铝型材阳极氧化工艺对电解着色的影响

1、媒介

铝型材为了加强 它的防护性，常常 会经由过程 在H2SO4电解液中进行阳极氧化的方式 使以外观构成 一层具有必然 厚度的氧化膜，这层氧化膜具有较强的化学活性，可以再在着色槽中电解着色，使铝型材材料外观显现出各类 各样的色彩 ，以增添 材料的外观装潢 功能，所以色彩 的一致性成为铝型材电解着色的首要 要求。为了杀青 铝型材电解着色进程 中色彩 的一致性，人们想尽了各类 方式 勉力在着色槽、着色装备 及着色工艺等方面下了许多 工夫 ，但铝型材电解着色后的色彩 一致性结果 仍差能人 意，这是由于 造成色彩 差其它影响身分 除 电解着色工艺自己 的影响外，还有熔铸工艺的影响，挤压工艺的影响和 电解着色前后的氧化工艺的影响。本文重点评论辩论 的是铝型材电解着色前的阳极氧化工艺条件对电解着色的影响。

铝型材阳极氧化的道理 是通直流电后铝型材在阳极上与水电解后发生 的O回响反映 生成透明多孔的氧化膜；铝型材电解着色的道理 是阳极氧化后铝型材放入含金属盐的电解液中通交换 电后，由于氧化膜阻档层的整流感化 ，交换 电流的正弦波形会发生畸变，即在电流的负半波电流易经由过程 氧化膜阻档层，故电流较年夜 ，在电流正半波时电流难经由过程 氧化膜的阻档层，故电流较小；所以在交换 电的负半波，铝型材是阴极，此时经由过程 氧化膜孔的电流年夜 ，金属盐离子便会还原成金属微粒并沉积在膜孔的底部，反之在交换 电的正半波，铝型材是阳极，此时经由过程 氧化膜孔的电流小，本来 负半波时膜孔中沉积的金属微粒会有小部门发生氧化构成 金属氧化物并与先前的金属沉积物聚积 在一路 。这就是说在通交换 电后，由于铝型材要不断地转换阴阳极，氧化膜孔中不断地进行较强的还原回响反映 和较弱的氧化回响反映 ，致使 膜孔底部聚积 着较多的金属微粒和较少的金属氧化物微粒，这些微粒在光线的感化 下发生的衍射感化 使得氧化膜显现出各类 色彩 且色彩 深浅与孔中沉积物的几何成正比，这就是铝型材电解着色的道理 。

2、实验

2.1 试样

用6063铝型材作阳极氧化及电解着色试样，其化学成份 （质量百分含量）为：Si%=0.39 Mg%=0.59 Fe%=0.19 Mn%、Zn%、Ti%、Cr%等都各小于0.1，其它杂质总和小于0.15%，余量为Al%。

2.2 阳极氧化及电解着色工艺流程

试样→酸性除油→水洗→NaOH溶液碱蚀→水洗→H2SO4-HNO3溶液中和出光→水洗→ H2SO4溶液阳极氧化→SnSO4-NiSO4双盐着色液电解着色→水洗→封孔→水洗。

2.3 硫酸阳极氧扮装配

氧化电源： 100A 20V高频开关电源，选恒流档；

阴极：纯铝板；

阳极：6063铝型材试样；

电解液：H2SO4溶液

2.4 电解着色装配

着色电源： 100A 20V 交换 调压器；6063铝型材试样一极，316L不锈钢钢板做对极。

2.5 电解着色工艺

电解液浓度：SnSO4 7g/l；NiSO4 21g/l；H2SO4 17g/l；添加剂适当 。

着色电压：18V恒压；

着色液温度：19℃；

着色时候 ：2分30秒；

2.6 氧化膜厚度检测方式

利用 国产ED-300型涡流测厚仪采取 GB/T4957尺度 检测氧化膜厚。

2.7 着色色彩 的检测方式

铝型材试样按前2.2的工艺流程处置惩罚 ，用只阳极氧化不进行电解着色的雪白 色的试样做为基准板，以进行了电解着色的试样做为测试板，采取 日本产CR-10型的色差仪来检测对照 测试板与基准板的色差度△E，并以此来权衡 测试板的色彩 深浅。

3、了局与评论辩论

3.1 氧化膜厚度对电解着色的影响

在150g/l的H2SO4溶液中，AL3+的浓度为20g/l，溶液温度19.5℃，利用 130A/m2的电流密度对6063试样进行阳极氧化，跟着 氧化时候 的分歧 ，氧化膜厚也会分歧 ，然后再用分歧 膜厚的6063试样在一样 浓度（见2.4）的Sn-Ni双盐着色液中着色后再封孔。具体着色工艺见2.5，6063试样在一样 的着色液顶用 一样 的着色工艺着色今后 ，再用2.7检测方式 所测得的6063试样有关色差数据以下 ：

试样号

1

2

3

4

5

膜厚（μm）

7

11

16

21

25

着色后表观色彩

最深

深

浅

更浅

最浅

色差度△E

59.2

54.8

53.2

50.2

49.3

图1是根据 以上数据所绘的氧化膜厚度－色差度曲线。

由图可以看出，跟着 氧化膜厚的增添 试样着色后相对 基准板的色差度愈来愈 小，宏观上用肉眼视察可看到试样的色彩 是愈来愈 浅的。这主如果 由于 在电解着色进程 中氧化膜越薄，膜孔道的深度也越浅，金属离子越轻易 散布 进膜孔的底部接近阻档层，同时孔道越浅，电阻也会越小，两者 都邑 加倍 增进 金属盐在膜孔底部的还原沉积，这点在实行 时在着色电源上也可清晰 地看到，膜越薄者则电流越年夜 ，所以在一样 的着色条件下一样 的着色时候 内氧化膜孔越薄者则膜孔中的金属沉积物会越多，宏观上则体现为试样色彩 越深。

3.2 阳极氧化温度对电解着色的影响

在150g/l的H2SO4溶液中，AL3+的浓度为10g/l，，利用 电流密度110A/m2，6063铝型材试样在分歧 的阳极氧化温度条件下生成一样 的7μm厚的氧化膜后依照 2.5的着色工艺电解着色，封孔后再依照 2.7检测方式 所测得6063试样有关色差的数据以下 ：

试样号

1

2

3

4

氧化温度（℃）

13

16

19

22

着色后表观

色彩

最浅

浅

深

最深

色差度△E

54.5

55.1

56

57.2

图2是根据 以上数据所绘的氧化温度—色差度曲线。

由图可以看出，跟着 氧化温度的升高，试样着色后相对 基准板的色差度愈来愈 年夜 ，宏观上用肉眼视察也可看到试样的色彩 是愈来愈 深的，这主如果 由于 氧化温度越高，构成 的氧化膜的孔隙率越年夜 ，膜孔的内径也越年夜 ，如许 在电解着色进程 中，致使 金属离子可以更多地更快地散布 进膜孔的底部接近阻档层并在膜孔底部还原沉积，所以在一样 的着色条件下一样 的着色时候 内氧化温度越高构成 的氧化膜膜孔中的金属沉积物会越多，宏观上则体现为试样色彩 越深。

3.3 阳极氧化H2SO4浓度对电解着色的影响

连结 氧化溶液温度19.5℃，AL3+的浓度为12g/l，利用 电流密度110A/m2，6063试样在分歧 H2SO4浓度的电解液中进行阳极氧化，节制 生成一样 厚度的氧化膜后依照 2.5的着色工艺电解着色，封孔后再按2.7的检测方式 测得6063铝型材试样有关色差数据以下 ：

试样号

1

2

3

4

5

氧化液H2SO4浓度（g/l）

90

120

150

180

210

着色后表观

色彩

肉眼视察无显著色差

色差度△E

55.6

55.5

55.9

56.2

56.3

图3是按照以上数据所绘的氧化液H2SO4浓度—色差度曲线

由图可能看出，跟着 阳极氧化液中H2SO4浓度的加年夜 ，试样着色后相对 基准板的色差度逐渐加年夜 ，但这类 色差度的增添 是对照 平缓的，转变 较小，宏观上用肉眼视察几近 都分辩 不出显著的色差。在本实行 中，隨着阳极氧化液中H2SO4浓度的增高，电解液对氧化膜的消融 会加年夜 ，致使 所生成的氧化膜的孔隙率和孔径的增年夜 有益 于电解着色时膜孔中的金属沉积，有益 于加速 着色速度，使得在一样 的着色条件和着色时候 内氧化膜孔隙率和孔径年夜 者着色色彩 深，由本实行 可以看出，虽然 氧化液中H2SO4浓度的增添 会使得试样在后期的电解着色时色彩 加深，但这类 影响较弱，宏观上其实肉眼都视察不出显著的色差，这申明 氧化液中H2SO4浓度的转变 造成氧化膜孔隙率的转变 水平 较小，所以对电解着色的速度影响也就小。

3.4 阳极氧化液中AL3+浓度对电解着色的影响

连结 氧化液中H2SO4浓度150g/l，温度19.5℃，利用 110A/m2的电流密度，但氧化液中AL3+的浓度从0g/l转变 至20g/l的条件下，用6063铝型材试样进行阳极氧化，节制 生成一样 的氧化膜厚度，依照 2.5的着色工艺电解着色，封孔后再按2.7的检测方式 测得有关色差数据以下 ：

试样号

1

2

3

4

5

氧化液中AL3+的浓度（g/l）

0

5

10

15

20

着色后表观色彩

肉眼视察无显著色差

色差度△E

55.7

55.6

56.1

56

55.9

图4是根椐以上数据所绘的氧化液中AL3+的浓度—色差度曲线

由图可以看出，跟着 阳极氧化液中AL3+的浓度加年夜 ，试样着色后相对 基准板的色差度区分 不年夜 ，图中曲线转变 平缓，且没有显著的向上或向下的趋向 纪律 ，宏观上用肉眼视察也几近 分辩 不出显著的色差，这些都申明 在阳极氧化时，只要连结 其它的工艺条件不变，氧化液中AL3+浓度的转变 对氧化膜的布局影响不年夜 ，致使 试样成膜后在后期的电解着色中影响不年夜 ，不会发生 有显著的色差。

3.5 阳极氧化完成后试样在氧化液中浸泡时候 对电解着色的影响

在含H2SO4浓度150g/l，AL3+为13g/l的温度19.5℃氧化液中，利用 110A/m2的电流密度对6063试样通电氧化21分钟后，遏制通电让试样在氧化原液中逗留 浸泡必然 长的时候 后，再依照 2.5的着色工艺对试样进行电解着色，封孔后依照 2.7的检测方式 测得6063试样有关色差数据以下 ：

试样号

1

2

3

4

5

浸泡时候 （分钟）

0

10

20

30

40

着色后表观色彩

最浅

浅

深

更深

最深

色差度△E

51

52.4

53.5

54.8

57.4

图5是根据 以上数据所绘的氧化膜浸泡时候 —色差度曲线

由图可以看出，阳极氧化成膜完成今后 ，假如 不实时 转出，而是浸泡在原氧化液中一段时候 后再电解着色的话，试样着色后相对 基准板的色差度会愈来愈 年夜 ，宏观上用肉眼视察也可看到试样的色彩 是越来深的，特别 是浸泡30分钟今后 的试样色彩 变深加倍 显著。这主如果 由于 氧化膜在氧化液中电解生成今后 ，假如 不实时 转出而是继续浸泡在氧化液中，膜会被此中的H2SO4渐渐 消融 ，致使 膜孔隙率加年夜 ，膜孔径扩年夜 ，也就是年夜 家常说的“扩孔感化 ”，如前所述膜孔径扩年夜 今后 ，会有用 地增进 下一步的电解着色速度，致使 试样色彩 逐渐 加深，这类 扩孔感化 特别 是在浸泡30分钟今后 会变得加倍 显著。

3.6 阳极氧化电流密度对电解着色的影响

在含H2SO4浓度150g/l，AL3+的浓度为13g/l，温度为19.5℃的氧化液中，利用 分歧 的电流密度对6063铝型材试样进行阳极氧化，节制 生成一样 厚度的氧化膜，依照 2.5的着色工艺电解着色，封孔后再按2.7的检测方式 测得有关色差数据以下 ：

试样号

1

2

3

4

5

6

7

氧化电流密度(A/m2)

90

110

130

150

170

190

210

氧化时候

（分钟）

33.5

27

22.5

19

16.8

15

13.5

着色后表观

色彩

最深

次深

深

中

浅

更浅

最浅

色差度△E

57.1

56.4

55.6

55.4

55.1

55

54.2

图6是按照以上数据所绘的氧化电流密度—色差度曲线

由图可以看出，跟着 阳极氧化电流密度的提高，试样着色后相对 基准板的色差度是逐渐减小的，宏观上用肉眼视察也能够 看到试样着色后色彩 是跟着 氧化电流密度的提高而逐渐变浅的。本实行 中除 氧化电流密度外，虽然 固定了其它的阳极氧化条件，但为了包管 各个试样氧化膜的一致性，所以分歧 的氧化电流密度采取 的阳极氧化时候 是分歧 的，如上表所列，电流密度从90A/m2转变 到210A/m2，响应 的氧化时候 也从33.5分种转变 到13.5分种，由于氧化膜在氧化液中进行阳极氧化时膜有两个相辅相成的感化 ，即一方面膜在电解的感化 下长厚，另外一 方面膜在H2SO4氧化液中会消融 ，且时候 越长，感化 越强；所以本实行 在包管 所有试样的氧化膜都是同一 的9μm的条件 下，由于 氧化时候 从33.5分钟降到13.5分钟，致使 阳极氧化时候 长的试样膜孔隙率年夜 孔径粗，造成后期的电解着色色彩 更深，别的 氧化电流密度的分歧 生成的膜布局上的区分 可能也会影响着色。

4、结论

铝型材阳极氧化后，许多 时辰还要按照需要进行电解着色以使铝阳极氧化膜显出各类 色彩 。本文切磋了铝型材在阳极氧化进程 中各类 工艺条件的转变 对后期电解着色发生 的影响，这些转变 的条件包罗氧化膜的厚度（氧化时候 ）、阳极氧化的温度、阳极氧化的电流密度、阳极氧化电解液H2SO4浓度、阳极氧化电解液中AL3+的浓度，阳极氧化完成即通电终了 后铝型材在H2SO4电解液中逗留 的时候 等。铝型材阳极氧化后电解着色，着色液中金属离子在氧化膜孔中经由过程 还原回响反映 以金属微粒的情势 进行沉积，使得氧化膜在光线的衍射感化 下显现出各类 色彩 ，且色彩 的深浅根基 与沉积物的几何有关，沉积越多则色彩 越深。本文经由过程 研究首要 切磋了铝型材试样经分歧 的阳极氧化工艺条件后对下工序电解着色的影响。得出结论以下 ：

（1）阳极氧化膜厚度越厚，致使 电解着色速度越慢色彩 越浅。

（2）阳极氧化液温度越高，致使 电解着色速度越快色彩 越深。

（3）阳极氧化液的H2SO4浓度越高，致使 电解着色的速度会快一点点，但影响力很弱，乃至 于色差仪只能检测很小的数据转变 ，而肉眼则几近 视察不到色彩 的转变 。

（4）阳极氧化液中AL3+的浓度对电解着色的影响比H2SO4浓度的影响更小，几近 没有色差。

（5）阳极氧化成膜后试样在氧化原液中浸泡时候 越长，致使 电解着色速度会越快，色彩 越深。

（6）阳极氧化电流密度越高（在包管 氧化膜成膜厚度一致的情形 下），致使 电解着色速度越慢，色彩 越浅。

由于本实行 条件所限，本研究在实行 进程 中会有一些数据上的误差 ，但纪律 性的器械 重现性好，不影响研究了局。