铝合金电化学着色

铝合金电化学着色

所谓的金属表面着色是金属通过化学浸渍、电化学法和热处理法等在金属面形成一层带有某种颜色，并且具有一定耐蚀能力的膜层。生成的化合物通常为具有相当化学稳定性的氧化性、硫化物、氢氧化物和金属盐类。这些化合物往往具有一定的颜色，同时由于生成化合物厚度不同等原因，对光线有反射、折射、干涉等效应而呈现不同的颜色。

电化学着色法，这种着色法可以分为两种：一种为一步电解着色法，又称自然着色法，是指铝合金在特定的电解条件下阳极氧化的同时进行着色的方法。根据着色的原因，又可以将其分为合金着色法(自然发色法)和溶液着色法(电解发色法)两类。合金着色法是利用阳极氧化过程中铝合金的添加成分(如硅、铁、锰等)的氧化而引起氧化膜着色；而溶液着色法是通过电解液组成及电解条件的改变引起氧化膜着色。

另一种为二步电解着色法，又称二次电解着色法，通常简称为电解着色。该方法是指着色前对铝合金进行一次阳极氧化，再将阳极氧化后的铝合金置于无机盐电解质溶液中进行电解，溶液中的金属离子渗到氧化膜多孔层的底部，形成金属、金属氧化物或金属化合物沉积，由于沉积物对光的散射作用而显现各种颜色。目前在工业生产中多采用交流电，利用锡盐、镍盐、锰盐等着色盐进行电解着色。

铝合金制品通过电化学氧化在其表面形成铝氧化膜，并进行着色，可以大大改善这些制品的耐磨、抗蚀性及抗变色能力，在航天和船舶制造工业等方面得到了广泛的应用。又由于其着色的选择性好，而在建筑、高级装饰品、日用品工业等方面得到大量的应用。

电解着色的机制

电解着色是通过在多孔型阳极氧化膜的微孔底部沉积非常细小的金属和金属氧化物颗粒，对光的散射效应而获得不同颜色。国内外大量研究报道指出，不论何种金属盐的电解着色膜，阳极氧化膜中的沉积物既有晶态的金属离子，也有非晶态的金属氧化物或氢氧化物存在；各着色液的着色膜色调不同可能与析出颗粒的尺寸和分布有关；颜色深浅不同，则是与氧化膜的厚度、沉积颗粒的数量有关。电解着色的阳极氧化膜是以氧化铝为主的掺杂半导体，它像二极管一样，对流过它的交流电具有整流作用。交流电解着色过程中，交流电的负半周(阴极反

应)，在阳极氧化膜的微孔中的金属离子减少，在多孔层的孔底还原析出金属，同时电子从金属迁移到阻挡层表面；交流电的正半周(阳极反应)，铝继续氧化，并且多孔层中孔底的部分沉积金属也会被氧化，成为金属氧化物。正是这些沉积金属和金属氧化物颗粒对光的散射而显现各种颜色。交流电解着色过程实质上是阳极氧化膜交替处于阳极(交流电的正半周)状态和阴极(交流电的负半周)状态的过程。其中，阳极状态还有重建阳极氧化膜的阻挡层，促进孔中金属氧化物形成，使得阴极析出的氢气迅速得到逸出释放，从而阻止氧化膜脱落等作用。

下面是主要工艺过程

表面处理

根据制品在机械加工成型后的表面损伤程度以及对制品的不同要求，在氧化前必须进行机械磨光或机械抛光。

化学除油

制品表面沾附的油污必须除去，否则将影响F道工序。常用的是碱性化学除油法。即通过皂化及乳化作用分别将动、植物油以及矿物油污除去。

化学抛光

化学抛光是一项金属表面光饰加工技术。化学抛光时，铝以离子形式溶解而进入溶液并聚集在制品的表面附近，使制品表面的溶液粘度增大，导致铝的溶解速度下降。由于粘液的比重较大，易沉积于铝件的凹陷处，所以，制品表面凹陷处近似于钝化状态；而表面凸出部分的粘液层非常薄，故凸起部分易与新鲜溶液接触而被溶解。另外，制品在溶解时，那些晶格较大、在机械抛光时产生的晶体变形层以及排列不整齐的晶粒等最先被溶解，从而使制件表面的晶格排列更趋于整齐、晶粒将更加紧密和细小。铝的钝度越高、晶粒越细，化抛的质量也就越高。

近年来应用的无氮氧化物气体(无黄烟)的新型酸性化抛液，其成分为：

H3PO4、H2SO4、HNO3、(NH )2SO4、CO(NH2)2、CuSO4、AlPO4。它们的作用及影响：

H3PO4：是化抛液中起切削和溶解作用的最主要成分。含量要求在70％～80％之间，若过低，将使化抛速度减慢，制品表面不易得到较高的光亮度。

H2SO4：没有它，虽然制品表面仍可得到光泽，但很容易产生点蚀，故它在化抛液中的含量以5％～10％为宜。

HNO3：其含量以3％～8％为宜，过高，会使制品表面出现点蚀，而且当温度较高时极易生成乳白色氧化膜；但低于2％将大大降低制品表面的光亮度。NH 盐和CO(NH2)2：具有抑制操作过程中放出氮氧化物气体的作用。加入的比例是：NH+盐：CO(NH2)2=3：2。

Cu2+：在制品表面起辅助阳极作用，对电解液具有活化作用。含量一般为0．02%。

Al3+：不仅有助于加快铝的溶解，而且也有抑制产生氮氧化物气体的作用。当含量为7％～10％时，对氮氧化物气体的消除以及化抛质量均有利，并且在取下限时还可延长化抛液的使用寿命。

电化学着色法

电化学着色是藉金属微粒对入射光的吸收和散射而产生颜色，在特定介质下，色泽深浅由金属粒子沉积量决定，而与氧化膜厚度无关。着色时是将铝及铝合金制品先在硫酸溶液中制出洁净、透明多孔的阳极氧化膜，然后移到酸性的金属盐溶液中，施以交流电处理，将金属微粒不可逆地电沉积在氧化膜孔隙的底部，凡能由水溶液中电沉积出来的金属，大部分都可用在电化学着色上，但其中只有几种金属盐具有实用价值，如锡、镍、钴盐和用得较少的铜盐。

氧化膜的封闭

及时对铝及铝合金制品作封闭处理，是为了使着色后的氧化膜能够保持色泽以及提高其耐蚀、耐磨、耐晒等方面的性能。封闭处理的实质，是对多孔状氧化膜的孔隙作封口处理。在多种封闭方法中，常用的有沸水、蒸汽和盐溶液三种封闭法。以用沸水和蒸汽进行封闭为最好，其次是重铬酸盐和水解盐类的封闭亦很好。

沸水、蒸汽封闭法

在沸水中，氧化膜表面及孔壁的无水A12O3水化，体积膨胀，从而达到封闭孔隙的目的。当无水A12O3水化为一水化合物时，体积比原来增33％，再进一步水化为三水化合物时，体积将比原来增加100％以上。利用蒸汽压力可使氧化膜变得更加细密，以提高其耐蚀、耐磨等性能。

盐溶液封闭法

重铬酸盐封闭法(俗称填充法)是在重铬酸盐水溶液中，氧化膜吸附了重铬酸