铝合金电解着色技术研究范文

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《电镀与环保杂志》2016年第4期

摘要：

介绍了电解着色的方法与机制，阐述了电解着色过程中常见的问题及相应的解决方法，并对铝合金电解着色产业的前景做了展望。

关键词：

铝合金；电解着色；陶瓷层

0前言

铝及其合金因具有优异的理化性能而成为目前工业中使用量仅次于钢铁的第二大类金属材料［1－2］。但铝合金存在颜色单一、耐磨性差、容易被腐蚀等缺点。着色处理可以改善铝合金的耐蚀性，并提高其装饰效果。目前国内外广泛应用的阳极氧化技术有硫酸阳极氧化、铬酸阳极氧化、草酸阳极氧化、瓷质阳极氧化和硬质阳极氧化等［3］。阳极氧化能在铝合金表面形成厚且致密的氧化膜，再通过改变交流着色溶液的配方及工艺条件，使铝合金着上美丽的颜色。

1铝合金电解着色工艺流程

铝合金→机械抛光→碱洗→阳极氧化→电解着色→水洗→干燥

2铝合金电解着色方法

铝合金电解着色的常用方法有一步电解着色法、两步电解着色法及三次多色电解着色法等。

（1）一步电解着色法

目前一步电解着色法应用最广的有卡尔考拉法、铬酸法及雷诺法等［4］。旷亚非等［5］发明了一套铝合金电解着色机制，可在铝合金表面获得一层耐磨损、耐腐蚀、极富装饰性的类陶瓷膜层［6－10］。

（2）两步电解着色法

与一步电解着色法相比，两步电解着色法可显著提高膜层的耐光性、耐磨性、耐热性、抗化学腐蚀性及色彩性，从而扩大铝合金的应用范围。肖友军［11］为提高电解着色液的稳定性和着色效果，研制了一种复合稳定剂，并分析了其作用机制。该方法具有成本低、着色快、着色效果好等优点。

（3）三次多色电解着色法

三次多色电解着色法很早就已开始研究［12］。三次多色电解着色法是在二次电解着色法的基础上开发得到的一种全新的材料表面处理方法。该方法是利用光的干涉原理来改变材料表面的颜色，即在电解着色处理前增加一道磷酸阳极氧化扩孔工序，以此来改变氧化膜的结构和几何尺寸，从而改变光的反射路径，使铝合金表面的颜色由青铜色系列调变为黄色、金黄色、橙色等多种鲜艳色调［13］。张志强［14］通过添加适量添加剂使材料表面着上明显的颜色。

新型铝合金着色技术主要包括电泳技术、粉末静电喷涂技术、微弧氧化技术等［15］。

（1）电泳技术

电泳是采用电镀原理，通过电流的控制使水溶液中离子化的涂料树脂在电极上不断析出，从而形成不溶性涂层的新工艺。周建军等［16］采用直流叠加脉冲电源对含铜的高硅铸造铝合金进行了阳极氧化，并研究了脉冲电流幅度对膜层性能的影响。通过不断提高脉冲电流幅度可以显著提高膜层的综合性能。巩运兰等［17］在铬酸体系中采用高电压阳极氧化工艺得到了孔径极不规整的多孔膜。王贤等［18］提出了宽温快速阳极氧化工艺，即在硫酸溶液中不断加入合适的添加剂，使溶液中铝离子的质量浓度明显提高，延长了氧化液的寿命。DimogerontakisT等［19］研究了几种添加剂对磷酸体系中纯铝氧化膜性能的影响。通过添加磺化三苯甲烷及其同分异构体，可以制得淡绿色和亮蓝色的氧化膜。

（2）粉末静电喷涂技术

粉末静电喷涂技术是利用高压静电电晕电场的原理，在高压静电和压缩空气的作用下，使通过喷枪头上金属导流环的粉末涂料到达工件并均匀地吸附在工件表面，经加热，粉末熔融固化，形成均匀连续的涂层。

（3）微弧氧化技术

微弧氧化技术是近年来发展起来的一种全新的材料表面处理技术［20］。戴磊等［21］在含有钼酸盐的电解液中，采用阳极火花氧化技术，在铝表面获得一层光滑、致密、色泽美观的复合转化膜，且该膜层具有优异的耐酸、耐碱性能。徐存荣等［22］在硫酸和草酸的复合体系中，采用不对称正负脉冲电压，对LF21铝合金进行硬质阳极氧化。与直流或直流叠加脉冲阳极氧化相比，采用不对称脉冲电源氧化具有成膜速率快、电解温度范围宽、能耗低等优点。

3电解着色色调的影响因素

电解着色膜的显色机制不同于染色膜的。染色膜的显色机制是利用膜层对光的吸收从而显色；而电解着色膜的显色机制则是通过电解着色膜中的沉积物所具有的金属特征显示出色调。电解着色膜显色的影响因素主要是在膜层中沉积的金属离子的粒径大小与粒径的分布情况等。对于不同的金属盐电解体系而言，由于电解液体系中所含的金属离子不同，不同金属离子所具有的不同特性导致对入射光的散射程度不同，从而导致电解着色膜所反映出的色调也不尽相同。另外，由于在电解着色膜的微孔结构中所沉积的金属离子的数量也是有差异的，所以随着金属离子沉积数量的增加，电解着色膜也会呈现出明显的颜色深浅区别。

4电解着色的机制

铝合金电解着色是将电解着色液中的金属离子通过化学反应沉积在电解着色膜的微孔中。具体可分为三个步骤：

（1）金属离子向电解着色膜的定向移动；

（2）金属离子在电解着色膜／着色液界面获得电子，氢离子穿入阻挡层，在基体／电解着色膜界面获得电子；

（3）析出金属和生成氢气。

5电解着色过程中的问题及解决方案

（1）材料着色后易褪色

电解液体系中的成分改变，导致电解着色后沉积在膜层中的少部分金属离子溶解，从而使得电解着色膜发生褪色。应对电解着色液体系内的成分进行部分稀释，使得电解着色液体系中各物质组成尽量不发生变化。

（2）型材着色不均匀型材着色不均匀

大多是由于对材料进行着色时挂件的牢固程度没达到要求所致。电解着色膜属于非导体材料。在电解着色过程中，如果材料与导电杠发生错位，会使导电点部分偏移，造成导电不良，从而使得着色不深。如果发生的错位相当严重，则会导致着不上色。

（3）材料电解着色后膜层出现花瓣状

这是由于前期对材料的预处理不彻底导致的。这就需要严格对材料进行预处理，并且认真仔细地进行，特别是除油、打磨的过程。

6展望

铝合金电解着色技术越来越被重视。对铝合金电解着色工艺的研究，是获得满足工业要求的着色膜的前提。

参考文献：

［1］王艳芝．铝及铝合金阳极氧化膜着色技术研究进展［J］．电镀与精饰，2001，23（3）：20－22．

［2］袁凌云．铝合金电解着色技术的进展［J］．沈阳大学学报：社会科学版，2004，6（3）：125－128．

［3］韩春华，葛祥荣，王太智，等．简明表面处理手册［M］．北京：机械工业出版社，1999．

［4］曾华梁，吴仲达，秦月文，等．电镀工艺手册［M］．北京：机械工业出版社，1994．

［5］旷亚非，张平，罗鹏，等．铝阳极氧化着色工艺的研究［J］．电镀与环保，2006，26（2）：29－32．

［6］侯朝辉，旷亚非，刘建平．铝表面无机非金属膜层的阳极沉积［J］．电镀与环保，2000，20（3）：32—34.

作者:郭剑邵 忠财 单位:沈阳理工大学