铝合金锡镍双盐电解着色手艺 运用

1、 媒介

铝合金具有重量轻、易成型、比强度高、耐蚀性好等特点，普遍 利用于航空航天、交通运输、轻工、建材、包装防腐、电器、家具等各个范畴 。铝成品 达70余万种，有第二钢铁之称。以铝代钢、铜和木材是现今 世界的成长 趋向 ，铝合金本来 色彩 较单一，不克不及 知足 利用中色彩 多样化的需求，跟着 人们糊口水平的提高，对色采 多样的铝着色产物 提出了更新、更高的要求，付与 其优良 的轮廓功能特征 。成长 到今天，铝型材阳极氧化电解着色手艺 已 处于焦点 手艺 地位[3]，铝型材电解着色手艺 水平的凹凸 代表着一个铝型材企业轮廓处置手艺 水平的地位，决议着铝型材企业产物 的竞争力，本文针对今朝 铝型材行业中采取 最多、利用最普遍 的锡—镍双盐电解着色手艺 进行具体 的研究。

2、 锡—镍双盐电解着色机理

今朝 国表里 工业化临盆 的电解着色手艺 根基 上是锡—镍双盐和单镍盐两类[，特别 是锡—镍双盐电解着色手艺 工业化上利用较普遍 ，其着色的色彩 年夜 体上都是从浅到深的古铜色系，这是再可见光局限 内散射效应获得 的色系，国表里 研究者对锡—镍双盐电解着色工艺在20世纪80年月 就趋于成熟，对电解着色的机理进行深入的研究，从微不雅 上研究了氧化膜及着色机理，可是电解着色进程 比力复杂，有些研究理论没有获得 统一承认 ，如电解着色膜中金属的存在形态，电解着色显色道理 ，电解着色进程 中电流若何 经由过程 反对 层使金属离子还原在氧化膜的底部等都有分歧 的不雅 点和观念。国表里 的研究注解 ，非论何种金属盐的交换 电解着色膜，阳极膜孔中的沉积物既有结晶态的金属离子，也有非晶态的金属氧化物或氢氧化物，分歧 的金属离子沉积呈分歧 的色彩 ，阳极氧化和电解着色的条件随所采取 金属盐的分歧 而分歧 。

锡—镍双盐电解着色根基 进程 分为3个步调 ：（1）Sn2+、Ni2+和H+等回响反映 物离子向氧化膜反对 层轮廓四周 传递；（2）Sn2+和Ni2+在氧化膜反对 层与着色液界面间获得电子，H+穿入反对 层，在基体与反对 层界面间获得电子；（3）析出金属和临盆 氢气。Sn2+在阴极的还原沉积回响反映 ：Sn2++2e→Sn；与此同时氢离子在阴极的放电回响反映 发生 氢气：2H++2e→H2；由于锡—镍双盐电解着色工艺 PH为1摆布，达不到Ni2+还原电极电位，此时镍离子不克不及 被还原，只有亚锡离子被还原。

3、 年夜 型临盆 线铝合金锡—镍双盐电解着色枢纽手艺

3.1 工艺参数对铝型材锡—镍双盐电解着色的影响

3.1.1 主盐浓度对铝型材锡—镍双盐电解着色的影响

在锡—镍双盐电解着色液中，若是硫酸亚锡和硫酸镍浓度低于工艺局限 ，就不轻易 在铝的氧化膜空中着上色彩 ，若硫酸亚锡和硫酸镍浓渡过 高时，易呈现浮色，水洗后易被洗脱。是以 ，主盐浓度的节制 必需 在工艺局限 内，以包管 着上由浅至深色彩 要求，一般年夜 型临盆 线临盆 喷鼻 槟色系，硫酸亚锡浓度节制 为：4-5g/L；硫酸镍浓度节制 为18-20g/L；若临盆 古铜或黑色系，则硫酸亚锡浓度节制 为：8-10g/L；硫酸镍浓度节制 为：28-30g/L；在锡—镍双盐电解着色工艺中镍离子是不克不及 被还原沉积在铝氧化膜孔中，到场 镍离子是使其与亚锡离子竞争还原并增进 亚锡离子还原沉积在氧化膜孔内，加速 电解着色进程 ，缩短了电解着色时间。

3.1.2 槽夜PH值对铝型材锡—镍双盐电解着色的影响

在锡—镍双盐电解着色液中，槽夜PH值一般要恒定在1摆布，当PH值跨越 1.5以上，二价锡离子的水解感化 加重 ，氧化膜遭到 浸蚀，易被氢氧化物堵住膜孔而着不上色，此时可用试剂硫酸来调槽液，到场 硫酸是提高槽液酸度最经济、最有用 的方式 ，另外 也可到场 有机酸来提高槽液酸度，有机酸固然 价钱 比硫酸高，可是到场 有益 于提高槽液的络合感化 。槽液的PH值也弗成 太低 ，当槽液PH值低于0.5时，氧化膜易遭到侵蚀 而难着上色，着上色的部份 也会呈现不平均 或色调偏青且轻易 退色 ，有时乃至 完全着不上色，同时槽液PH值太低还会造成氢离子优先于亚锡离子被还原生成氢气，下降 了亚锡离子的沉积速度，影响电解着色结果 。

3.1.3 槽液温度对锡—镍双盐电解着色的影响

槽液温度上升会加速二价锡离子氧化成四价锡离子，且水解回响反映 速度加速 ，为此，节制 槽液温度对保护 槽液不乱 性具有主要 的意义，槽液温渡过 高另外一 弱点是使着色液的电导率加年夜 ，亚锡离子的还原回响反映 加速 ，跟着 着色速度加速，氧化膜轮廓易着上粗拙 的浮色，工艺节制 难度加年夜 。若是槽液温渡过 低，则着色速度迟缓 ，只能着浅的色彩 。一般年夜 型临盆 线上锡-镍双盐电解着色槽液温度节制 为18-22℃，槽液温度若是节制 在工艺局限 以内 ，则以上两点都可避免发生。

3.1.4 交换 电压转变 对锡—镍双盐电解着色的影响

在电解着色液的浓度、PH值、温度和着色时间不变的条件下，若果采取 低电压着色，则着色速度迟缓 ，色度较浅，若果采取 提高招色电压，则着色速度加速 ，并能着上较深的色彩 ，年夜 型临盆 线上临盆 淡色 线产物 交换 电压一般节制 为15-17V，临盆 深色系产物 交换 电压一般节制 为17-19V；另外 交换 电压不克不及 上升太快，一般经由 年夜 约40s使交换 电压从0V增添 到17V，若是电压上升太快，就会使氧化膜发生剥离，从而致使 不克不及 上色。

3.1.5 着色时间对锡—镍双盐电解着色的影响

在电解着色液的浓度、PH值、温度和交换 电压不变的条件下，跟着 电解着色时间的耽误 ，产物 可以着上浅至深的分歧 色彩 ，在锡—镍双盐电解着色进程 中，由法拉第定律可知金属析出量正比与经由过程 的总电量，且电量=电流×时间（Q=I×T）；而色彩 的深度是正比于金属析出量的，是以 为使着色产物 的色度根基 一致，在其它工艺条件不变的条件 下，节制 着色正常时间是相当 主要 的。

3.2 添加剂对铝型材锡—镍双盐电解着色的影响

添加剂的利用 是锡—镍双盐电解着色工艺得以工业化年夜 批量利用的枢纽，电解着色是在通电条件下，金属离子还原为金属沉积在氧化膜孔内的电化学回响反映 进程 ，锡—镍双盐电解着色手艺 是使电解液中的二价锡离子还原成金属锡沉积在氧化膜孔内，为了节制 二价锡离子的还原速度，同时由于二价锡离子属于电化学回响反映 超电压小，电极还原速度很快的金属离子，为了使着色层致密、亮光 且色彩 丰满 ，必需 提高二价锡离子的电极回响反映 超电压，为提崇高高贵电压可向电解液中到场 添加剂，由于二价锡离子很轻易 氧化成四价锡离子，是以 添加剂必需 具有抗氧化感化 ，为了确保锡—镍双盐电解着色液可以或许 历久不乱 的临盆 ，着色添加剂必需 含有络合不乱 剂、抗氧剂、PH缓冲剂、抗杂质离子干扰剂等物资 。

3.2.1 络合不乱 剂

今朝 Sn2+络合不乱 剂中酒石酸的络合结果 是最幻想 的，在酸性溶液中，锡盐会水解临盆 不溶性白色沉淀氢氧化物，在电解着色液中添加酒石酸，可以或许 络合Sn2+和Sn4+，使得锡离子连结 水溶性，不致发生 沉淀，此回响反映 化学方程式以下 ：

2(C4H4O6)2++ Sn2+Sn(C4H4O6)2

在1L溶液中硫酸亚锡与酒石酸的络合实验 数据见表1：

表1 硫酸亚锡与酒石酸络合实验 数据

从表1数据中可以看出硫酸亚锡与酒石酸的络合结果 最好 比例（质量比）为：1:1.5，而工业化临盆 一般硫酸亚锡与酒石酸按1:2比例进行添加，到场 过量的酒石酸其感化 是可以络合电解液中的Ni2+和槽液中生成的Sn4+，是槽液透明清亮 不发生 沉淀。另外 酒石酸自己 带有—NH 2官能团可以或许 促使Sn4+转化成Sn2+，是以 酒石酸还是一种还原剂，也能够 作为一种Sn2+的抗氧化剂到场 到锡—镍双盐电解着色液中。

3.2.2 抗氧化剂

Sn4+与Sn2+分歧 ，不但 不介入 电解着色回响反映 ，并且 在电解液中易构成 沉淀，故障 电解着色回响反映 的平均 性，是以 应当 向锡—镍双盐电解着色液中到场 抗氧化剂，按捺 Sn4+的构成 ，这类 抗氧化剂许多 ，上面所提到酒石酸的还原性较强，所以可作为短时间 的还原剂利用 ，在工业化临盆 中常常 到场 酒石酸是不敷 的，在一般锡—镍双盐电解着色液中，平日 是到场 邻苯二酚和对苯二酚来作为抗氧化剂，由于 邻苯二酚和对苯二酚中的2个在苯环上的邻位和对位的—OH具有很强的还原性，可以或许 使Sn2+不被氧化成Sn4+。向电解液中到场 邻苯二酚和对苯二酚等还原性强的抗氧化剂还可以来调理 着色产物 的底色，此类物资 可以或许 使产物 底色偏青具有较亮的金属质感，在年夜 型临盆 线受骗 产物 在电解着色液中着色终了 后，需要用行车把产物 从着色液中掏出 实时 的转入到水槽中，把产物 轮廓清洗清洁 后在进入到下工序中，在临盆 线上转序的进程 中，产物 氧化膜孔内沉积的金属锡在酸性条件下会与空气中的氧气发生氧化回响反映 使膜孔内生成锡的氧化物，在光的散射感化 下而使产物 底色偏黄且金属质感差，而到场 过量的邻苯二酚和对苯二酚等还原性强的抗氧化剂可以或许 减缓产物 氧化膜孔内锡的氧化物生成。另外 还可向电解液中到场 适当 的硫酸联氨、硫脲和抗坏血酸等来协同作为锡—镍双盐电解着色液抗氧化剂。

3.2.3 PH缓冲剂

在锡—镍双盐电解着色液中一般到场 硼酸来作为PH调剂 剂，由于 硼酸溶液的PH一般在4摆布，且硼酸是一种弱酸在电解液中可以或许 起到缓冲溶液的感化 ，电解着色液中Ni2+只能在PH为4摆布才能沉积在氧化膜孔内，是以 到场 硼酸可以或许 促使Ni2+的还原，进而改变产物 的底色和色调。

3.2.4 抗杂质离子干扰剂

跟着 年夜 型临盆 线不中断 的临盆 ，锡—镍双盐电解着色液中的Al3+浓度会愈来愈 高，当电解液中Al3+浓度到达 必然 量时就会构成 沉淀，从而影响电解着色回响反映 的平均 性，是以 必需 到场 抗杂质离子干扰剂来络合槽液中的Al3+，而柠檬酸不但 可以或许 很好络合电解着色液中的Al3+，还可以或许 作为槽液的PH调剂 剂来利用 。

3.3 年夜 型临盆 线锡—镍双盐电解着色液的保护

在年夜 型临盆 线上锡—镍双盐电解着色槽液没有临盆 时，即便 槽液中存在抗氧化剂，Sn2+氧化成Sn4+的回响反映 依然 会发生，其回响反映 方程式以下 ：

2Sn2++O2+4H+2Sn4++2H2O

是以 在临盆 线停工停产时也必需 天天 添加适当 的硫酸亚锡和添加剂来保护 电解着色槽液不乱 。

锡—镍双盐电解着色液利用 一段时间后，槽液轮廓会浮起白色沉淀，主如果 细晶状氢氧化物（Sn4+）。另外一 个白色沉淀的来历，是阳极氧化槽中堆集的铝盐转移到电解着色槽中，然后构成 氢氧化铝沉淀，电解着色槽液中氢氧化铝沉淀增添 到必然 水平 ，电解着色的平均 性必定 会转变 ，是以 要将其星散 、去除，电解着色槽液应当 老是 连结 清亮 不污浊 的透明状况 ，如许 有益 于电解着色产物 色彩 的平均 性。在工业化上除失落 槽液中这些胶态颗粒最有用 的方式 是采取 高份子 聚合物絮凝的方式 。平日 采取 的高份子 聚合物絮凝剂是聚丙烯酰胺，经由 量 年工业化临盆 实践可知，向电解着色液中到场 0.3-0.5kg/m3的阳离子聚丙烯酰胺，同时不竭搅拌槽液，使得白色沉淀物构成 絮凝沉淀，然后使槽液静置15天，槽液将渐渐 变成 澄清，若在上述进程 中再到场 0.1-0.2kg/m3非离子性聚丙烯酰胺，则可加速 沉淀进程 同时缩短澄清时间。如许 处置临盆 的絮凝物在重力的感化 下沉降在槽底，不会浮在槽液轮廓，然后用潜水泵把上层清亮 槽液抽走，然后把基层 沉淀排失落 ，如许 就可以 够有用 的除去四价锡的化合物和三价铝盐，而不会影响槽液中存在的二价锡、镍盐及其他有机物。上述操作每三个月进行一次就可以 够很好保护 好电解着色槽液。

3.4 年夜 型临盆 线挂料对锡—镍双盐电解着色平均 性的影响

今朝 在铝型材轮廓处置行业年夜 型临盆 线上城市碰到 一个手艺 困难 ，就是统一 挂料上分歧 型号的产物 电解着色后产物 的色彩 都有所分歧 ，乃至 有时沟通 型号的产物 在统一 挂上电解着色后产物 的色彩 也有差别 ，常常 造成产物 报废，影响临盆 秩序，给临盆 带来诸多未便 ，是以 工业化临盆 对解决这一手艺 困难 的欲望 十分急迫 。锡—镍双盐电解着色是采取 恒电压进行着色，就是产物 在全部 电解着色进程 中电压是恒定不变的，而年夜 型电解着色临盆 线的挂料方式以下 图1。

图1 年夜 型临盆 线上产物 毗邻 电路简化图

此中R1、R2、R3、R4、R5……Rn是透露表现 电解着色产物

由图1可知，在年夜 型临盆 线上电解着色产物 的电路毗邻 方式是并联的，而产物 的色彩 深度是正比于产物 氧化膜孔内金属析出量的，凭据 法拉第定律可知，在电解着色全部 进程 中金属的析出量是正比与经由过程 的总电量，电量=电流×时间（Q=I×T），而在年夜 型临盆 线上每挂料的通电时间（T）是一样的，如许 只要包管 每一个 产物 上面的电流是一样（即I1I2I3I4I5In）便可 以包管 每一个 产物 上的总电量（Q1Q2Q3Q4Q5Qn）是一致的，从而确保统一 挂料上的每一个 产物 色彩 深度是一样的。

由欧姆定律可知I=U/R；锡—镍双盐电解着色进程 中电压是恒定不变的，那末 只需确保统一 挂料上每一个 产物 的电阻（R1R2=R3R4R5Rn）是一样的便可 使得经由过程 每一个 产物 的电流是一样的，从而包管 经由过程 每一个 产物 上的电量是一样的。对 铝合金产物 的电阻与其外形 、长度、横截面积及温度有关，跟着 科技手艺 不竭的成长 ，丈量 铝合金产物 的电阻的仪器愈来愈 先辈 ，在工业化临盆 中搭配组合产物 临盆 势在必行的，为认识 决统一 挂料上分歧 型号的产物 电解着色后产物 的色彩 都有所分歧 ，在临盆 前可以丈量 分歧 型号产物 的电阻，把电阻沟通 的产物 或电阻年夜 致差不多产物 的放在统一 挂进行电解着色，如许 就可以 够包管 统一 挂上每一个 产物 色彩 深度几近 是一样的。

4.竣事 语

本文介绍了铝合金锡—镍双盐电解着色手艺 ，并对工艺条件和添加剂对年夜 型临盆 线铝合金锡—镍双盐电解着色手艺 的影响进行具体 的论述 ，同时介绍了年夜 型临盆 线上锡—镍双盐电解着色槽液的保护 调养 ，并针对工业化临盆 所碰到 的产物 电解着色不平均 现象这一手艺 困难 ，经由过程 理论剖析 和现场实践相连系 提出有用 、针对性强的解决方案。铝及铝合金锡—镍双盐电解着色手艺 成长 了几十年，工业化水平已 相当做 熟，可是对锡—镍双盐电解着色手艺 微不雅 电极回响反映 机制和其显色机理还没有一个统一的理论，是以 揭露 铝及铝合金锡—镍双盐电解着色手艺 微不雅 电极回响反映 机制和其显色机理不但 有益 于更好地节制 电解着色产物 的质量及其平均 性，并且 还对 科学手艺 的成长 有着深入 的意义。跟着 科学手艺 的不竭成长 和 研究方式 的不竭增多，铝及铝合金锡—镍双盐电解着色手艺 微不雅 回响反映 机制和其显色机理睬 逐渐 清晰 的。