+ + 4e (析氧) 2Al + 3H2O = Al2O3 +6H+ + 6e (成膜反應(yīng))成膜反應(yīng)可以分解為： H2O = O + 2H+ +2e 2Al +3O = Al2O3 在陰極上發(fā)生析氫反應(yīng)： 2H+ + 2e = H2 在酸溶液中，鋁表面的氧化物發(fā)生化學(xué)溶解： Al2O3 + 6H

11、+ = 2Al3+ + 3H2O電極反應(yīng)電極反應(yīng)膜的生成和溶解同時進(jìn)行。選擇合適的溶液和工藝條件，可膜的生成和溶解同時進(jìn)行。選擇合適的溶液和工藝條件，可以使膜的生成速度大于溶解速度，膜厚便不斷增加。以使膜的生成速度大于溶解速度，膜厚便不斷增加。Al = Al3+ + 3e E0 = -1.66V 與pH無關(guān)陽極反應(yīng)的電位陽極反應(yīng)的電位-pH關(guān)系關(guān)系2Al + 3H2O = Al2O3 +6H+ + 6e E0 = -1.55V Ee = -1.55 - 0.059pH2H2O = O2 + 4H+ + 4e E0 = 1.228V Ee = 1.228 - 0.059pH在陽極極化條件下，比較

12、這三個電極反應(yīng)發(fā)生的傾向。在陽極極化條件下，比較這三個電極反應(yīng)發(fā)生的傾向。如果不發(fā)生析氧，鋁能否生成如果不發(fā)生析氧，鋁能否生成Al2O3？氧化膜生成的特性曲線左圖的陽極氧化電壓-時間曲線的試驗體系： 鋁試樣 200g/L 硫酸溶液 溫度25、 陽極電流密度1A/dm2該曲線明顯地分為ab，bc，cd三段，每一段都反映了氧化膜生長的特點。Vtabcd陽極氧化特性曲線陽極氧化特性曲線氧化膜的生成規(guī)律，可以用氧化過程的電壓-時間曲線來說明。Vtabcd陽極氧化特性曲線陽極氧化特性曲線ab段段：在開始通電后的很短時間內(nèi)，電壓急劇上升，這時鋁表面生成一層致密的、具有很高電阻的氧化膜，厚度約為0.010.

13、015 m，稱為密膜層或阻擋層。密膜層阻礙了電流通過及氧化反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行。密膜層的厚度在很大程度上取決于外加電壓。外加電壓越高，密膜層厚度越大，硬度越高。密膜層鋁基體Vtabcd陽極氧化特性曲線陽極氧化特性曲線 b點的電位以及它出現(xiàn)的時間，主要取決于電解液的性質(zhì)和操作溫度。電解液對氧化膜的溶解速度越快，氧化膜越容易出現(xiàn)孔穴，b點的電壓就越低，出現(xiàn)的時間越早。升高電解液溫度，氧化膜的溶解速度加快，b點的電壓降低，出現(xiàn)的時間提前。 bc段段：當(dāng)電壓達(dá)到一定數(shù)值后開始下降，一般可以比其最高值下降1015%。這是由于電解液對氧化膜的溶解作用所致。由于氧化膜的厚度不均勻，氧化膜最薄的地方因溶解而形成孔穴，

14、該處電阻下降，電壓也就隨之下降。氧化膜上產(chǎn)生孔穴后，電解液得以與新的鋁表面接觸，電化學(xué)反應(yīng)又繼續(xù)進(jìn)行，氧化膜就能繼續(xù)生長?？籽苣愉X基體Vtabcd陽極氧化特性曲線陽極氧化特性曲線 cd段：段：當(dāng)電壓下降到一定數(shù)值后不再下降，而趨于平穩(wěn)。此時阻擋層的生成速度與溶解速度達(dá)到平衡，其厚度不再增加，因而電壓保持平穩(wěn)。阻擋層厚度不增加，但氧化反應(yīng)并未停止，在每個孔穴的底部氧化膜的生成與溶解仍在繼續(xù)進(jìn)行，使孔穴底部逐漸向金屬基體內(nèi)部移動。隨著氧化時間的延長，孔穴加深，形成孔隙和孔壁?？妆谂c電解液接觸的部分也同時被溶解并水化(Al2O3.xH2O)，從而形成可以導(dǎo)電的孔膜層，其厚度由1至幾百微米。Al2

15、O3H2O孔膜層密膜層鋁基體 在陽極氧化的整個過程中，氧化膜的厚度不斷增加。但但隨著陽極化時隨著陽極化時間的延長，膜的增厚速度減小。這是由于在陽極氧化過程中電間的延長，膜的增厚速度減小。這是由于在陽極氧化過程中電流效率逐漸下降造成的流效率逐漸下降造成的。陽極電流效率下降的原因： 隨著膜厚增加，膜中的孔逐漸加深，電解液到達(dá)孔底越來越困難。 由于孔穴中的真實電流密度很高，其外層水化程度加大，提高了導(dǎo)電能力，從而促使析氧加劇，降低了電流效率。 氧化膜的化學(xué)溶解使氧化膜的量減少。陽極電流效率與電解液的種類和工藝參數(shù)有關(guān)。陽極電流效率陽極電流效率 電 解 液電流密度,A/dm2 溫度, 陽極電流效率,

16、% 15%硫酸1.32579.463.8 3% 草酸1.3223069.450.3 9% 鉻酸0.333552.4幾種陽極化工藝的電流效率幾種陽極化工藝的電流效率從氧化過程的分析知，氧化膜的生長，是在已生成的氧化膜下面，即氧化膜與金屬鋁的交界處，向著基體金屬生長。 在這個過程中，電解液必須到達(dá)孔隙的底部使阻擋層溶解，孔內(nèi)的電解液必須不斷更新。實驗測出，膜孔的孔徑為0.0150.033 m，在這樣狹小的孔中，電解液如何進(jìn)行更新？ 電解液是通過電滲析電滲析更新的。 膜膜 孔孔 內(nèi)內(nèi) 的的 電電 滲滲 液液 流流 在電解液中水化了的氧化膜孔壁表面帶負(fù)電荷，在其附近的溶液中靠近孔壁是帶正電荷的離子(比

17、如由于氧化膜溶解而產(chǎn)生的大量Al3+)。由于電位差的影響，產(chǎn)生電滲液流，貼近孔壁帶正電荷的液層向孔外流動，而外部的新鮮溶液沿孔的中心軸流向孔內(nèi)。 這種電滲液流是氧化膜生長增厚的必要條件之一。密膜孔膜孔膜壁氧化膜氧化膜的組成的組成 電子衍射測定證明，在20%硫酸電解液中得到的氧化膜，未經(jīng)封閉處理前其外表層是晶態(tài)的，由Al2O3H2O和-Al2O3混合而成；內(nèi)部是具有-Al2O3結(jié)構(gòu)的無定形Al2O3。用水封閉處理后，則形成Al2O3H2O和Al2O33H2O的混合物。 在陽極化過程中，隨著電解液對孔壁水化過程的進(jìn)行，膜可能吸附或化學(xué)結(jié)合電解液中的離子。吸附量取決于電解液性質(zhì)和工藝參數(shù)(溫度、電流

18、密度等)。例如可以吸附多達(dá)0.7%的鉻酸或者1320%的硫酸。 硫硫 酸酸 中中 陽陽 極極 化化 得得 到到 的的 氧氧 化化 膜膜 組組 成成 成 分 % 封 閉 前 用 水 封 閉 后 Al2O378.961.7 Al2O3H2O0.517.6 Al2(SO4)320.217.9 H2O0.42.8陽極氧化膜的具體成分，在很大程度上取決于電解液的類型、濃度和工藝參數(shù)。氧化膜氧化膜的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)通過電子顯微鏡觀察，在硫酸、草酸、鉻酸和磷酸等電解液中生成的氧化膜的結(jié)構(gòu)基本相似，其孔體都是六其孔體都是六角形結(jié)構(gòu)。角形結(jié)構(gòu)。 靠近金屬鋁的內(nèi)層為密膜層(阻擋層)，厚度0.010.05m，電阻率高達(dá)1

19、09m，顯微硬度可達(dá)15000MPa。 外層為孔膜層，厚度可達(dá)250m，疏松多孔，電阻率低(105 m)。 氧化膜的孔隙率和孔徑與電解液性質(zhì)和工藝參數(shù)有關(guān)，比如在10、15%硫酸中進(jìn)行陽極化處理，得到的氧化膜的孔徑為12nm，對應(yīng)于電壓15、20、30V，氧化膜的孔隙率分別為77 109 、52 109 、28109/cm2?？妆诤穸瓤左w大小孔膜層厚度孔穴直徑密膜層厚度陽極氧化膜結(jié)構(gòu)陽極氧化膜結(jié)構(gòu)2.鋁及其合金的陽極化 2.1 概述 2.2 鋁陽極化的原理 2.3 鋁和鋁合金的陽極化工藝 2.4 陽極氧化膜的著色與封閉鋁陽極化工藝流程預(yù)處理陽極化后處理除 油堿 蝕出 光化學(xué)拋光或電化學(xué)拋光著

20、色封 閉除油除油鋁及鋁合金制品除油可以使用酸性、中性、堿性溶液，目前工業(yè)上仍以堿性化學(xué)除油為主，但與鋼鐵堿性化學(xué)除油相比，NaOH含量低或者不用，溫度也較低。 采用水基清洗劑常溫除油可以節(jié)省能源，采用廢硫酸氧化液或廢硝酸出光液可以達(dá)到綜合利用。堿蝕堿蝕堿蝕的目的是除去制件在堿性除油中殘存的氧化膜、表面變質(zhì)層、滲入基體表面層的污物等，使表面均勻一致。 常常用用堿堿蝕蝕工工藝藝規(guī)規(guī)范范 溶液組成及操作條件123 氫氧化鈉 g/L5010050605070 葡萄糖酸鈉 g/L15 檸檬酸鈉 g/L1.5 HD-87添加劑 ml/L2030 溫度 408050706070 時間 min0.531668

21、 Al2O3 + 2NaOH = 2NaAlO2 + H2O 氧化膜溶解 2Al + 2NaOH = 2NaAlO2 + 3H2 鋁的溶解 2NaAlO2 + 4H2O = 2NaOH + 2Al(OH)3 鋁酸鈉的水解， Al2O3 + 3H2O 生成硬鋁石，非常有害， 應(yīng)避免。堿蝕的反應(yīng)堿蝕的反應(yīng)出出 光光堿蝕之后鋁表面上仍殘留有不溶于堿的銅、錳、硅、鐵等合金元素，俗稱“硅灰”，必須除去；同時中和鋁表面的堿性。 對于一般工業(yè)純鋁及鋁合金，采用3050%(vol)的硝酸溶液。 高硅鋁合金和鑄鋁合金，采用HNO3 HF = 1 3的混合酸。 對于建筑鋁合金，因含硅、鎂少，基本不含銅、錳、鐵等，

22、可采用廢硫酸氧化液，既廢物利用，又可防止雜質(zhì)帶入氧化槽。化學(xué)拋光和化學(xué)拋光和電化學(xué)拋光電化學(xué)拋光使制品獲得平滑光亮的表面。陽極化工藝種類硫酸陽極化工藝鉻酸陽極化工藝草酸陽極化工藝瓷質(zhì)陽極化工藝硬質(zhì)陽極化工藝 直 流 法12 硫酸 g/L150200160170100150 溫度 1525031525 陽極電流密度 A/dm20.81.50.4624 電壓 V182516201830 氧化時間 min2040602040 交流法電解液組成及工藝條件硫酸陽極化工藝硫酸陽極化工藝 直流法1號工藝和交流法適用于一般鋁及鋁合金的防護(hù)-裝飾性氧化， 直流法的2號工藝適用于純鋁和鋁鎂合金制品的裝飾性氧化。特

23、特 點點 硫酸陽極化工藝可以得到厚度硫酸陽極化工藝可以得到厚度520 m、無色透明、無色透明的氧化膜，膜的硬度較高，吸附能力強，易于染色；的氧化膜，膜的硬度較高，吸附能力強，易于染色；經(jīng)封閉處理后耐蝕性較好，主要用于防護(hù)和裝飾。經(jīng)封閉處理后耐蝕性較好，主要用于防護(hù)和裝飾。 硫酸陽極化工藝簡單，操作方便；溶液穩(wěn)定，電能消耗少，成本較低；允許雜質(zhì)含量范圍較大，適用范圍較廣。 不宜用于孔隙大的鑄造件、點焊和鉚接的組合件。影響因素影響因素 硫酸濃度硫酸濃度 在其它條件不變時，硫酸濃度增大將使電解液對氧化膜的溶解速度增加,氧化膜的生長速度減慢，孔隙增多。膜的彈性好，吸附力強，易于染色，但膜的硬度較低。反

24、之，氧化膜生長速度增快，膜的孔隙率降低，硬度較高，耐磨性和反光性良好。 溫度溫度 溫度對氧化膜生長速度和性質(zhì)的影響與硫酸濃度的影響相似。當(dāng)溫度在1020之間時，生成的氧化膜多孔，吸附性能好，并富有彈性，適宜染色，但膜的硬度較低，耐磨性較差。如果溫度高于26，氧化膜疏松、脆性大、硬度低。溫度低于10時，氧化膜厚度大，硬度高，耐磨性好，但孔隙率較低。因此，對硫酸濃度和溫度必須嚴(yán)格控制。 電流密度電流密度 陽極電流密度與氧化膜的生長關(guān)系很大。在其它條件相同時，提高電流密度使氧化膜的生長速度加快，膜的孔隙率高，易于染色；而且硬度和耐磨性也有所提高。反之，減小電流密度，膜的生長速度減慢，但生成的氧化膜致

25、密。不過，提高電流密度對增加氧化膜生長速度和膜厚的作用是有限度的，當(dāng)氧化膜生長速度達(dá)到極限值就不會再增加。這是因為電流密度太高時電流效率下降，同時由于溫度升高使膜的溶解速度加快。 攪拌攪拌 在氧化過程中，由于產(chǎn)生較多的熱量，造成工件附近的溶液溫度升高較快，使氧化膜質(zhì)量下降。因此溶液應(yīng)當(dāng)進(jìn)行攪拌，通?？梢圆捎脽o油壓縮空氣攪拌或用泵使電解液循環(huán)。 溶液中的雜質(zhì)溶液中的雜質(zhì) 電解液中常見的雜質(zhì)有Cl-、F-、Al3+、Cu2+、Fe2+等，其中對陽極氧化膜影響最顯著的是Cl-、F- 和Al3+。當(dāng)活性離子Cl- 和F- 存在時，膜的孔隙率增加，膜表面疏松粗糙，甚至使氧化膜發(fā)生腐蝕。Cl-的最高允許含

26、量為0.05g/L，在配制時應(yīng)注意水的質(zhì)量。Al3+含量增加，氧化膜表面出現(xiàn)白色斑點，吸附能力下降；當(dāng)Al3+含量超過20g/L，電解液的氧化能力顯著下降。此時可以將電解液的溫度升高到4045，在不斷攪拌下緩慢加入(NH4)2SO4溶液,使Al3+ 生成(NH4)2Al(SO4)2的復(fù)鹽沉淀，然后過濾除去。Cu2+含量超過0.02g/L時，氧化膜上會出現(xiàn)暗色條紋和斑點?？梢杂勉U作陰極，陰極電流密度控制在0.10.2A/dm2，使銅在陰極析出。 合金成分合金成分 一般來說，合金元素的存在會使氧化膜質(zhì)量下降，例如含銅量較多的鋁合金上的氧化膜缺陷較多，含硅的鋁合金上的氧化膜發(fā)灰發(fā)暗。在同樣的陽極化處

27、理條件下，純鋁上獲得的氧化膜最厚，硬度最高，耐蝕性最好。影響因素影響因素 氧化時間氧化時間 陽極氧化時間應(yīng)根據(jù)電解液的濃度、溫度、電流密度和需要的膜厚來確定。在相同條件下，隨著時間延長，氧化膜的厚度增加，孔隙增多，易于染色，耐蝕能力提高。但達(dá)到一定厚度后，膜的生長速度減慢，到最后不再增加。 為了獲得一定厚度和硬度的氧化膜，氧化時間需要3040分鐘；要得到孔隙多、便于染色的裝飾性膜，氧化時間需要增加到60100分鐘。 交流電流交流電流 在使用交流電流時，由于氧化過程中只有一半時間是陽極過程，硫酸濃度應(yīng)控制低一些，電流密度可以高一些。得到的氧化膜具有很高的透明度和孔隙率，但硬度和耐磨性較低。 使用

28、交流電流時，兩極上均可裝掛制件，但它們的面積應(yīng)當(dāng)相等。要得到與直流電流氧化時同樣厚度的氧化膜，氧化時間應(yīng)當(dāng)加倍。影響因素影響因素陽極化工藝種類硫酸陽極化工藝鉻酸陽極化工藝草酸陽極化工藝瓷質(zhì)陽極化工藝硬質(zhì)陽極化工藝電解液組成及工藝條件123 鉻酐 g/L5060304095100 溫度 35 240 237 2 陽極電流密度 A/dm21.52.50.20.60.32.5 電壓 V040040040 氧化時間 min606035 陰極材料 鉛板或石墨鉻酸陽極化工藝鉻酸陽極化工藝工藝1適用于一般機(jī)加工和鈑金件，工藝2適用于經(jīng)過拋光并允許公差小的零件，工藝3適用于純鋁及包鋁零件。 鉻酸陽極氧化得到的

29、氧化膜很薄，一般厚度只有25m。膜層質(zhì)軟，彈性好，耐磨性差。氧化膜呈灰色或者彩虹色，不透明，很難染色。 膜的孔隙率很低，不經(jīng)封閉處理即可使用。膜層與有機(jī)涂料結(jié)合力很好，是油漆涂料的良好底層。特特 點點影響因素影響因素 電壓電壓 鉻酸陽極化得到的氧化膜較致密，隨著氧化膜增厚，電阻亦逐漸升高。為了使氧化過程能夠正常進(jìn)行，膜厚達(dá)到要求，必須在陽極化過程中逐步升高電壓，使電流密度保持在規(guī)定的范圍內(nèi)。一般是在氧化開始的15分鐘內(nèi)使電壓逐步由0升至25V，維持電流密度在2A/dm2左右，然后再逐步將電壓升至40V，并維持到氧化處理結(jié)束?？傆嫊r間約1小時。 雜質(zhì)雜質(zhì) 在鉻酸陽極化電解液中，SO42-、Cl-

30、、Cr3+都是有害的雜質(zhì)。SO42-含量超過0.5g/L，Cl-含量超過0.2g/L時，氧化膜變粗糙。Cr3+使氧化膜變得暗而無光。 因此，配制電解液時應(yīng)當(dāng)使用蒸餾水或去離子水。 SO42-：當(dāng)溶液中SO44-含量過多時，可以加入Ba(OH)2或者BaCO3，使其生成BaSO4沉淀，經(jīng)過濾除去。 Cl-：如Cl-含量太多，只能棄去部分溶液重新進(jìn)行調(diào)整，或者全部更換。 Cr3+：在陽極化過程中Cr6+在陰極上還原產(chǎn)生Cr3+。當(dāng)溶液中Cr3+積累過多時，可以通電進(jìn)行處理，使Cr3+在陽極上氧化為Cr6+。通電方法是：以鉛作陽極，不銹鋼作陰極，維持陽極電流密度 ia = 0.2A/dm2，陰極電流

31、密度 ic = 10A/dm2。陽極化工藝種類硫酸陽極化工藝鉻酸陽極化工藝草酸陽極化工藝瓷質(zhì)陽極化工藝硬質(zhì)陽極化工藝 電解液組成及工藝條件123 草酸 C2H2O4.2H2O g/L27335010050 溫度 15213535 陽極電流密度 A/dm2122312 電壓 V11012040603035 氧化時間 min12030603060 電源直流交流直流草酸陽極化工藝草酸陽極化工藝工藝1適用于純鋁材料制作電絕緣氧化膜，工藝2、3適用于純鋁和鋁鎂合金的表面裝飾。 草酸陽極氧化能得到硬度較高和厚度較大(可達(dá)60m)的氧化膜，膜的彈性好，電絕緣性能優(yōu)良。根據(jù)鋁合金成分的不同，可以直接得到從銀白

32、色到棕色的彩色膜，但膜著色困難。 當(dāng)采用交流電進(jìn)行氧化時，得到的氧化膜彈性和電絕緣性能好而硬度較低，適宜作為鋁線繞組的絕緣層。 草酸陽極氧化工藝的缺點是成本高，電能消耗大；另外，草酸有毒。在生產(chǎn)過程中草酸在陽極上被氧化為CO2，在陰極上被還原為烴基乙酸，造成電解液不穩(wěn)定，因此需經(jīng)常調(diào)整。特特 點點影響因素影響因素 電壓電壓 由于草酸陽極氧化工藝得到的氧化膜致密，電阻高，只有在高電壓下才能獲得較厚的氧化膜。為了防止氧化膜不均勻，和高電區(qū)發(fā)生電擊穿現(xiàn)象，操作過程中必須逐步升高電壓。 雜質(zhì)雜質(zhì) 草酸陽極化電解液對Cl-非常敏感，一般允許含量為0.04g/L，過高則膜層會出現(xiàn)腐蝕斑點。配制溶液應(yīng)使用蒸

33、餾水或者去離子水。Al3+的含量不允許超過3g/L，過多時需要更換溶液或者棄去部分溶液補加新液。根據(jù)經(jīng)驗，每通電1安培小時，約消耗草酸0.130.14g，同時有0.080.09g鋁離子進(jìn)入溶液。以工藝1為例，工件氧化時應(yīng)帶電(小電流)下槽，在最初的5分鐘內(nèi)保持陽極電流密度在12A/dm2，將電壓由0升至40V；隨后在1020分鐘將電壓升至90V，陽極電流密度保持不變；然后再在1520分鐘將電壓升至110V，在此電壓下維持氧化7090分鐘。在氧化過程中要用無油壓縮空氣劇烈地攪拌溶液。 0 5 10 15 20100 50 0t(min)V(V)陽極化工藝種類硫酸陽極化工藝鉻酸陽極化工藝草酸陽極化

34、工藝瓷質(zhì)陽極化工藝硬質(zhì)陽極化工藝 電解液組成及工藝條件123 鉻酐CrO3 g/L35403040 草酸 C2H2O4 .2H2O g/L51225 硼酸 H3BO3 g/L5713810 草酸鈦鉀 TiO(KC2O4).2H2O g/L3545 檸檬酸 C6H8O7.H2O g/L11.5 溫度 455540502428初始23終止0.10.6初始23終止0.61.2 電壓 V2540408090110 氧化時間 min406040603040 膜層厚度 m101610161016 顏色乳白色灰 色灰白色0.81 陽極電流密度 A/dm2瓷質(zhì)陽極化工藝瓷質(zhì)陽極化工藝 從性能和成本上看，工藝1

35、混酸法最佳，工藝2次之。 從工藝操作上看，工藝2穩(wěn)定，操作簡便，容易掌握，工藝1次之，最不 易掌握的是工藝3(草酸鈦鉀法)。 最適合瓷質(zhì)陽極氧化的材料是純鋁和鋁鎂合金。 配制溶液應(yīng)當(dāng)使用蒸餾水和去離子水。特特 點點瓷質(zhì)陽極氧化工藝可以得到具有瓷釉或搪瓷般光澤的氧化膜，膜層致密、不透明、結(jié)合力好、硬度高、耐磨性和耐蝕性強，還具有良好的絕熱性、電絕緣性和吸附性，能染色，色澤美觀。陽極化工藝種類硫酸陽極化工藝鉻酸陽極化工藝草酸陽極化工藝瓷質(zhì)陽極化工藝硬質(zhì)陽極化工藝 電解液組成及工藝條件123 硫酸 g/L100200200300130180 溫度 02-8101015 陽極電流密度 A/dm2240

36、.552開始5終止100 氧化時間 min6024012015060220電壓 V201204090硫酸硬質(zhì)陽極化工藝硫酸硬質(zhì)陽極化工藝工藝1和2適用于變形鋁合金，工藝3適用于鑄造鋁合金。在進(jìn)行硬質(zhì)陽極氧化時，由于電壓高，工件與掛具的接觸必須牢靠， 工件與工件之間、工件與陰極之間必須保持較大距離。在硬質(zhì)陽極化工藝中以硫酸溶液最為常用 硫酸濃度硫酸濃度 在硫酸硬質(zhì)陽極化工藝中，硫酸濃度一般為100300g/L。如果硫酸濃度低，生成的氧化膜硬度高，對純鋁更為明顯；但對于硬鋁和含銅量較高的鋁合金，則應(yīng)采用高硫酸濃度。 合金成分合金成分 在硬質(zhì)陽極化過程中，鋁合金的成分對氧化膜的質(zhì)量有一定影響。當(dāng)合金

37、的含銅量大于5%或含硅量大于7%，不宜使用直流電流，而宜采用交直流迭加電流或直流迭加脈沖電流。 陽極電流密度陽極電流密度 開始氧化時的陽極電流密度應(yīng)當(dāng)控制在0.5A/dm2左右，在25分鐘內(nèi)分58次逐步提高到2.5A/dm2左右，這樣可以得到與基體結(jié)合力很強的氧化膜。為此，初始電壓為711V，對含銅大于2.5%又含錳的鋁合金為2024V。此后，每隔5分鐘調(diào)整一次電壓，保持電流密度為2.5A/dm2，最高不超過5A/dm2,直到氧化結(jié)束。 溫度溫度 一般來說，當(dāng)溫度低時，生成的氧化膜硬度高，耐磨性好。但對純鋁來說，在611下得到的氧化膜的硬度和耐磨性比在0氧化得到的膜要高。為了獲得具有較高硬度和

38、耐磨性的氧化膜，對有包鋁層的鈑金件，建議在611下進(jìn)行硬質(zhì)陽極氧化。影響影響因素因素 電解液組成及工藝條件1234 硫酸 g/L120200150240 草酸 C2H2O4.2H2O g/L103550 蘋果酸 C4H6O5 g/L17 丙二酸 C3H4O4 g/L25301224 乳酸 C3H6O3 g/L 甘油 C3H8O3 g/L12816 硫酸錳 MnSO4.5H2O g/L34 硫酸鋁 Al2(SO4)3.18H2O g/L8 溫度 910161810301020 陽極電流密度 A/dm2102034342.54 初始 40 終止1303570電壓 V10752024混酸硬質(zhì)陽極化工

39、藝混酸硬質(zhì)陽極化工藝 混酸硬質(zhì)陽極化工藝的電解液是在硫酸或草酸溶液的基礎(chǔ)上加入一定量的有機(jī)酸或少量無機(jī)鹽，如丙二酸、乳酸、蘋果酸、磺基水楊酸、酒石酸、甘油、硼酸、硫酸錳、水玻璃等。這樣可以在接近常溫的條件下獲得較厚的硬質(zhì)陽極化膜，而且膜的質(zhì)量有所提高。硬質(zhì)陽極氧化膜的特點硬質(zhì)陽極氧化膜的特點 膜厚度大膜厚度大 可以在鋁及鋁合金制品表面生成質(zhì)硬、多孔的厚氧化膜，厚度最大可達(dá)250m。故硬質(zhì)陽極氧化又稱為厚層陽極氧化硬質(zhì)陽極氧化又稱為厚層陽極氧化 硬度高、耐磨硬度高、耐磨 硬質(zhì)陽極氧化膜的硬度很高，純鋁上的氧化膜的顯微硬度(HV)可達(dá)1200015000MPa，膜層多孔，可吸附和貯存各種潤滑油，提

40、高減摩能力。 絕緣絕緣 硬質(zhì)陽極氧化膜的電阻率很高，經(jīng)過封閉處理后平均1m厚的氧化膜可耐壓25V。 耐熱耐熱 硬質(zhì)陽極氧化膜的熔點高達(dá)2050，而且導(dǎo)熱系數(shù)低，約為0.421.26W/cm. 耐腐蝕耐腐蝕 硬質(zhì)陽極氧化膜經(jīng)封閉處理后在大氣和海洋氣候條件下具有很好的抗蝕能力。氧化膜與純鋁及鋁合金的結(jié)合力很強。硬質(zhì)陽極氧化膜的生成過程硬質(zhì)陽極氧化膜的生成過程 為了得到硬度高、膜層厚的氧化膜， 首先應(yīng)降低電解液對氧化膜的溶解速度，為此需要使用較低的溶液溫度。 由于硬質(zhì)氧化膜厚、致密而且有較高的電阻，影響陽極化過程的正常行。為了使氧化膜能夠繼續(xù)生長并達(dá)到要求的厚度，勢必要提高電壓來克服電阻的影響，使陽

41、極電流密度保持一定值。 電壓升高，電流增大，產(chǎn)生大量的熱，使電解液溫度上升，加速了氧化膜的溶解。因此必須使用制冷設(shè)備強制降溫，并使用凈化空氣對電解液進(jìn)行攪拌，以帶走工件周圍的熱量。 所以，硬質(zhì)陽極氧化工藝的特點是： 較低的溫度(-510)，較高的電壓(60120V)， 較大的陽極電流密度(2.54A/dm2)。硬質(zhì)陽極氧化過程的機(jī)理與普通陽極氧化過程一樣，硬質(zhì)陽極氧化過程的機(jī)理與普通陽極氧化過程一樣，都是膜的電化學(xué)生長與化學(xué)溶解兩個過程同時作用的都是膜的電化學(xué)生長與化學(xué)溶解兩個過程同時作用的結(jié)果。結(jié)果。 由于工藝條件的改變，氧化膜的生長過程亦有所變化，反由于工藝條件的改變，氧化膜的生長過程亦有

42、所變化，反映在膜層結(jié)構(gòu)上硬質(zhì)陽極氧化膜與普通氧化膜也有差別。映在膜層結(jié)構(gòu)上硬質(zhì)陽極氧化膜與普通氧化膜也有差別。Vtabcd 普通陽極氧化的普通陽極氧化的 特性曲線特性曲線硬質(zhì)陽極氧化的硬質(zhì)陽極氧化的 特性曲線特性曲線Vtabcde兩條曲線的abc段有相似規(guī)律：ab段對應(yīng)于阻擋層形成，bc段對應(yīng)于孔穴出現(xiàn)。從c點以后則有較大差異。Vtabcdecd段段 電壓不是保持穩(wěn)定，而是平穩(wěn)地上升。這說明硬質(zhì)陽極氧化形成的多孔層的孔隙率較小，隨著膜的增厚電阻不斷增加。cd段越長，膜的生長速度與溶解速度達(dá)到平衡的時間也越長，氧化膜就越厚。de段段：電位急劇上升。達(dá)到一定電壓后出現(xiàn)火花，氧化膜被擊穿。此電壓叫做

43、“擊穿電壓”。這是由于電壓升高后，膜孔中的析氧量也增加，氧氣不導(dǎo)電，氧的積累使電阻增大，電壓升高。在高壓作用下，膜層的熱量增加，達(dá)到一定程度會引起氧氣放電。 所以，正常的氧化時間應(yīng)在d點附近結(jié)束，時間大約為90100分鐘，這樣能保證氧化膜的質(zhì)量。 硬質(zhì)陽極氧化膜也分為兩層：阻擋層阻擋層和孔膜層孔膜層，但與普通氧化膜相比，結(jié)構(gòu)上有許多差別。 類型特征膜厚(m)12 3030 200阻擋層厚(m)0.01 0.0150.1 0.15顯微硬度(MPa)400 800內(nèi):3300 6000外: 3000 4500孔徑(nm)12.012.0孔隙率(%)20 302 6電阻率(m)1071013擊穿電壓

44、(V)280 500800 3000普通氧化膜硬質(zhì)氧化膜硬質(zhì)氧化膜與普通氧化膜硬質(zhì)氧化膜與普通氧化膜 特征的比較特征的比較鋁陽極化工藝流程預(yù)處理陽極化后處理除 油堿 蝕出 光化學(xué)拋光或電化學(xué)拋光著 色封 閉陽極氧陽極氧 化化 膜膜 de 著 色機(jī)理機(jī)理： (1) 有機(jī)染料與氧化膜不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，染色只是由于在氧化膜孔隙中物理吸附了有機(jī)染料。 (2) 有機(jī)染料分子與氧化鋁分子發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，由于化學(xué)結(jié)合而存在于膜孔中。 這種化學(xué)結(jié)合的方式有如下幾種： 氧化鋁與染料分子上的磺酸基形成共價鍵， 氧化鋁與染料上的酚基形成氫鍵， 氧化物中的鋁與染料分子形成絡(luò)合物等。具體結(jié)合形式取決于染料分子的性質(zhì)和結(jié)構(gòu)

45、。 有機(jī)染料著色有機(jī)染料著色在鋁的氧化膜上進(jìn)行有機(jī)染料染色。 顏 色 染 料 名 稱 濃度, g/L 溫度, 時間, min pH值 茜素紅(R)51060701020 酸性大紅(GR)68室溫2154.55.5 活性艷紅257080215 鋁紅(GLW)35室溫51056 酸性綠57080152055.5 綠 色 直接耐曬翠綠35室溫15204.55 鋁綠(MAL)35室溫51056 直接耐曬藍(lán)3515301520 直接耐曬翠藍(lán)35406010154.55 活性艷藍(lán)5室溫15 酸性藍(lán)2560702154.55.5 酸性黑(ATT)10室溫310 酸性元青101260701015 酸性粒子元(

46、NBL)10156070152055.5 苯胺黑5106070153055.5 茜素黃(S)0.3 茜素紅(R)0.5 活性艷橙0.57080515 鋁黃(GLW)25室溫2555.5紅 色藍(lán) 色黑 色7080 1356 金黃色常用染料與染色工藝常用染料與染色工藝 無機(jī)顏料著色無機(jī)顏料著色陽極氧陽極氧 化化 膜膜 de 著 色采用無機(jī)顏料著色時所用溶液分為兩種，這兩種溶液本身不具有所需顏色，只有在氧化膜孔隙中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)后才能產(chǎn)生所需色澤。 顏 色 組 成含量, g/L溫度, 生成的有色鹽 醋酸鈷 Co(CH3COO)2.4H2O50100 鐵氰化鉀 K3Fe(CN)61050 鐵氰化鉀 K3

47、Fe(CN)61050 硫酸銅 CuSO4.5H2O10100 亞鐵氰化鉀 K4Fe(CN)6.3H2O1050 氯化鐵 FeCl310100 鉻酸鉀 K2CrO450100 鉻酸鉛 醋酸鉛 Pb(CH3COO)2.3H2O100200 PbCrO4 氯化鋇 BaCl23050 硫酸鋇 硫酸鈉 Na2SO43050 BaSO4 醋酸鈷 Co(CH3COO)2.4H2O50100 氧化鈷 高錳酸鉀 KMnO41225 CoO 紅 色 室 溫 鐵氰化鈷 Co3Fe(CN)62 鐵氰化銅 Cu3Fe(CN)62 綠 色 室 溫 藍(lán) 色 室 溫 普魯士藍(lán) Fe3Fe(CN)62黃 色室 溫白 色室 溫

48、 黑 色室 溫?zé)o機(jī)顏料著色工藝無機(jī)顏料著色工藝著色時，工件清洗后立即浸入溶液中約1015分鐘，取出用水清洗一下，再浸入溶液中約1015分鐘。使進(jìn)入膜孔中的兩種鹽發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成所需要的不溶性有色鹽。顯色原理顯色原理：由于各種電解著色液中所含的重金屬離子的種類不同，在氧化膜孔底阻擋層上沉積的金屬種類也不同，粒子大小和分布的均勻度也不相同，因而對各種不同波長的光發(fā)生選擇性吸收和反射，從而顯出不同的顏色。 電解著色電解著色陽極氧陽極氧 化化 膜膜 de 著 色鋁及鋁合金的電解著色是將經(jīng)過陽極氧化的制件浸入含有重金屬鹽的電解液中，通過交流電作用，發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，使進(jìn)入氧化膜微孔中的重金屬離子還原為金

49、屬原子，沉積于孔底阻擋層上而著色。特點特點： 用電解著色工藝得到的彩色氧化膜具有良好的耐磨性、耐曬性、耐熱性、耐腐蝕性和色澤穩(wěn)定持久等優(yōu)點，在建筑裝飾用鋁型材上獲得了廣泛的應(yīng)用。采用的方法有直流陰極電流法、交直流疊加法、脈沖氧化法、直流周期換向法、間斷陰極電流法、不對稱交流法等。 電解著色工藝電解著色工藝 電解液組成含量, g/L溫度, 交流電壓 V 時間, min 顏 色 硝酸銀 AgNO30.410 硫酸 H2SO4530 硫酸鎳 NiSO4.7H2O25 硼酸 H3BO325 硫酸銨 (NH4)2SO415 硫酸鎂 MgSO4.7H2O20 硫酸亞錫 SnSO4.2H2O20 青銅色 硫

50、酸 H2SO410 1525 1320 520 褐色 硼酸 H3BO310 黑色 硫酸銅 CuSO4.5H2O35 硫酸鎂 MgSO4.7H2O20 20 10 520 硫酸 H2SO45 硫酸鈷 CoSO4.7H2O25 硫酸銨 (NH4)2SO415 20 17 13 黑 色 硼酸 H3BO325 金黃色室 溫8200.51.5 青銅色 褐色 黑色 20 715 215 紫色紅褐色 主鹽主鹽： 在電解著色過程中，重金屬主鹽濃度應(yīng)控制在工藝范圍內(nèi)，過低不易在膜孔中著上顏色，過高則容易產(chǎn)生浮色，很容易脫落。 溫度溫度 溫度一般控制在2035較為適宜，過低著色速度慢，只能著較淺的顏色，高于40則

51、著色速度太快，容易產(chǎn)生浮色。 電壓電壓 交流電壓低，著色較淺，提高電壓可以增加著色深度。因此在同樣條件下，改變電壓就可以在氧化膜微孔內(nèi)分別著上多種不同的單色。 時間時間 在著色液的濃度、pH值、溫度和交流電壓都相同的條件下，隨著電解著色時間的逐步延長，可以在氧化膜的微孔內(nèi)分別著上由淺到深的不同單色。工藝分析孔膜層有機(jī)染料吸附有機(jī)染料著色有機(jī)染料著色孔膜層兩種鹽反應(yīng)生成有色鹽無機(jī)顏料著色無機(jī)顏料著色孔膜層還原生成的重金屬原子電解著色電解著色三類著色方法示意鋁表面著色原理 n鋁及其合金陽極氧化膜著色的方法主要分為電解發(fā)色、化學(xué)染色與電解著色三種方法。電解發(fā)色是陽極氧化和著色過程在同一溶液里完成，在

52、鋁合金上直接形成彩色的氧化膜，因此，電解發(fā)色法也稱之為電解著色一步法?；瘜W(xué)染色法是染料被吸附在膜層的孔隙內(nèi)而著色。電解著色法是將經(jīng)過陽極氧化的鋁或鋁合金放入含有重金屬的鹽類溶液中進(jìn)行電解著色，也常稱為電解著色二步法。 陽極氧化膜的封閉處理由于鋁及其合金的陽極氧化膜具有很高的孔隙率和吸附性能，很容易被污染。染色后的氧化膜若不經(jīng)特殊處理，已染上的色彩的牢固性和耐曬性也較差。因此，在工業(yè)生產(chǎn)中，經(jīng)陽經(jīng)陽極氧化后的鋁及其合金制品，不論著色與否，都要進(jìn)行封閉極氧化后的鋁及其合金制品，不論著色與否，都要進(jìn)行封閉處理處理。熱水封閉法蒸汽封閉法有機(jī)物封閉法常溫快速封閉法水解鹽封閉法重鉻酸鹽封閉法封閉方法封閉方

53、法 熱水封閉法熱水封閉法 熱水封閉的原理是利用Al2O3的水化作用 Al2O3 + nH2O = Al2O3nH2O式中n為1或3。 當(dāng)Al2O3水化為一水合氧化鋁(Al2O3H2O)時，其體積可增加約33%；生成三水合氧化鋁(Al2O33H2O)時，其體積幾乎增大一倍，可將孔隙完全堵塞。 早期文獻(xiàn)認(rèn)為水化物層僅在表面一微米的深度存在；而七十年代以后的一些論文則認(rèn)為水化反應(yīng)首先在孔隙底部開始，逐漸向外擴(kuò)展，孔隙并未完全封閉，只是孔壁增厚，孔徑變窄。這些爭論說明了氧化膜封閉中水化反應(yīng)的復(fù)雜性。 熱水封閉適用于無色氧化膜。 熱水溫度為熱水溫度為90100，pH值值6.57.5，封閉時間，封閉時間1

54、530分鐘。分鐘。 封閉用水必須是蒸餾水或去離子水，而不能用自來水，因為自來水中的雜質(zhì)近入氧化膜微孔會降低氧化膜的透明度和色澤。 蒸汽封閉的原理與熱水封閉相同。 蒸汽溫度為蒸汽溫度為100110，壓力，壓力0.10.3MPa，處理，處理時間時間30分鐘。封閉在蒸缸中進(jìn)行。分鐘。封閉在蒸缸中進(jìn)行。 蒸汽封閉法不會造成著色氧化膜產(chǎn)生流色現(xiàn)象，但成本較高。 熱水和蒸汽封閉應(yīng)在氧化(或著色)后立即進(jìn)行。 高溫封閉易產(chǎn)生粉霜現(xiàn)象，可以加入粉霜抑制劑。 蒸汽封閉法蒸汽封閉法孔膜層密膜層鋁水合氧化鋁氧化膜封閉示意氧化膜封閉示意重鉻酸鹽封閉法重鉻酸鹽封閉法封閉液的配方和工藝條件如下 重鉻酸鉀重鉻酸鉀(K2Cr

55、2O7) 6070g/L pH值值 (用用Na2CO3調(diào)整調(diào)整) 67 溫度溫度 9095 封閉時間封閉時間 1525min (配制溶液應(yīng)當(dāng)用蒸餾水或去離子水) 當(dāng)經(jīng)過陽極氧化后的制件進(jìn)入溶液時，氧化膜表面和孔壁的氧化鋁與水溶液中的重鉻酸鉀發(fā)生化學(xué)反應(yīng) 2Al2O3 + 3K2Cr2O7 + 5H2O = 2Al(OH)CrO4 + 2Al(OH)Cr2O7 + 6KOH生成的堿式鉻酸鋁堿式鉻酸鋁及堿式重鉻酸鋁沉淀堿式重鉻酸鋁沉淀和熱水分子與氧化鋁生成的一水合氧化鋁一水合氧化鋁及三水合氧化鋁三水合氧化鋁一起封閉了氧化膜的微孔。 氧化膜經(jīng)重鉻酸鹽溶液封閉后呈黃色，耐蝕性較高。 此法適用于封閉硫酸

56、陽極化法得到的氧化膜，而不適宜封閉經(jīng)過著色的裝飾性氧化膜。水解鹽封閉法水解鹽封閉法 在接近中性和加熱的條件下，使鎳鹽、鈷鹽的極稀溶液被氧化膜吸附，隨即發(fā)生水解反應(yīng) Ni2+ +2H2O = Ni(OH)2 + 2H+ Co2+ +2H2O = Co(OH)2 + 2H+生成的氫氧化鎳或氫氧化鈷沉積在氧化膜的微孔中，使孔被封閉。 特點特點: 因為少量的氫氧化鎳和氫氧化鈷幾乎是無色的，用來封閉已著色的氧化膜，不會影響制品的色澤，而且還會和有機(jī)染料形成絡(luò)合物，從而增加染料的穩(wěn)定性和耐曬性。 溶液組成及工藝條件123 硫酸鎳 g/L4635 硫酸鈷 g/L0.50.8 醋酸鈷 g/L12 醋酸鈉 g/

57、L463534 硼酸 g/L453456 PH46564.55.5 溫度 808570808090 封閉時間 min102010151025常用水解鹽封閉工藝常用水解鹽封閉工藝常溫快速封閉法常溫快速封閉法 常溫封閉法的操作溫度為常溫封閉法的操作溫度為3035，封閉速度，封閉速度1 m/min，比熱水法快，比熱水法快12倍。倍。 封閉質(zhì)量優(yōu)于熱水法，同時節(jié)約能源，不產(chǎn)生封閉粉霜，改善勞動條件。 常溫封閉劑的主要成分是過渡金屬氟化物(如氟化鎳)、絡(luò)合劑、緩沖劑、粉霜抑制劑、表面活性劑。 封閉機(jī)理包括：金屬的水解作用，氧化鋁的水合作用，形成鋁的化學(xué)轉(zhuǎn)化膜。有機(jī)物封閉有機(jī)物封閉 采用有機(jī)物質(zhì)，如透明清

58、漆、熔融石臘、各種采用有機(jī)物質(zhì)，如透明清漆、熔融石臘、各種樹脂和干性油等，對陽極氧化膜進(jìn)行封閉，樹脂和干性油等，對陽極氧化膜進(jìn)行封閉， 特點特點:不但可以提高陽極氧化膜的防護(hù)能力，還可以提高氧化膜的耐磨性和電絕緣性。鋁陽極化、著色自動線鋁陽極化、著色自動線不銹鋼的著色 n在不銹鋼表面形成彩色的技術(shù)很多，大體有以下6種：化學(xué)著色法、電化學(xué)著色法、高溫氧化法、有機(jī)物涂覆法、氣相裂解法及離子沉積法。n不銹鋼的電解發(fā)色法，其著色機(jī)理為：使不銹鋼表面形成透明氧化膜，當(dāng)入射光與反射光在膜層中產(chǎn)生干涉時會發(fā)出某種色光。在0.150.4m之間改變膜層厚度時，便可得到不同的顏色。 化學(xué)著色法n化學(xué)著色法是將不銹

59、鋼零件浸在一定的溶液中，因化學(xué)反應(yīng)而使不銹鋼表面呈現(xiàn)出色彩的方法?；瘜W(xué)著色法分為四種：堿性著色法、硫化法、重鉻酸鹽氧化法和酸性著色法。應(yīng)用最廣泛的是酸性著色法。酸性著色法是經(jīng)過活化的不銹鋼在含有氧化劑的硫酸水溶液中進(jìn)行著色。這種方法著色控制容易，著色膜的耐磨性較高，適合進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)。 n化學(xué)著色法制備彩色不銹鋼的過程包括前處理、化學(xué)著色和 堿性除油電解拋光后處理等三部分。n工藝流程為：清洗、堿性除油、清洗、電解拋光、清洗、活化、清洗、堅膜、清洗、封閉、清洗、熱風(fēng)吹干、成品。 不銹鋼酸性著色法的配方和工藝條件 配方及工藝條件配方及工藝條件123硫酸硫酸g/L490550 06406401100

60、 012001200鉻酐鉻酐g/L250重鉻酸鉀重鉻酸鉀g/L300 0350350偏釩酸鈉偏釩酸鈉g/L130 0150150溫度溫度70 0909095 510210280 09090時間時間min5 515155 51010表中配方1隨著膜厚的增加所顯示色彩的變化為：棕色、藍(lán)色、金黃色、紅色、綠色。配方2隨著膜厚的增加所顯示色彩的變化為：。淺棕、深棕、淺藍(lán)（或淺黑）、深藍(lán)（或深黑）。配方3彩色膜為金黃色。 堅膜處理 n不銹鋼經(jīng)著色處理后，雖然能獲得鮮艷的彩色膜，但獲得的膜層組織疏松多孔，孔隙率為2030 ，膜層也很薄，不耐磨且容易被污染，因此，必須進(jìn)行堅膜處理。 堅膜處理的配方及藝條件