铝常温镍盐封孔剂的试验研究
铝常温镍盐封孔剂的试验研究
易忠胜 张良
(桂林工学院材料与化学工程系，广西桂林541004)
摘要：研究了合金型材铝阳极氧化后，在低温时的封孔工艺参数。对Ni2+质量浓度、温度和pH值，以及在封孔液中加入各种添加剂的实验研究结果表明：当NiSO4为1.1g/L，NH4F为2 g/L，钼酸铵为1 g/L，硫酸锌为1g/L，pH=6，封孔温度为25℃，封孔时间为10 min时，铝合金片耐蚀时间最长，为200 min，孔隙率为5%；此方案可在室温下操作，降低能耗，不仅封孔液中没有铬离子，而且使用过程中不会有金属离子沉淀析出。
阳极氧化被称为铝合金的万能的表面技术。铝合金经阳极氧化后孔隙率很高，其吸附能力很强，易染色、易污染、孔蚀等，因此氧化后应立即封孔。目前主要的封孔方法有沸水法、有机酸法、重铬酸盐法、低温Ni—F系法等。沸水封闭法和重铬酸盐法虽然无污染，但易出现粉霜现象，影响质量外观与漆层和基体的结合力，且能耗大。有机酸封闭技术是美国最近开发的新技术，封闭过程中会生成一种皂类化合物，填充于染色膜的微孔中，将微孔闭和，并在染色膜表面生成一层防水层，对铝基体起保护作用，但在腐蚀环境中，铝皂类化合物易与腐蚀介质发生反应，破坏保护膜；Ni—F系法与添加剂形成钝化膜起着封孔性能，但当Ni2+，F-比例调节不当时，不仅影响耐蚀性能，还会因F-过量而出现粉霜现象。为克服高温封孔能耗大、铬盐的环境污染等的缺陷，并在一定程度上为以后的研究提供参考，笔者研究了以镍盐为主的常温封孔工艺，试验获得了最佳工艺条件参数。
1 实验方法
取工业铝合金做试样，工艺流程为：打磨→清洗→除油碱蚀(NaOH 10 g/L，Na3PO4 30 g/L，Na2CO3 15 g/L，十二烷基磺酸钠6 g/L，温度50～60℃) →抛光(H2SO4 20%，HNO3 10%，H3PO4 70%)→阳极氧化(H2SO4
20%，草酸2%，蒸馏水1000 mL，电压15 V，电流0.5A，时间30 min)→封孔(NiSO4 1.1 g/L，NH4F，钼酸铵，硫酸锌适量，pH=6，温度25℃，时间10min)。封孔后清洗，吹干后立即以耐人工腐蚀(浓HCl 50mL，K2Cr2O7
6g，蒸馏水75mL)时间确定其耐蚀性，以孔隙率确定封孔度。
2 结果与讨论
2.1 镍离子浓度对封孔度的影响
将铝试样阳极化后，再封孔，最后测定Ni2+的减少量和封孔度(以孔隙率表示)。溶液中的其他离子的影响造成Ni2+吸附量下降，从而导致封孔质量的下降。当Ni2+的质量浓度小于0.70 g/L时，孔隙率增加速度加快，当Ni2+质量浓度在1.1 g/L（所做的实验点）时孔隙率为6%，此时孔隙率较低，且在此范围附近的孔隙率增加的速度不是很快，在实验时比较好控制，因此Ni2+质量浓度在1.1 g/L左右较好。镍离子的浓度与孔隙率的关系如图1所示。
阳极氧化被称为铝合金的万能的表面技术。铝合金经阳极氧化后孔隙率很高，其吸附能力很强，易染色、易污染、孔蚀等，因此氧化后应立即封孔。目前主要的封孔方法有沸水法、有机酸法、重铬酸盐法、低温Ni—F系法等。沸水封闭法和重铬酸盐法虽然无污染，但易出现粉霜现象，影响质量外观与漆层和基体的结合力，且能耗大。有机酸封闭技术是美国最近开发的新技术，封闭过程中会生成一种皂类化合物，填充于染色膜的微孔中，将微孔闭和，并在染色膜表面生成一层防水层，对铝基体起保护作用，但在腐蚀环境中，铝皂类化合物易与腐蚀介质发生反应，破坏保护膜；Ni—F系法与添加剂形成钝化膜起着封孔性能，但当Ni2+，F-比例调节不当时，不仅影响耐蚀性能，还会因F-过量而出现粉霜现象。为克服高温封孔能耗大、铬盐的环境污染等的缺陷，并在一定程度上为以后的研究提供参考，笔者研究了以镍盐为主的常温封孔工艺，试验获得了最佳工艺条件参数。
1 实验方法
取工业铝合金做试样，工艺流程为：打磨→清洗→除油碱蚀(NaOH 10 g/L，Na3PO4 30 g/L，Na2CO3 15 g/L，十二烷基磺酸钠6 g/L，温度50～60℃) →抛光(H2SO4 20%，HNO3 10%，H3PO4 70%)→阳极氧化(H2SO4
20%，草酸2%，蒸馏水1000 mL，电压15 V，电流0.5A，时间30 min)→封孔(NiSO4 1.1 g/L，NH4F，钼酸铵，硫酸锌适量，pH=6，温度25℃，时间10min)。封孔后清洗，吹干后立即以耐人工腐蚀(浓HCl 50mL，K2Cr2O7
6g，蒸馏水75mL)时间确定其耐蚀性，以孔隙率确定封孔度。
2 结果与讨论
2.1 镍离子浓度对封孔度的影响
将铝试样阳极化后，再封孔，最后测定Ni2+的减少量和封孔度(以孔隙率表示)。溶液中的其他离子的影响造成Ni2+吸附量下降，从而导致封孔质量的下降。当Ni2+的质量浓度小于0.70 g/L时，孔隙率增加速度加快，当Ni2+质量浓度在1.1 g/L（所做的实验点）时孔隙率为6%，此时孔隙率较低，且在此范围附近的孔隙率增加的速度不是很快，在实验时比较好控制，因此Ni2+质量浓度在1.1 g/L左右较好。镍离子的浓度与孔隙率的关系如图1所示。
2.2 温度对封孔度的影响
随着温度的升高，金属离子扩散速度加快，水解速度加快，氟化膜中的镍质量浓度增加，当温度高到一定程度时，形成钝化膜的Ni2+质量浓度减少，这样势必会影响封孔效果，并且也会增加能耗，而在25～30℃之间孔隙率相差5%左右，30℃以后孔隙率开始上升，综合考虑孔隙率与能量消耗，温度选择25℃为宜，此时孔隙率较低，作用于封孔的Ni2+量也较大，如图2所示。
随着温度的升高，金属离子扩散速度加快，水解速度加快，氟化膜中的镍质量浓度增加，当温度高到一定程度时，形成钝化膜的Ni2+质量浓度减少，这样势必会影响封孔效果，并且也会增加能耗，而在25～30℃之间孔隙率相差5%左右，30℃以后孔隙率开始上升，综合考虑孔隙率与能量消耗，温度选择25℃为宜，此时孔隙率较低，作用于封孔的Ni2+量也较大，如图2所示。
2.3 pH值对封孔度的影响
pH值的对金属盐水解沉积起制约作用，从而影响膜孔中镍沉积量和封孔度。pH值在5.5～6.5之间镍的沉积量最多，pH值在6.0左右时封孔效果最好（图3），而这时的酸度也较容易控制。
pH值的对金属盐水解沉积起制约作用，从而影响膜孔中镍沉积量和封孔度。pH值在5.5～6.5之间镍的沉积量最多，pH值在6.0左右时封孔效果最好（图3），而这时的酸度也较容易控制。
2.4 封孔液中的添加剂的影响
以NiSO4为和NH4F为基料，另加一些添加剂作为填充物，要求添加剂既能协助镍盐封孔，又能增强耐蚀性能，并能阻止铝材基体的氧化和腐蚀，与氟离子生成能封孔的反应物。
从表1的试验结果(可能是封孔后马上腐蚀的原因，耐蚀时间较短）来看，以钼酸铵和ZnSO4为添加剂的耐蚀时间为200 min，孔隙率为5%，其效果最好。这可能因为这两种试剂都是铝材的抗蚀剂，二者联用时效果更好，钼酸铵对铝材的腐蚀起显著作用，锌离子和氟离子结合后进入孔内起到最佳的封孔的性能。
以NiSO4为和NH4F为基料，另加一些添加剂作为填充物，要求添加剂既能协助镍盐封孔，又能增强耐蚀性能，并能阻止铝材基体的氧化和腐蚀，与氟离子生成能封孔的反应物。
从表1的试验结果(可能是封孔后马上腐蚀的原因，耐蚀时间较短）来看，以钼酸铵和ZnSO4为添加剂的耐蚀时间为200 min，孔隙率为5%，其效果最好。这可能因为这两种试剂都是铝材的抗蚀剂，二者联用时效果更好，钼酸铵对铝材的腐蚀起显著作用，锌离子和氟离子结合后进入孔内起到最佳的封孔的性能。
3 结论
(1)在镍离子和氟离子为主的封孔剂中加入适当的添加剂，可以提高封孔的效果，提高耐蚀性能。
(2)封孔剂中的封孔物的质量浓度控制不好，可能导致封孔的失败。
(3)用其他的添加剂代替铬离子，降低环境污染，有利于环保。
(4)通过以上试验结果，确定最后的试验条件为：NiSO4 1.1g/L，NH4F 2g/L，钼酸铵1 g/L，硫酸锌1 g/L，pH=6，封孔温度25℃，封孔时间10 min。
(1)在镍离子和氟离子为主的封孔剂中加入适当的添加剂，可以提高封孔的效果，提高耐蚀性能。
(2)封孔剂中的封孔物的质量浓度控制不好，可能导致封孔的失败。
(3)用其他的添加剂代替铬离子，降低环境污染，有利于环保。
(4)通过以上试验结果，确定最后的试验条件为：NiSO4 1.1g/L，NH4F 2g/L，钼酸铵1 g/L，硫酸锌1 g/L，pH=6，封孔温度25℃，封孔时间10 min。
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