电泳紫铜色铝型材临盆 工艺质量的研究-退色 问题与氧化膜处置惩罚

　　1．实验 材料与着色后道电泳工艺

　　实验 用铝型材为国内建筑门窗经常使用 的6063铝合金（化学成分 见表1）

表1　6063铝合金的化学成分

　　紫铜色电解着色后的电泳工艺，是采取 国内当前建筑铝型材普遍 使用的丙烯酸阳极电泳涂料，具体 工艺前提 见表2。

表2　丙烯酸阳极电泳工艺

　　2．紫铜色电解着色机理和工艺

　　据资料报导 ，早在1960年，日本就有行使 硫酸铜与硫酸组成的电解溶液进行紫铜色电解着色的先例，典型临盆 工艺见表3：

表3　日本铜盐电解着色典型临盆 工艺［1］

紫铜色电解着色凡是采取 交换 正弦波型着色电源，在电解着色进程 中，发生以下 电极反映：

　　在交换 正半周：4OH- - 4e = 2H2O + O2 ↑ （1）

　　在交换 负半周：Cu2+ + 2e = Cu （2）

　　2H+ + 2e = H2↑ （3）

　　电极反映（3）称析氢反映，首要 发生在着色升压早期 ，铝外观取得 的紫铜色是靠电极反映（2）取得 。一般来讲 ，紫铜色电解着色的着色主盐是硫酸铜，与其他金属盐的电解着色进程 一样，电解着色槽液内的铜离子以单质铜或铜的氧化物情势 沉积于作为阴极的铝阳极氧化膜的微孔中。

　　紫铜色铜盐电解着色的长处 有：以硫酸铜为主盐的紫铜色着色槽液不乱 性好，无需添加氧化类或还原类物资 ，因此 不存在本身 消费 问题，配制槽液、槽液中药品补加及在临盆 进程 中都可以随便 用清洁 的空气对槽液进行搅拌；对外来杂质也对照 不敏感，槽液抗污染能力强；槽液组成对照 简单，废水处置惩罚 容易。但遗憾存在以下 诸多弱点：

　　①槽液分离能力差，稀奇对年夜 规格铝材着色，断面上几个分歧 着色面因极间距分歧 ，着色后容易泛起 面与面间的色差，需到场 一些导电盐来改良 ；

　　②导电接触要求高。如绑料稍有松动，或其他部位导电接触不良，就会泛起 色差；

　　③由于铜盐电解着色在膜孔内所沉积的铜不像镍和锡那样老是 在孔底，有时却趋于在阳极氧化膜的孔口［2］，由此容易造成后道水洗退色 现象，封孔类紫铜色铝材也因耐候性和耐蚀性差而不克不及 用作室外建材；

　　④在后道电泳进程 中，膜孔内所沉积的铜很容易消融 而退色 ，电泳前需对紫铜色进行庇护处置惩罚 。但经庇护处置惩罚 后的紫铜色氧化膜，因热塑性进一步下降 ，在电泳烘烤进程 中又更容易激发 膜裂现象；

　　⑤在电泳烘烤过进程 中，容易泛起 退色 与膜裂，需恰当 减缓升温速度和下降 烘烤温度；

　　⑥新配紫铜色着色槽液与使用一段时候 后的老槽液，所取得 的色调会存在较年夜 差别 。一般来讲 ，在每立方米紫铜色着色槽液临盆 紫铜色电泳铝型材产量达3～5吨阁下 后，紫铜色的色调才趋于不乱 ；

　　⑦对铝基材的金相组织要求高。一旦铝基材内存在粗晶组织，那末 所临盆 的紫铜色电泳产物 所泛起 的粗晶现象，要比临盆 其他色彩 的电泳产物 更加 显著。是以 在挤压临盆 铝基材时需严厉 节制 好挤压的出口温度，通常是 500～540℃，并节制 好后道淬火与时效的热处置惩罚 工艺，阳极氧化前处置惩罚 宜尽可能 缩短碱洗时候 ，最好是纯真 采取 “三合一”酸洗工艺（行将 阳极氧化前处置惩罚 的除油、碱洗和出光三道工序合成一道工序）。

　　3．引发 紫铜色退色 的本源 及避免 办法

　　为了使富贵的紫铜色铝型材能合用 于建筑门窗，鉴戒 用高锰酸钾电解着色取得 的金黄色，在颠末电泳处置惩罚 后其金黄色的耐候性年夜 年夜 提高的成功经验，前几年人们不竭寻觅 对紫铜色铝型材亦采取 电泳处置惩罚 的适合 工艺。但遗憾发现紫铜色比用高锰酸钾电解着色取得 的金黄色更难采取 电泳处置惩罚 ，缘由 在于由氧化膜孔内沉积铜取得 的紫铜色，在电泳处置惩罚 时很容易发生阳极消融 （见以下 反映式），从而造成紫铜色完全退色 现象。

　　Cu–2e = Cu2+ （4）

　　对若何 解决紫铜色退色 问题人们已进行了多年的研究。Sato T，Kaminaga K等人［4］注释 锡盐着色膜比镍盐着色膜较容易退色 （即锡比镍容易发生阳极消融 ）现象，认为是锡盐着色进程 对阳极氧化膜反对 层的毁伤 较为严重，使带负电荷的电子（e）较容易穿越反对 层（见图1B），从而容易发生电极反映（4）。是以 我们曾假定 在铜盐电解着色进程 中，之所以泛起 退色 严重，是由于 铜盐着色时对阳极氧化膜反对 层的毁伤 严重而至 ，从而寻觅 减轻反对 层毁伤 的紫铜色电解着色工艺，但实验 后果均以掉 败了结 。而对照 镍、锡和铜三种金属的尺度 电极电位值（见表4），会得出相反的的结论，明显 ，阳极氧化膜孔内沉积的镍、锡和铜顺次 在电泳时越容易发生阳极消融 问题，不克不及 纯真 用它们的尺度 电极电位值年夜 小来注释 。加上 铜盐电解着色在阳极氧化膜孔内所沉积的铜不像镍和锡那样老是 在孔底，有时却趋于在阳极氧化膜的孔口，是以 ，紫铜色电泳退色 问题应当 触及 一些特别、复杂的电化学现象。

　　　　　（A）金属离子阴极沉积　　　　　　　　　　　　（B）金属原子阳极消融

图1　金属离子沉积与金属原子消融 示意图

表4　镍、锡和铜三种金属的电极反映和尺度 电极电位值

为了使电解着色取得 的紫铜色在后道电泳和烘烤进程 中不退色 或少退色 ，也可对沉积于氧化膜内的铜进行恰当 庇护办法 ，以禁止其容易发生阳极消融 。以下 几种庇护办法 能有用 避免 紫铜色退色 ：

　　①对紫铜色阳极氧化膜进行半封锁，可采取 冷封锁或中温封锁。但不克不及 对紫铜色阳极氧化膜进行完全封锁，不然 在按捺 紫铜色电泳退色 时，会严重影响电泳进程 ，阻碍电泳漆膜的构成 ，且完全封锁的紫铜色阳极氧化膜其热塑性下降 太多，在电泳膜烘烤时难免 泛起 氧化膜碎裂 现象；

　　②对紫铜色阳极氧化膜进行钝化处置惩罚 ，使氧化膜孔内沉积的铜外观构成 一层钝化膜，以阻碍在电泳进程 中铜发生阳极消融 ；

　　③同时采纳上述两项避免 办法 ，防退色 结果 比零丁 一种更不乱 一些；

　　④对紫铜色阳极氧化膜进行80～85℃的高温热水处置惩罚 。同等 于①与②的庇护办法 ，但会影响后道的电泳进程 ，使外观电泳膜机能 变坏；

　　⑤在①或②的根本上，将电泳前热水洗温度节制 在70～75℃，热水洗时候 节制 在7～10min（较高温时取上限，较低温时取下限），则防退色 结果 亦比零丁 一种更不乱 一些；

　　⑥对紫铜色阳极氧化膜进行二次电解着色（即在紫铜色着色、水洗后，再进行一道第二次电解着色处置惩罚 ）。采取 单锡盐或锡镍混盐着色槽液都可 ，使氧化膜孔内沉积的铜外观遭到 微量锡与镍的庇护。这类 避免 办法 对照 容易取得 不乱 的紫铜色，且对按捺 烘烤膜裂没有负面影响，带入锡盐或锡镍混盐槽内少许 的硫酸铜一般不会组成 污染，由于 凡是硫酸铜会被锡盐或锡镍混盐槽液内所存在的还原剂还原成单质铜而沉于槽底；

　　4．引发 紫铜色氧化膜碎裂 的本源 及避免 办法

　　紫铜色铝型材中铝基体的热膨胀系数（a = ΔL/L.ΔT）约为23.2/℃，是紫铜色铝型材中外观氧化膜的约5倍之年夜 ［3］，若是对紫铜色氧化膜进行必然 封锁或其他体例填充后，则二者 热膨胀系数的差别 会进一步扩年夜 ，恰是 二者 存在较年夜 的热膨胀系数差别 ，使得在加热进程 中氧化膜遭到 共为一体的铝基体拉应力感化 ，而当铝基体的拉应力跨越 氧化膜的屈就 极限后，就会致使 氧化膜碎裂 ，是以 可以说在紫铜色电泳铝型材烘烤进程 中，引发 外观氧化膜碎裂 的本源 是铝基体与氧化膜的热膨胀系数差别 较年夜 而至 。由此看来，避免 紫铜色氧化膜碎裂 要从减小铝基体的拉应力和提高外观氧化膜塑性两个方面斟酌 。以下 几种办法 可有用 避免 紫铜色氧化膜碎裂 ：

　　①严厉 节制 氧化膜厚度。一般来讲 ，较厚的氧化膜凡是塑性更差，由烘烤致使 膜的裂纹愈深，使得肉眼看来更显眼，冷却后亦不容易 回复复兴 ，氧化膜厚度宜节制 在9～12?m；

　　②严厉 节制 阳极氧化槽液温度。较低的阳极氧化槽液温度，使铝外观取得 的氧化膜热塑性较差，因此 易发生 烘烤膜裂，阳极氧化槽液温度宜节制 在20～23℃；

　　③严厉 节制 电泳漆膜厚度。较厚的漆膜需要较长的烘烤时候 ，对按捺 膜裂晦气 ，电泳漆膜厚度宜节制 在9～12?m；

　　④严厉 节制 半封锁工艺。在节制 好退色 情形 下，尽可能 削弱 封锁水平 ，应节制 好封锁工艺参数，封锁速度不宜太快；

　　⑤恰当 下降 烘烤升温速度和烘烤温度。如烘烤时升温速度越快、温度越高，则氧化膜所遭到 铝基体的拉应力及由拉应力发生 的惯性力会愈年夜 ，就愈容易跨越 氧化膜的屈就 极限而致使 膜裂。一般节制 烘烤温度为160～170℃，烘烤保温时候 为30～40min。最好从室温或＜50℃起头升温，从＜50℃升至170℃宜节制 在约60min，烘烤升温快、温度高亦易致使 紫铜色退色 ；

　　⑥优先选用“二次电解着色法”按捺 退色 。该办法 不会下降 紫铜色氧化膜的热塑性，是一种既能有用 避免 退色 又不激发 膜裂偏向 的双优办法 ；

　　⑦在产物 尺度 要求许可的情形 下，恰当 减薄基材（即铝基体）厚度，以减小紫铜色电泳铝型材烘烤时铝基体对氧化膜的拉应力。

　　5．竣事 语

　　近几年来，紫铜色电泳铝型材作为一种新型建筑门窗材料倍受人们青睐。针对紫铜色电泳铝型材在临盆 进程 中容易泛起 退色 与膜裂两年夜 问题，在研究紫铜色电解着色机理与工艺的根本上，阐发了引发 退色 与膜裂问题的本源 ，并提出了响应 的避免 办法 。临盆 紫铜色电泳铝型材因存在容易退色 和膜裂两年夜 问题，需采纳响应 的一些避免 办法 ，建议：优先选用“二次电解着色法”按捺 退色 ；需对临盆 工艺的一些首要 参数进行更严厉 的节制 ，如阳极氧化膜厚度为9～12?m、阳极氧化槽液温度为20～23℃、电泳漆膜厚度为9～12?m、烘烤温度为160～170℃，且节制 升温速度≯2℃/min等。临盆 厂家应当 凭据 各自的现实 情形 ，综合斟酌 产物 质量与临盆 本钱 两年夜 要素，选择最适合 的紫铜色电泳铝型材临盆 工艺。