LD31铝合金电解着赭红色工艺
1 引言
随着时代的发展，建筑业对铝型材表面处理提出了新的要求:即表面更加均匀一致，没有缺陷和条纹；颜色更加丰富多彩，突破单一古铜色；使用性能更加优越，抵抗大气污染和腐蚀；产品质量更加稳定；环境保护更加完善<SUP>[1]</SUP>。目前，铝及其合金的表面处理技术已有多种，其防护层各具特色，也各有缺点，且大多数尚处于探索和研究阶段<SUP>[2]</SUP>。因此，继续探索研制新的无毒、价适、工艺简单、性能优异的代铬转化保护层，并尽早推广应用，是很迫切又很有实际意义的工作。本文介绍的LD31铝合金表面着赭红色工艺尚未见有文献报道。
2 实验
2.1 实验材料与试剂
着色材料为市售LD31铝合金薄片，其成分见表1。对电极为不锈钢电极，所有溶液均用蒸馏水和化学纯试剂配制。
2.2 实验仪器与设备
TDGC2J-1/05型接触式变压器，WYJ -15多组直流稳压电源；
PHS-2型酸度计；
TG-328A型分析天平，Y-4Q型X射线衍射仪。
表1 LD31铝合金成分</P>
合金元素 Cu Mg Mn Fe Si Zn Cr Ti 其它杂质 Al
质量分数（%） 0.10 0.45～0.90 0.10 0.35 0.20～0.6 0.10 0.10 0.10 0.15 余量
3 工艺规范
3.1 工艺流程
碱性脱脂→水洗→碱蚀→水洗→除污出光→硫酸阳极氧化→水洗→交流电解着色→双重封闭→干燥
3.2 工艺介绍
3.2.1 碱性脱脂
NaOH 10g/L
Na2CO3 15g/LNa34 30g/L
白猫洗洁精 8～10mL
T 40～50℃
t 1～3min
碱性脱脂的目的是除去自然氧化膜、工艺润滑油、防锈油、手汗及与油脂粘在一起的污物，以保障碱蚀的表面能均匀地腐蚀，并保护碱蚀槽的清洁。油脂如未除净，则碱蚀不均匀，甚至发生过腐蚀，氧化着色后存在暗花纹、表面不均匀等疵病。
3.2.2碱蚀
NaOH 50g/L
酒石酸钠 5g/L
T 50～60℃
t 1～3min
碱蚀的目的在于除去残存的自然氧化膜、脱脂工序铝基体的腐蚀残留物、渗入铝基体表面的油脂等污物，以及型材表面的变质合金层，消除挤压、模具痕、划伤以及其它表面缺陷，整平基体表面。碱蚀过程中注意将溶存铝的量控制在30～50g/L之间。
3.2.3 除污出光
H2SO4 (ρ=1.84g/cm3 ) 15%
HNO3 (1:1) 4%
增光剂(自配) 4～6ml/L
T 室温
t 0.5～1min
除污出光的目的是除去残留于型材上的挂灰附着物，即溶去在碱中不溶的锰、铜、铁、硅等合金元素或杂质，以获得光亮的表属表面，同时中和型材表面的残留碱。如果挂灰没有除净，将导致氧化膜疏松，着色后色泽发暗。
3.2.4 硫酸阳极氧化
H2SO4(ρ=1.84g/cm3) 180～200g/L
Al3+ 10～15g/L
添加剂I(自配) 5～6g/L
E 15～25V
DA 1.5～2A/dm 2
T 18～30℃
t 15～20min
注意:溶液需要定期分析，根据分析结果适时添加硫酸、除去多余的杂质离子。
3.2.5 交流电解着色
NiSO4 25g/L
H3BO3 25g/L
(NH4)2SO4 15g/L
添加剂Ⅱ(自配) 5g/L
CuCl2 5g/L
pH 4.00～6.00
E 9～11V
DA 1.2～1.5A/d㎡
T 室温
t 2min
实验表明，CuCl2含量不宜过高，否则，着色膜的耐酸、碱腐蚀性能会有所降低；着色时间不能过长，否则，膜层、色调不均匀。
3.2.6 封闭
醋酸钴 4g/L
三乙醇胺 1～2mL
pH 6.50～7.50
T 60～70℃
t 30min
3.7 干燥
采用常温自然干燥的方法。
膜层结构
对所得赭红色膜进行X射线衍射分析，结果见图1。
图1 赭红色膜的X-射线衍射图
从X-射线衍射图可见:峰2、5是基体中铝的吸收峰，峰1、3、4和6均为面心立方铜单质的吸收峰，并没有镍的单质或化合物的吸收峰。据此可以初步判定:赭红色膜表层的主要组成是面心立方铜单质，没有镍的单质或化合物。因此，在膜的表层，没有镍单质与铜单质构成的电化学腐蚀电池。但是，膜层的颜色并不是铜单质的颜色而是赭红色，另外，着色液中的主盐是硫酸镍，而表层的X-射线衍射图中却没有镍的吸收峰，因此，有关膜层的化学组成还有待进一步研究。
5 着色膜的性能
取已着赭红色膜的铝合金片(切口密封)1cm2，依次做4项性能测定，结果如表2所示。
表2 着色膜的性能测定结果
测试项目 试验条件 失重(g/cm2·h)或现象
耐碱蚀性能 pH=10.00的氢氧 3.0×10-6
化钠溶液中浸泡30h
耐酸蚀性能 pH=1.00盐酸
溶液中浸泡30h 2.89×10 -5
耐盐蚀性能 50g/L氯化钠
溶液中浸泡90h 1.0×10-6
点滴实验 30g/L重铬酸钾、室温下直至液滴枯
90g/L盐酸的混合液干未见有绿色出现
6 结论
实验结果表明:
该工艺成本低廉，操作简单，着色膜耐蚀性能优异，宜于推广应用。
