铝及铝合金硫酸阳极氧化染黑色

铝及铝合金硫酸阳极氧化染黑色
铝及铝合金硫酸阳极氧化后染黑色，使用范围较广，光学仪器、电子散热器件，表面装饰件等方面多用此工艺来满足各自功能上的需要，是铝及其合金阳极氧化后染色工艺中的主要染色品种。

为满足染色层的质量要求，首先要掌握好阳极氧化溶液的配比组成、溶液温度和阳极氧化时间、染色溶液的pH值，以及铝材本身质量、前处理工艺方法等多种工艺技术。

常出现的质量问题是色泽欠真，如黑中显青、黑中显红、黑中留白、黑中发花、灰黑混为一体等，在此将此工艺专设一节，并对技术中遇到过的故障现象和排除实例作简要介绍。

627．染色过程中需注意八大事项
(1)加强染色前的冲洗。

工件由阳极氧化槽中取出后要充分冲洗，特别是工件的狭缝、盲孔等处，否则残余的酸、碱在染色过程中会缓慢流出来，使染色溶液的pH值偏离正常范围，并使残留酸碱部位表面的色泽与洁净部位有明显差别，甚至腐蚀氧化膜而显示白色。

(2)阳极氧化后即染色。

工件经阳极氧化后要立即染色。

若工件阳极氧化后在空气中暴露时间过久，膜层孔隙即会缩小，并有可能粘上污物，导致染色困难。

若因染色槽过小，需分批染色时，应把待染色件浸泡在干净的水中。

(3)染色时工件不可重叠。

染色时工件不可重叠，尤其是平面部位，否则由于重叠部位被遮盖而形成阴阳面。

(4)加强染色后的冲洗。

工件表面若不冲洗干净，留有残余颜料将会污染组合件。

孔眼内的酸、碱污液用甩的方法甩去。

(5)染色前、后严禁裸手接触工件，以免该处沾上污物而染不上色，或已染上的色遭到破坏。

(6)染色前、后工件之间切勿可相互碰撞，以免该处氧化膜遭到破坏，露出白色线条。

(7)染色前、后卸下夹具时要防止划伤工件而形成白色道痕。

(8)染色后的工件切不可在高温下烘烤，以免失色泛红。

628．染黑溶液的配方及配制要点
(1)配方及工艺条件
(2)配制方法。

先将两种颜料混合，用少量水调成浆状，保证无疙瘩，加到盛有1／2体积水的染色槽中，加热煮沸，待冷却后用滤纸过滤，滤去不溶物微粒及液面上漂浮的油状物质，补足水分到规定体积，搅拌均匀后测定pH值，用冰醋酸或氨水调整pH值至工艺要求。

629．染色后工件的孔眼、狭缝周围出现色差
阳极化后清洗时进入这些部位的硫酸溶液在染色前未能彻底清洗干净，染色时硫酸溶液缓缓地向外释放而导致局部染色液的pH值改变。

染色液的pH值对色膜的影响极为敏感，故会出现这一现象。

要解决这一色差问题，首先要加强染色前的清洗。

可用医用注射器向孔眼或狭缝内注水，使这一部位的残余酸性物质被清水置换出来。

这一现象可以鉴别出染色液的pH值是否符合染色工艺的要求。

若这些部位的色泽比其余部位正，则说明染色溶液的pH值需要调整，否则染色溶液的pH值属于正常，或接近正常(染色溶液影响染色质量的主要因素是pH值)。

pH值3．5～4．5的范围是铝件染色的禁区，在该pH值范围内难以获得理想的真黑的染色层。

故要尽力避开。

630．染不上色
有时阳极化后的产品染不上色，其原因是多方面的，其中最大的可能是工件表面没有氧化膜生成。

虽然工件挂入阳极化槽通电工作时，可能每一串经测试都证明导电良好，但这种测试方法只能表示夹具是导电的，绝不能说明被夹的工件是导电的，若夹具使用后未经退膜处理，那么所夹的工件就不能导电。

夹具是否已经退膜，有经验的操作者是一目了然的，退过膜的夹具呈亮白色，用小刀轻刮即出现道痕，而未经退膜的夹具呈乳白色。

用小刀轻刮似刮在玻璃面上，既硬又滑，若不会识别夹具是否已退过膜，建议所用夹具一定要在使用之前退膜，以彻底避免用过的夹具继续使用而引起的问题。

有必要时工件装夹好后先测试一下是否接触良好，否则先进行校正。

也可在阳极氧化过程中，用不锈钢丝轻靠工件，如工件是导电的，则不锈钢丝即会冒泡。

说明是导电的，这种测试方法只能瞬间完成，以免阳极氧化溶液中金属杂质过多的积累。

631．工件染色后黑中偏青
通常是由如下4种原因引起的：
(1)阳极氧化溶液温度过低；
(2)阳极氧化时间过短；
(3)电压过低；
(4)染色溶液pH值接近中性。

经分析，某厂所出现的此类质量问题是由于阳极氧化溶液温度过低而没有相应地延长阳极氧化时间和提高电压而引起的。

原来该厂初上此工艺时正当夏季，阳极氧化溶液的温度高达28～30℃。

当时开槽的师傅把阳极氧化染黑件的氧化时间定为30～40min，这在当时的温度条件下是正确的，然而，随溶液温度的变化，须改变阳极氧化时间，由于操作者没有这方面的经验，4个多月之后，进入冬季，阳极氧化溶液的温度由28～30℃降至近l0℃，而此时阳极氧化时间仍保持在30～40min，电压也仍维持在12V，从而导致了上述故障，当把阳极氧化时间延长到90～100min，并相应提高电压，问题很快得到解决。

铝的阳极氧化中若某一工艺条件有所变更，则其他条件也要相应更改，否则必然会影响到膜层质量，它们之间都有连带关系，本例事故只是说明溶液温度降低了，而没有相应提高电压和延长阳极氧化时问的一个例子。

632．染出颜色黑中显红的原因
这种情况主要是由于未能控制好染色液的pH值，据了解，酸性元青是由酸性蓝黑IOB 和酸性橙Ⅱ组成，在一定的pH值范围内这两种组分进入膜孔的比例符合阳极化膜染色纯黑的要求，而当pH值超过或低于这个最佳范围时，进入膜孔中的两组分比例失调，染上的颜色黑中显青或黑中显红。

试验发现，染色液的pH值与铝阳极化膜上染色色调的关系见表10-1。

表10-1染色液pH值与铝阳极化膜染色色调的关系
pH 3 4 5 6 7
色调 纯黑 黑中显红 纯黑 纯黑 黑中显青
解决方法：定量测定pH值，工作中要防止酸、碱性物质的混入，进入染色槽的工件要彻底冲洗干净。

为维持适宜的pH值范围，阳极氧化后的染色件在进入染色槽之前要加强清洗，尤其是易兜住溶液的盒状件，这种件阳极氧化时为防止窝气，都将盒口向上，出槽时如果没有彻底清洗，则定会有硫酸被带人染色槽，这是影响染色液pH值变化的重要因素，应予以重视。

633．染色后表面发花的十大因素
(1)工件预处理碱洗不够彻底。

当工件碱洗不彻底时，基体表面原有的氧化膜不能除净，
该处也就难以生成人工氧化膜，导致染不上色，而原有的氧化膜除净处有人工氧化膜生成，染上了色，从而形成不规则的花纹；此外，有的虽经充分碱洗，但没有及时在硝酸中出光，并在空气中又搁置过久后才转入阳极化槽，这种情况下所获的氧化膜染色后也可能出现花纹现象。

阳极化前的预处理质量优劣是获得氧化膜质量的关键，要认真对待。

(2)染色溶液温度过低。

染色溶液温度过低时，染色性能降低，染色速度缓慢，应延长染色时间，并频频晃动染色件，以保证色泽均匀。

在可能的条件下染色液应予以加温，以保证染色件的质量。

(3)染色溶液表面有油污。

染色液表面的油膜是由颜料带入的，为除去这层油膜，溶液配成后应经过滤纸过滤，或用粗制纸片拖吸。

为避免工件进入染色液时这层油膜覆盖其表面而引起色泽不均匀和发花，通常的做法是工件进入染色液后在液面下晃动几下，使吸附在工件表面的油膜脱离下来。

由上述后两种原因引起的染色层质量问题可在铬酸溶液或硝酸溶液中退除后再次染色。

(4)膜层未退净的返修件。

返修件的氧化膜没有完全退尽再次阳极化时，工件表面会出现不同厚度的氧化膜，染出的色泽出现块状或条状深、浅不一的两种色泽。

(5)氧化膜污染。

工件染色之前要保持清洁，不要触及污物，防止受到污染和损伤，暂时不能染色的工件可悬挂在流动清水中，但搁置时间也不宜过长，否则也会影响染色效果，甚至染不上色：
(6)阳极化时电流密度过大。

电流密度过大时获得的氧化膜因膜层加快溶解，电流密度分布不均匀，此时所获得的氧化膜往往难以染出一致的色泽。

(7)阳极化溶液温度过低、电流密度过小。

操作时要根据溶液的温度予以调节，溶液温度较低时要适当提高电流密度，溶液温度较高时则相反，要适当降低电流密度。

(8)阳极化溶液温度过高。

当阳极化溶液温度过高时，所获得的氧化膜疏松，染色性大为降低，严重时染出的色成云雾状。

(9)工件形状过于复杂。

工件的狭缝、较深盲孔有滞留的酸液，染色时逐渐向外渗出，这些部位染色液的pH值有差异，从而影响到整个工件表面颜色的一致性。

(10)工件面积较大而夹具过细，装夹部位发热，以及夹具并装夹部位电能的消耗，实际上分配到工件表面的电能远远不足，从而导致电流分布不均，染色后显然不能获得一致的外表质量。

634．染色层表面产生浮灰
(1)染色溶液温度偏高。

当染色溶液温度偏高时，上色速度加快，结果酸性元青中分子较小的酸性橙Ⅱ成分“捷足先登”，因而引起酸性元青中的另一成分酸性蓝黑IOB被“排挤在外”，从而产生浮灰。

所获得的染色层也因此而显得偏红。

(2)阳极化溶液温度偏高。

当阳极化溶液温度偏高时，氧化膜的溶解速度加快，结果所生成的氧化膜因溶解而产生粉末状物质，也就是“浮灰”。

为避免高温季节浮灰加重，维持阳极化溶液的温度在正常的工艺规范之内，以确保产品质量，笔者提出了以下解决方法。

①调整工作班次。

将白天班改为夜间班，一般情况下夜间气温比白天低5～10C。

②多槽轮流工作。

经一次或多次阳极化后，因焦耳效应，溶液温度上升，当超过工艺允许的温度时应停止工作，让其自然冷却，下一槽的工件在另一只阳极化槽中进行，这样轮流操作既不影响生产，又可避开高温溶液时对阳极化膜的影响。

③更换大容积槽子。

增大阳极槽的容积，对于加工同样表面积的工件，溶液的升温度会相应减缓。

④减少一次装载量。

槽内装载量减少后，阳极化时产生的热亦相应减少，可降低溶液的
升温速度。

⑤间歇式工作。

当溶液温度超过允许值时停止工作，待温度降至工艺范围时再继续工作。

⑥水冷法。

宜用井水，井水具有冬暖夏凉的特点，能起到一定的控温作用；而水塔上的储备水是冬凉夏暖，不适宜作冷却水用。

如无井水也可在车间周围埋两个水池，基本能起轮换使用，效果也很好。

⑦用自然冰块冷却。

购买来的自然冰稍加敲碎，盛在不锈钢桶内，然后坐在阳极化溶液中，用此冰块来降低已超过工艺要求的温度。

以上七种控温措施虽有一定的效果，但批量生产单位仍以采用冷冻机控温较为保险。

635．染色时工件下端近边缘处染不上色
据某厂出现的故障现象剖析，这一问题完全是由前处理工艺不当引起的，碱蚀后没有进行充分的出光和水洗，自然晾干，使这些铝件表面带碱性的游离水缓慢地往下流，流至尽头时集成水珠且久久不消失，水珠中的碱性物质直接与铝件发生反应(特别是水珠的周围易吸纳氧的部位)，阳极化时未能被击穿，阻止了阳极化过程中人工氧化膜的生成。

预防方法：
(1)要认真执行预处理工艺，决不可怕麻烦而简化工艺过程；
(2)对于带有盲孔的工件，在预处理的每一工序中都要将盲孔内残留的溶液甩干净；
(3)预处理后不可用压缩空气吹干，也不可用烘箱烘烤；
(4)在自然晾干过程中要时时用洁净的毛巾吸去水珠，以防水珠中的酸、碱物质与该处
起反应；
(5)自然晾干时要选择环境较好的场所，以防酸、碱、油烟，对工件的浸蚀。

636．工件局部染不上色
从现场的返修件分析，不排除以下几个方面原因。

(1)氧化膜接触了油污或碱性物质。

工件经阳极氧化后在染色之前要防止与油污或碱性物质接触，以避免氧化膜在染色过程中与染色液隔离或受到破坏。

发现该厂操作工人装夹时手上的油污污染工件，而使有油污的部位染不上色，建议先装夹再碱洗。

(2)夹具的位置或阳极化时工件的悬挂角度不当。

夹具的位置与阳极化工件的悬挂角度对氧化膜的质量有很大影响，尤其是因此而产生窝气的不是少见，为避免这一问题，除在装夹和悬挂工序中需要特别注意之外，在阳极化和染色过程中还应多次摇晃工件，使工件的凹入部位在此工序中所产生的气体能及时排除。

(3)染色时工件间互相贴合。

因染色时互相贴合而形成的“阴阳面”多出现在平面件上，出现这种情况的工件应在于燥之前先挑出来，在铬酸或硝酸溶液中退色后重新染色。

为避免工件在染色时相互贴合，可采取下述方法：
①工件染色时不从夹具上拆下来，带夹具染色，并在染色过程中把夹具上下抖动几次，以防夹具的接触处因顶气而产生过大的白点痕迹；
②从夹具上拆下后放入塑料篮筐内染色，染色时在液面以下轻轻抖动多次也能获得均匀一致的外观质量，要注意的是只能在染色液中轻轻抖动，否则工件会被擦毛而显现白色道痕。

(4)预处理碱蚀时工件表面轧制时形成的氧化膜未曾除尽。

轧制成的板材较难清除，在尚未清除之前进行人工阳极氧化是无法形成人工氧化膜的，当然也无法染上色。

在清除这种氧化膜时往往需要成倍地增加碱蚀时间，若工件上有细小的螺纹则要保护，以免因此而造成过度腐蚀。

637．采用绑扎代替装夹的不利因素
按阳极化工艺要求，阳极化件传导电流应用夹具，夹于工件的非装饰面的隐蔽部位，只有这样做才能达到安全、保险和避免产生绑扎印痕等质量问题，而上述质量问题显然是采取铝丝绑扎来代替夹具而引起的，其中的原因和不利因素简述如下：
(1)用做绑扎的铝丝都较细，由于截面积不足而影响电流的正常畅通引起发热并常因此而烧断，甚至工件掉入槽中，终止了阳极氧化过程的继续，从而带来一系列的麻烦；
(2)采用绑扎方法没有夹、卡的牢固、因此在与工件的接触处会因松动而产生热量，结果影响该处氧化膜质量，或中断阳极化过程的继续(铝丝与工件的接触面松动后新的接触面由于各自都已有氧化膜，故会阻止电流的畅通)，甚至有工件被烧毁的可能；
(3)铝丝与工件的圆面部位会因紧贴而影响该部位氧化膜的生成，使染色的表面出现绑扎印痕。

总之，用铝丝绑扎工件来代替夹具是弊多于利，要避免使用。

在无夹具可使用时，可选用电线上的软质纯铝丝，并多根绕在一起，捆绑在工件的非装饰部位或棱角部位。

638．减少装夹印痕的出现
染色件的装夹首先要选择在工件的隐蔽部位和接触面积较小的部位，此外染色前应把工件从夹具上卸下来，放在塑料篮筐染色，这样可以最大限度地缩小装夹印痕，这是因为工件与夹具的接触处周围的“三角地带”的游离水会阻碍染色液的进入，从而留下较大的、未能染上色的白色星点。

采用此法要注意：
(1)卸工件时要先松开夹具，让工件自由落地，不可硬拉；
(2)要防止工件之间擦伤；
(3)工件在塑料篮筐内染色时要不时在染色液中轻轻抖动，以防重叠处染不上色；
(4)染色后工件只能漂洗、不可冲洗，以防擦毛。

639．溶液温度如无法调节时的控制质量
阳极氧化溶液的工作温度要求是相当严格的，超越工艺规范对阳极氧化膜的质量会有严重影响，直至无法成膜，但在其他的工艺条件上作某些变更，则在一定范围内会有所改善，下面就谈两点。

(1)阳极氧化溶液的温度与电压的关系。

在额定的范围内阳极氧化溶液的温度越低，所需的电压应越高，因为溶液温度较低时氧化膜生成速度较缓慢，膜层较为致密，为获得一定厚度的氧化膜，阳极氧化过程需升高电压。

当溶液的温度较高时，氧化膜的溶解速度加快，且生成的氧化膜是疏松的，此时降低电压能适当改善氧化膜的质量。

(2)阳极氧化溶液的温度与阳极氧化时间的关系。

在额定的范围内，阳极氧化溶液的温度越低所需的阳极氧化时间应越长。

因为溶液温度较低时氧化膜的生成速度缓慢。

溶液的温度升高时则氧化膜的生成速度加快。

此时要缩短阳极氧化时间，否则由于氧化膜的外层电阻加大而导致膜层溶解，出现工件尺寸的改变、表面粗糙掉膜的现象。

以上调整工艺条件的措施只是在既无降温设备，又无加温装置的条件下采取的应急措施。

且对质量并非完全没有影响，为保证质量应配备齐全的工艺设备，正规电镀厂家，溶液冷冻设备是不可省的。

640．铸铝件阳极氧化的操作要点
(1)防止染色后出现白色星点。

铸铝件组织疏松、孔隙率高，含有杂质，氧化膜质量往往难以保证，要染得均匀黑色困难更大，但若能采取以下措施则效果很好。

在阳极氧化初期采取短时间的冲击电流，具体做法如下。

阳极氧化初期电压直接调到30V左右，保持5～8min后调回正常值至阳极氧化终点，充分清洗后即转染色工序，此时即能染出较为理想的黑色膜层。

(2)防止染色后出现不一色彩。

铸铝件未经机加工面表面有一层浇铸时形成的致密而厚实的氧化层，一般碱是不可能除尽的，又不允许采取过于加重的碱洗，否则会使机加工时原有的光洁度受到破坏，并引起尺寸超差。

通常在处理这类工件时，对未经机加工的表面，一般工艺上是不提任何要求的，因该部位并非装饰面，且原有的氧化膜又有较好的防护性能，但若设计者提出这一方面要求的，则应改变机加工工艺程序，即毛坯先经碱，然后转机加工或机加工后转喷砂处理，工艺上这样安排既可避免公差超差并影响粗糙度等问题，膜层染色后也能获得基本一致的色彩。

641．不同阳极氧化槽中所获膜层染色后质量不一
如果两槽工艺条件相同而出现上述现象，则要化验一下硫酸含量。

一般情况下硫酸浓度较高时所获氧化膜孔隙率高，吸附性能好，有利着成黑色，硫酸浓度较低时则相反，不利着成黑色。

其次还要检查一下导线上的电能消耗，这一现象笔者曾遭到过多次。

由于整流设备与镀槽之间的导线过细，实际输出电流与工件上通过的电流相差甚远，结果出现不同的镀层质量。

642．在同一阳极氧化槽中所获膜层染色后质量不一这一问题有以下两种可能。

(1)有的工件装夹不够牢固：阳极氧化时中途脱电，由于阳极氧化时间不足，氧化膜过薄，染出的颜色必然不够真黑(呈青灰色)。

(2)由铝材型号不同引起：不同型号的铝材应控制不同的阳极氧化时间，才能染出各自基本近似的颜色。

如工件材质不明，可在碱洗时予以区别。

碱洗后挂灰越多铝质越差，碱洗后是亮白的则铝质度越高，需染黑色的阳极氧化时间应越长。

(3)所用夹具规格不一，导电性能有差异。

643．染黑色所需时间与铝件材质的关系
优质纯铝制件所需阳极氧化时间要比工业纯铝增加l0％2洲间，杂铝所需阳极氧化时间可比工业纯铝减少l0％左右时问。

644．不理想的颜色退除重新染色
如纯属染色工艺方面的问题，可在浓硝酸中将已染的颜色退除，经充分清洗后重新染色，需要注意的是要防止氧化膜受到损伤与污：染。

否则需要重新阳极氧化，即彻底退尽原有氧化膜，然后重新氧!化、染色。

若在原有的膜层上继续阳极氧化则所获阳极氧化膜将是粗糙无光泽的，染色后发花，不均匀的。

由于工艺上问题需要反复试验的，则不可用工件作试件，以免多次退膜后造成工件的公差超差，造成废品。

645．染色溶液的维护与保养
染黑色溶液的维护与保养工作主要是维护溶液的pH值。

据有关资料介绍，酸性ATT染料是由不同扩散性能的酸性蓝黑108和酸性橙Ⅱ组成。

当染色液的pH值在5～6或3～3．5范围时，酸性橙Ⅱ和酸性蓝黑l08的吸收作用都比较好，被氧化膜吸收的量也较大，膜层中两种染料的量符合配比要求，所获色泽呈正常的黑色。

而当pH值在4左右时，氧化膜层吸收酸性橙Ⅱ的作用增大，吸收量也就自然增加，膜层中的酸性橙Ⅱ大于正常配比，因而色泽显现带红色。

当pH值回复到3～3．5或5～5．5范围后，则氧化膜层对酸性橙Ⅱ的吸收量又会回落，染色工件又呈正常的黑色，据此，染黑色液的pH值的准确控制是很重要的。

pH值的控制重点是染色前的清洗，避免阳极氧化溶液进入染色液中引起pH值下降。

并定期用pH计测试、调整(pH试纸是无法测试的)。