專利名稱：鋁或鋁合金陽(yáng)極氧化膜電解著色工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于鋁或鋁合金陽(yáng)極氧化膜電解著色工藝的改進(jìn)。
電解著色法是將經(jīng)過常規(guī)硫酸法陽(yáng)極氧化的鋁材，在含有金屬鹽的水溶液中電解處理，在電場(chǎng)作用下，使金屬陽(yáng)離子在鋁或鋁合金陽(yáng)極氧化膜微孔底部還原沉積，使氧化膜著色的一種方法。這種著色方法能得到良好的耐候性和耐磨性的著色膜，可廣泛應(yīng)用于日用五金制品和建筑用的鋁門、窗框等鋁材的著色。
一般的電解著色工藝流程主要包括前處理、直流陽(yáng)極氧化和在含有金屬鹽的水溶液中交流電解著色。前處理通常由脫脂、堿浸蝕和中和等工序組成。
目前，鋁材的青銅色系列的著色工藝按電解著色溶液分類常用的有亞錫鹽電解著色、鎳鹽電解著色和錫、鎳鹽的電解著色等三類。此外，還有鈷鹽、鋅鹽和鉛鹽等電解著色液。
日本特許公報(bào)昭和47-37823提出純錫電解著色液含有硫酸亞錫，硫酸、酚磺酸，用15伏的50赫茲交流電著色，可以獲得從琥珀色到棕色的青銅色系列。亞錫鹽含量允許變化范圍較大，溫度范圍較寬，對(duì)鈉、鉀離子的容忍量較大。但其缺點(diǎn)是亞錫鹽易氧化成不能起著色作用的四價(jià)錫，同時(shí)，在PH為0.5時(shí)，即水解為難溶的偏錫酸而使著色液變渾，導(dǎo)致亞錫鹽的無謂消耗和著色液的不穩(wěn)定。
日本公開特許昭和58-113391提出鎳、錫(Ⅱ)雙鹽電解著色液，含有硫酸鎳、硫酸亞錫、硫酸和鄰苯二酚，在交流電壓下著色。此工藝除了具有與亞錫鹽電解著色液相同的優(yōu)缺點(diǎn)外，還有另一缺點(diǎn)是著色液中額外添加了硫酸鎳，其對(duì)著色作用甚微，但增加著色液成本和使著色液成份控制復(fù)雜化。
日本特許昭和46-16566提出的純鎳鹽電解著色液含有硫酸鎳、硫酸鎂、硫酸銨和硼酸，在50赫茲的交流電壓下著色。此電解著色液成份簡(jiǎn)單和穩(wěn)定。但分散能力不好，形狀復(fù)雜的制品各部位顏色不均勻，深色的著色膜有剝落現(xiàn)象，抗雜質(zhì)離子能力差，如鈉、鉀、硝酸根離子等。
因此，鋁材的青銅色系列的著色工藝的金屬水溶液都存在著這樣或那樣的問題。研制一種鋁或鋁合金陽(yáng)極氧化膜電解著色新工藝已為急需。
本發(fā)明的目的是提供一種鋁或鋁合金陽(yáng)極氧化膜電解著色工藝，該工藝具有簡(jiǎn)單、穩(wěn)定、易操作等特點(diǎn)。
本發(fā)明的鋁或鋁合金陽(yáng)極氧化膜電解著色工藝，包括前處理、直流陽(yáng)極氧化和在含有金屬鹽的水溶液中交流電解著色，其特征在于所說的金屬鹽的水溶液組成包括鎳鹽、錳(Ⅱ)鹽、銨鹽、羥基多羧酸鹽、硼酸和水，鎳鹽為20～80克/升、錳(Ⅱ)鹽為2～20克/升、銨鹽為20～70克/升，羥基多羧酸鹽為5～30克/升、硼酸為15～35克/升、余量為水，溶液的PH值為3.0～7.0，溫度為20～65℃。隨著時(shí)間的增加，可以得到由琥珀色直至真黑色的青銅色系列著色膜。
其特征在于含有金屬鹽的水溶液最好由硫酸鎳、硫酸錳、硫酸銨、檸檬酸銨、硼酸和水組成。
其特征在于金屬鹽的水溶液的組成濃度最好是硫酸鎳為30～60克/升、硫酸錳為5～15克/升、硫酸銨為30～60克/升、檸檬酸銨為10～20克/升、硼酸為20～30克/升、余量為水。
其特征還在于溶液的PH值最好為4.0～6.5。
其中，鎳鹽提供電解沉積的金屬離子，它可以是硫酸鎳、醋酸鎳或氨磺酸鎳;最好是硫酸鎳，可以從20到80克/升，最好是30到60克/升。
錳(Ⅱ)鹽提供電解沉積的金屬離子，它可以是硫酸錳、醋酸錳或碳酸錳;最好是硫酸錳。它可以從2到20克/升，最好是5～15克/升;硫酸錳小于2克/升時(shí)，電解著色時(shí)大量析氫氣，只能得到極淺的青銅色;硫酸錳等于或大于2克/升，就可以正常著色;鎳和錳是互為誘導(dǎo)共沉積，顯著改善著色液的分散能力。
銨鹽可以提高著色液的抗鈉、鉀離子的干擾能力。銨鹽可以是硫酸銨或醋酸銨;最常用的是硫酸銨，它的含量可以從20到70克/升，最好是30到60克/升。
硼酸是緩沖劑，它使著色液的PH值保持穩(wěn)定，硼酸含量可以從15到35克/升，最好是20到30克/升;硼酸含量小于15克/升，PH值緩沖容量不大;硼酸含量大于35克/升，容易從著色液中結(jié)晶析出。
羥基多羧酸或其鹽能與錳(Ⅱ)離子結(jié)合，降低游離的錳(Ⅱ)離子濃度，在對(duì)極上難氧化成二氧化錳?？梢圆捎闷咸烟撬峄蛩匿@鹽、葡庚酸或它的銨鹽、酒石酸或它的銨鹽和檸檬酸或它的銨鹽。最好是檸檬酸或它的銨鹽，如檸檬酸銨的含量可以從5到30克/升，最好是10到20克/升;檸檬酸銨小于5克/升，對(duì)極表面因錳(Ⅱ)鹽氧化形成二氧化錳而嚴(yán)重變色;若檸檬酸銨大于30克/升，游離錳(Ⅱ)離子和鎳離子濃度過低，電沉積效率降低，析氫量顯著增加，著色膜顏色變淺。檸檬酸銨還可以提高抗鈉離子干擾能力。
溶液PH值可以在3.0～7.0范圍內(nèi)變化，最佳范圍為4.0～6.5;PH小于3.0時(shí)，電解著色時(shí)嚴(yán)重析氫，不能上色;PH高于7.0時(shí)，電解著色時(shí)膜層剝落。
電解著色采用50赫茲的交流電進(jìn)行，其電解參數(shù)如下
交流電壓從10到20伏時(shí)，可以得到琥珀色直至真黑色的青銅色系列。交流電壓小于8伏時(shí)，無法著色;交流電壓大于23伏，氣體析出很嚴(yán)重，鋁陽(yáng)極氧化膜局部被擊穿而脫落。
在一定的交流電壓下，電解著色在15分鐘內(nèi)隨著色時(shí)間延長(zhǎng)，著色膜顏色加深;15分鐘后顏色再不變化。電解著色時(shí)間視所需顏色深淺而定。
溫度可以在20至65℃范圍變化，最佳溫度范圍為30～50℃。溫度低于20℃，著色金屬沉積較慢;溫度大于70℃，電解著色時(shí)氣體析出強(qiáng)烈致使膜層局部脫落。
對(duì)極可采用鎳、不銹鋼、石墨和鉛，最好采用不銹鋼或者鎳。
本發(fā)明交流電解著色的供電方式與一般的電解著色相同。鋁和鋁合金氧化后，最好接著電解著色。陽(yáng)極氧化件不能帶電進(jìn)入電解著色槽。進(jìn)槽后，采用階梯升壓，即在1分鐘內(nèi)緩慢升高著色電壓至所需值。
本發(fā)明提出的電解著色工藝簡(jiǎn)單，使用鎳鹽加錳(Ⅱ)鹽水溶液作為電解著色液，化學(xué)性能穩(wěn)定，不易氧化和水解，抗雜質(zhì)干擾能力較強(qiáng)，分散能力好，所得的著色膜顏色均勻，每升溶液可著色鋁材約1.3平方米，著色液不出現(xiàn)渾濁，經(jīng)調(diào)整后又能正常使用，同時(shí)，還具有原料來源廣、成本低廉等特點(diǎn)。
實(shí)施例一.將純鋁或鋁合金(LD31)試片經(jīng)常規(guī)的除油脫脂后，用一般的堿浸蝕液浸蝕6至8分鐘，清洗干凈，繼在1∶1硝酸中(體積比)中和10秒鐘，清洗干凈。然后在硫酸溶液中陽(yáng)極氧化，將鋁試片作為陽(yáng)極，工業(yè)純鋁板作為陰極，在165克/升硫酸的20±2℃溶液中以直流電壓16伏、1.3安/分米2的陽(yáng)極電流密度氧化30分鐘，得到厚度為10微米以上的陽(yáng)極氧化膜。經(jīng)流動(dòng)水和一次去離子水清洗后進(jìn)行電解著色處理。電解著色液的組成是硫酸鎳45克/升，硫酸錳10克/升，硫酸銨45克/升，檸檬酸銨12克/升，硼酸25克/升，余量為去離子水。槽液溫度為30℃，PH值為5.0，用50赫茲交流電，電壓為15伏，著色2至15分鐘，即得到自琥珀色到真黑色的青銅色系列的著色膜。經(jīng)中性鹽霧試驗(yàn)96小時(shí)，著色膜未發(fā)現(xiàn)腐蝕，定為10級(jí)。著色膜經(jīng)紫外光照射900小時(shí)，△E僅變化1.2至2.9NBS單位。
實(shí)施例二.用鋁合金(LD31)和例一的電解著色工藝，采用的電解著色液為硫酸鎳30克/升，硫酸錳10克/升，硫酸銨45克/升，檸檬酸銨10克/升，硼酸25克/升的水溶液。可得到自琥珀色到真黑色的青銅色系列的著色膜。
實(shí)施例三.用例一的鋁材和電解著色工藝，采用的電解著色液為硫酸鎳45克/升，硫酸錳14克/升，硫酸銨35克/升，檸檬酸銨12克/升，硼酸25克/升的水溶液。所得青銅色系列著色膜的性能與例一的相似。
實(shí)施例四.電解著色液為硫酸鎳45克/升，硫酸錳10克/升，硫酸銨45克/升，檸檬酸銨9克/升，硼酸35克/升的水溶液，采用例一相似的工藝，其效果基本與例一相似。
實(shí)施例五.用12克/升酒石酸或者葡萄糖酸或者葡庚酸代替例一的檸檬酸銨，用氨水調(diào)得溶液PH值至5.0，其他條件同例一?？傻玫阶早晟琳婧谏那嚆~色系列的著色膜。
實(shí)施例六.用45克/升氨磺酸鎳或者醋酸鎳代替例一的硫酸鎳，其他條件同例一。其效果基本與例一相似。
實(shí)施例七.用10克/升醋酸錳代替例一的硫酸錳，其他條件同例一，可得到滿意的青銅色系列的著色膜。
權(quán)利要求
1.一種鋁或鋁合金陽(yáng)極氧化膜著色工藝，包括前處理、直流陽(yáng)極氧化和在含有金屬鹽的水溶液中交流電解著色，本發(fā)明的特征是所說的金屬鹽的水溶液組成為鎳鹽、錳(Ⅱ)鹽、銨鹽、羥基多羧酸鹽、硼酸和水，鎳鹽為20～80克/升、錳(Ⅱ)鹽為2～20克/升、銨鹽為20～70克/升、羥基多羧酸鹽為5～30克/升、硼酸為15～35克/升，余量為水，溶液的PH值為3.0～7.0，溫度為20～65℃。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁或鋁合金陽(yáng)極氧化膜著色工藝，其特征是金屬鹽的水溶液最好由硫酸鎳、硫酸錳、硫酸銨、檸檬酸銨、硼酸和水組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鋁或鋁合金陽(yáng)極氧化膜著色工藝，其特征是金屬鹽的水溶液的組成濃度最好是硫酸鎳為30～60克/升、硫酸錳為5～15克/升、硫酸銨為30～60克/升、檸檬酸銨為10～20克/升、硼酸為20～30克/升，余量為水。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或者2或者3所述的鋁或鋁合金陽(yáng)極氧化膜著色工藝，其特征是溶液的PH值最好為4.0～6.5。
全文摘要
本發(fā)明是關(guān)于鋁或鋁合金陽(yáng)極氧化膜電解著色工藝的改進(jìn)。提出了鋁和鋁合金陽(yáng)極氧化膜青銅色系列電解著色工藝。采用直流陽(yáng)極氧化，交流電解著色。電解著色液的組成為硫酸鎳20-80克/升，硫酸錳2-20克/升，硫酸銨20-70克/升，硼酸15-35克/升和檸檬酸銨5-30克/升。本發(fā)明提出的著色液化學(xué)性能穩(wěn)定，長(zhǎng)期使用不會(huì)混濁或沉淀，分散能力好，溫度范圍寬，抗雜質(zhì)離子干擾能力較強(qiáng)。
文檔編號(hào)C25D11/22GK1050911SQ8910577
公開日1991年4月24日 申請(qǐng)日期1989年10月11日 優(yōu)先權(quán)日1989年10月11日
發(fā)明者鄺少林, 易志立 申請(qǐng)人:湖南大學(xué)