导电性能对铝氧化着色型材色差的影响

吕建华
（兰江铝型材联营厂）

    铝型材市场竞争日趋激烈，用户对型材质量尤其是着色材色差的要求也进一步提高，故生产中质量控制也应更加严格。前阶段本厂氧化着色生产线中问题较突出的是色差。主要有：（1）阴阳面，
即着色材一个面深，一个面浅。(2)一挂料上下两根及长度方向上两端颜色略深，中间浅。经摸索、试验和调整，基本上解决了上述色差问题。
1阴阳面
    阴阳面有不同的原因：(1)导电杆左右倾斜或导电对极倾斜和弯曲造成型材距两边电极距离不等：(2)两边极板导电性能不同；(3)槽液本身的性能。
    众所周知，在电解槽中施加一定的电压V槽，在交流电负半周时，金属离子在氧化膜孔隙中还原沉积。这时氧化膜上发生电压降Vc对极板上也发生电压降Va和电流通过电解液其电阻R发生电压降VR，即：V槽=Va+Vc+VR。
  Vc决定着颜色的深浅，VR和Va的改变都将直接影响着Vc。而VR和Va分别和型材到极板距离L（见图2）及极板导电性有直接关系。此外，铝工件与极板的极面积比对色差有影响。
    为征实电解液、极板电压降及极面积比对着色的影响，进行了如下试验。
1.1  试验方法和结果
1.1.1  试验材料和条件    试样为LD31铝板，面积SAl=6cm×13cm（单面），经前处理。氧化条件为H2SO4  170～180g/L；温度20±l℃；电流密度1.5A/dm2;膜厚12～14μm。
 
1.1.2着色试验    着色试验如图2所示，槽子为梯形槽，对极为石墨板，面积分别为(1)Sc1=6cm×6cm；(2)．Sc2=(1/2)Sc1=3cm×6cm;(3)Sc3(1/2)Sc1=3cm×6cm，且表面涂有不规则的非导电薄层，以模拟实际大槽子中导电不良的极板。
1.1.3着色条件    着色条件见表1。试片在距极板近(5cm)、中(10cm)、远(15cm)三处，各取宽1.5～2cm的试片条比较其颜色深浅，深浅值E是与5块颜色从浅到深的标准样片比较求得的。用10～50级数表示，E值越大，颜色越深。结果见图3。
    表1着色色差试验结果
序号   极板    着色液                                  着色工艺         色差
1      Sc1    生产线中老槽液 浑              温度13℃ 电压16V 时间100S   15
2      Sc2    H2SO4 15g/L SnSO4 14g/L                                       30
3      Sc3                                                                 15
4      Sc1    新配溶液 澄清                  温度13℃ 电压16V 时间100S   30
5      Sc2    H2SO4 10g/L SnSO4 12g/L                                       25
6      Sc3    H2SO4 20g/L 其它同5.4＃         温度13℃ 电压16V 时间100S   ＜5
 

1.2分析说明
1.2.1  电解液电阻影响    着色液电阻R与铝材到极板的距离L成正比（见图1和图2），根据VR=RI，从图4可见，铝件距极板距离越远，VR越大，则Vc减小，颜色就越浅。曾凌三等人的研究也说明了这点。所以在实际生产中（如图1）因导电杆倾斜或极板不垂直，造成型材距两边极板距离不等，就有可能产生距离近的一面深而远的一面浅的阴阳面。
1.2.2极板影响    在锡盐着色液中，长期使用的不锈钢对极，表面沉积有锡盐水解和氧化的沉淀物以及钢板的腐蚀产物。这些结垢使极板导电困难，Va增加，即相应降低了Vc，使着色速度变慢。图3中曲线(3)其极板上附有一层结垢，相对曲线（2）在同等的其它条件下颜色要浅，即说明了这一点。而实际生产中极板结垢较厚时，着色速度慢，故要求定期清洗。
    当槽中型材两边极板积垢分布不均匀，或者在清除时两边不一样干净时，将会使其对应的型材两个面的颜色不一致，产生阴阳面。
1.2.3着色液影响    着色液中H2SO4起主要导电作用，H2SO4浓度低了，则溶液电阻增大，当L1≠L2时（见图1），更加剧了极间距不同对色差的影响，△L=|L1—L2|越大，电阻差也越大。提高H2SO4含量可以弥补极间距对色差的影响。图3中曲线(6)较之曲线(5)，其它条件均相同只是H2SO4从10g/L提高到20g/L，色差基本消除了。事实上，生产中阴阳面往往在H2SO4浓度较低时(<12g/L)发生。
    另外，曲线(1)和(2)分别较之曲线(4)和(5)，尽管H2SO4浓度还是前者高，但近、远端的色差AE比后者更大，估计这跟大槽子中的老槽液较浑浊，含有较多Sn2+水解和氧化胶粒，影响电解液导电性能有关。而且还与老槽液中添加剂含量或老化有关。
1.2.4表面积影响    处理着色槽极板时发现不锈钢极板的中间受腐蚀量更大，比两边极板更凹凸不平，所以真正有效表面积也比两边极板更大。由图4可知，极板表面积对色差影响很大。所以型材对应实际表面积更大的中间极板部分的颜色就比对应板板表面积小的那一部分颜色深些。
    我厂1992年底通过调换新的不锈钢对极．校正料架导电杆和极板位置，使型材到两边极板的距离基本相等．并适当提高H2SO4浓度，阴阳面问题基本得到了解决。
 
2上下色差问题
    同一挂型材中最上端和最下端颜色较深，其原因是一挂型材浸入槽中后，其最上端的一根和最下端的一根对应极板面积（从最上端型材至液面h1和从最下端型材至极板末端h2）比中间的型材要大，在电场中其电力线分布相对较密（见图4），即它们表面的电流密度相对中间型材略大，故着色速度快颜色较深。图3结果及有关资料都证实了这点。
    如果将h1和h2这二段极板加以一些屏敝（不完全屏敝），如加塑料遮挡板或极板上涂上树脂层等，使上下两端型材的着色电流密度与其它相等，则整挂料颜色就均匀一致了。长度方向的二头深，中间浅问题也一样，两端极板加蝗屏敝即可解决。