电解着色对铝阳极氧化膜封闭质量的影响

电解着色对铝阳极氧化膜封闭质量的影响

苏永庆，于芝兰

摘要：  本文通过对铝阳极氧化膜磷-铬酸腐蚀失重量的测定，得出电解着色对封闭质量有影响。封闭时间不同，影响不同，进而影响膜层的抗蚀性。

前言

  对于一般的铝阳极氧化膜而言，封闭后的水化量愈大，说明封闭愈完全，膜层的抗蚀性愈好，经过磷-铬酸腐蚀后，产生的腐蚀失重也小。因而用磷-铬酸的腐蚀失重量来衡量封闭的质量。研究经过电解着色的铝阳极氧化膜的封闭发现，与上述规律不同，说明电解着色过程对氧化膜的封闭是有影响的。

实验方法

试样制备

  <2工业纯铝薄板，50×50，阳极氧化H₂SO₄ 180g／L，<20℃，电压16V、氧化40min，膜厚18～20µm。

  a)用上述试样进行锡盐电解着色、16V、3.5min外观为古铜色；

  b)其它条件相同，电解着色电压改为8V，试样外观为香槟色；

  c)用同样的阳极氧化试样放在不含锡盐的“电解着色”溶液中处理、同样用16V交流电压，3.5min；

  d)不再进行任何处理的阳极氧化试样。

  以上4种试样均在98～100℃的不含任何添加剂的蒸馏水中进行封闭处理。

水化量的测定

  将清洗干净的阳极氧化试样或电解着色试样，浸入丙酮1 min，放入干燥器干燥10min称取重量m₁。同样将封闭后的试样浸入丙酮1min后干燥12h，称取重量m₂。试样表面积为A，封闭膜的水化量γ

磷-铬酸腐蚀失重量的测定

  封闭膜的腐蚀失重按国际标准ISO 3210进行，所不同的是经磷-铬酸腐蚀后的试样，冲洗干净后仍浸入丙酮1min，而后在干燥器中放置2h(代替烘干步骤)、称取重量m₃，腐蚀失重ρ_A

  如果试样失重在0～20mg/dm²，则封闭质量为优;失重在20～40mg/dm²，封闭质量为中；失重超过40mg/dm²，则封闭质量为不合格。以失重40mg/dm²作为合格与不合格的界线是AAMA（美国建筑铝协会）标准。

结果与讨论

  封闭膜水化量的测定结果如图1，从图中可见，a)和b）两种着色膜的水化量大于c）和d）两种不着色膜的水化量；着色电压高的水化量(16V)大于着色电压低的水化量(8V)，说明高电压下，膜孔中沉积金属的量也大，对水化过程影响也大。所有膜层的水化量都依封闭时间的加长而增大。它们之间的水化量的差别也只有达到一定的封闭时间后才表现出来，这一时间大约在10～15min左右，在此之前不易区别出水化量的差别。

  用同样的试样做磷-铬酸腐蚀失重的测定，以考查它们的封闭质量，结果如图2。由图中意外的发现，在封闭10～15min以后，腐蚀失重的顺序刚好与水化量的顺序相反。按正常规律水化量大，腐蚀失重小，水化量小，腐蚀失重大，而这里是水化量最大的着色膜a）腐蚀失重也最大，其次是着色的b），而后是经交流处理的c），无色阳极化膜d）失重最小，封闭质量也最好。但从腐蚀失重的数值看，在有足够的封闭时间的条件下（20min）和着色金属沉积量不大的正常着色范围内，封闭质量都是合格的，甚至是优等的，说明电解着色对封闭质量有影响，但在正常情况下影响不大。

  为了考查由于电解着色而造成的这种腐蚀失重与水化量相反的结果，曾将沉积锡的量增加到膜孔的中部，直至接近孔口，测定水化量与腐蚀失重的结果与上述结论完全一致。说明电解着色锡参与并影响了氧化膜的水化过程，虽然提高了水化量，但实际上是破坏了铝氧化膜自身的正常封闭过程而带来了封闭质量的下降，但沉积的锡在封闭过程是否水化尚未进行直接实验证实。

  同样从图2的实验结果还可以看出，当封闭时间很短、即低于10min的条件下，例如封闭5min腐蚀失重又有与上述完全不同的顺序。直流阳极氧化膜d）不是失重最小而是最大，依次是不着色的c）、着色电压低(8V)的阳极化膜b）和着色电压高的(16V)阳极化膜。对比曲线d）和a）并将短时间的封闭推向极端的条件不封闭，d）无色氧化膜的失重仍大于着色膜a），曾用过14V着色电压的试样做过这一数据，如图3，无色膜的失重在300mg/dm²而着色膜失重在280mg/dm²左右，尽管失重数值都很大，但它们的相对数值总是着色膜小于无色膜，耐酸腐蚀更好一些。多次重复的结果都是如此。

  通过电解着色氧化膜可发生两种主要的变化，一是在膜孔底部沉积了人所共知的锡；其次是交流电压重新作用氧化膜的结果可使阻挡层发生变化。当着色电压高于阳极化电压时，可使阻挡层加厚；当着色电压低于阳极化电压（低于阳极化电压的2/3时）可使阻挡层减薄。对比a）曲线和c）曲线，它们都是在16V交流电压下进行了处理，阻挡层厚度的变化应当是一致的，但c）曲线不着色，腐蚀失重较a）大得多，说明a）曲线主要由于锡沉积于膜孔底部减弱了酸腐蚀液对氧化膜腐蚀。对比b）和c)曲线，按道理b）的着色电压(8V)低于阳极化电压(16V)的2/3，阻挡层应减薄腐蚀失重应大，但由于沉积了锡，腐蚀失重却明显小于c），进一步说明沉积锡的作用，又由于沉积锡量的减小而其腐蚀失重又明显大于a）。比较c）和d）腐蚀失重比较接近，说明由于着色电压引起的阻挡层变化对减小腐蚀失重不是主要的原因。

  与上述结果巧合的是对氧化膜进行的CASS试验。不封闭的氧化膜、厚度16µm，经24h CASS试验，结果为7.1级，表面腐蚀严重。用与本文中相同的锡盐着色液着色，也不封闭，腐蚀结果评级可提高到9.3级，表面失光严重，有流痕和彩虹色膜。说明锡的沉积有提高膜层抗蚀性的作用。对两种膜同时进行封闭、抗蚀性可进一步提高到9.5级，彼此差别也较小。在这里应当说明的是，封闭质量高有助于提高膜层的抗蚀性，但膜层的抗蚀性不仅仅决定于封闭质量，而是与膜层的厚度有很大的关系，当膜层比较厚的情况下，而沉积金属量又比较小时，着色的影响可能变得是次要的，在膜正常封闭时它决不是提高膜层抗蚀性的主要因素，因而笼统说电解着色提高膜层的抗蚀性是不确切的。

结论

  通过上述实验可以明确得出锡盐电解着色过程对封闭质量有影响：

  1．不封闭或短时间封闭，电解着色可以提高氧化膜层的抗蚀性，并主要由于膜孔底部沉积金届所致，但着色与不着色两种膜的磷-铬酸腐蚀失重都很大。

  2．在正常封闭条件下，电解着色由于影响氧化膜的水化过程而降低膜层的封闭质量，但两种膜的磷-铬酸腐蚀失重都很小。

  3．电解着色膜封闭的水化量与腐蚀失重没有很好的对应关系，特别是在沉积的金属量比较大的条件下。