浅析八十年代几种铝及铝合金阳极氧化膜电解着色法的优缺点

浅析八十年代几种铝及铝合金阳极

氧化膜电解着色法的优缺点

  陈必安

华加日铝业有限公司

  铝及铝合金阳极氧化膜电解着色法是1936年首先由意大利人V。Caboni发明，1940年法国的一家公司也发明了类似的电解着色法，但它们一直没有用于工业生产。60年代初，根据工业生产的需要，日本浅田太平博士提出了交流电解着色法的专利，并使其在工业化生产中得以应用。由于这个历史原因，常将铝阳极氧化膜的交流电解着色法称为“浅田法”。浅田法是1966年由世界四大铝业公司之一的加拿大Alcan公司介绍于世的。

  自60年代至今20多年的时间内，在理论和工艺相互促进的基础上，相继出现了除浅田法外的其它方法，有关电解着色的专利和论文也非常多。可进行如下分类：

  在工业生产上采用的电解着色溶液一般是弱酸性或中性。至于碱性溶液，据资料称比中性溶液更易成黑色，但因铝氧化膜易溶于碱性溶液，故未用于生产实际。

  80年代，在世界各国工业生产上应用较多的铝阳极氧化膜电解着色溶液是亚锡盐溶液、镍盐溶液、钴盐溶液、铜盐溶液及混合盐溶液。

  铜盐电解着色，溶液成分简单，溶液稳定，分散能力好，且成本较低，但用铜盐溶液电解着色的铝阳极氧化膜耐蚀性能差、着色膜容易剥落，且铜盐溶液常赋予铝阳极氧化膜以红色，这在现代建筑及其它行业不太受人欢迎。因此钢盐溶液的工业化应用极少。

  钴盐电解着色在某些国家有工业应用，它溶液成分简单，稳定性好，能赋予铝阳极氧化膜以青铜色到黑色的颜色系列。但钴盐的价格在常用金属中最高，且钴盐着色的色差大，对杂质非常敏感，因此应用不多。

  锡盐电解着色其溶液性能优异，例如色差小，抗杂质Cl^-、K⁺、Na⁺等离子的干扰能力强，电解着色液的分散能力好，上色速度快，能方便地得到从青铜色到黑色的均匀颜色系列。正因为如此，锡盐电解着色在西欧、北美及东南亚等地区广泛地使用，我国目前引进的几十条铝阳极氧化膜着色生产线也大多是锡盐溶液，许多研究者也主要研究锡盐着色工艺。但从工业生产的实际来看，因锡盐溶液是用二价锡盐配制的，二价锡在溶液中很容易氧化水解，生成四价锡的沉淀而使溶液变浑浊。为此，许多研究者采取了用强酸性溶液抑制二价锡的水解，并在锡盐溶液中加入一些还原剂、络合剂及稳定剂以减轻二价锡的氧化。但是迄今为止，国内外在工业上应用的锡盐溶液在使用一段时间后均变浑浊，无一例外，笔者曾做过这样的实验，新配的锡盐着色溶液（加了稳定剂），即使不使用，放置三个月后就开始变浑浊，六个月后全部变浑。锡盐本身的价格较高，加之着色液成分较复杂和二价锡氧化、水解损失，材料消耗大，使得生产成本更高。

镍盐电解着色其溶液成分简单，着色液稳定，成本也较低，但纯镍盐着色液的色差大，不易得到深色，抗杂质K⁺、Na⁺离子的干扰能力很低。镍盐电解主要在日本应用，据称在日本使用的镍盐电解着色溶液解决了一般镍盐溶液所存在的问题。80年代，日本的吉田幸一提出了一种新的镍盐电解着色法，这种镍盐电解着色性能很好，颜色均匀一致，但需用脉冲电源。另外，为克服镍盐溶液抗K⁺、Na⁺杂质干扰能力差的缺点，用了配套的除钠、除铝装置，所以这种方法成本相当高，不适于推广。

  上述四种单盐溶液电解着色都各有利弊，并不十全十美，为此许多研究者基于扬各种单盐着色液之长，避其之短的想法，研究出了双盐电解着色溶液。目前，在工业上应用的有Ni-Zn和Ni-Sn着色溶液。

   Ni-Sn双盐电解着色溶液是为了用Ni代替部分Sn以使Ni和Sn在铝阳极氧化膜孔中共沉积来减少单Sn盐着色液的成本，提高着色溶液的稳定性。但因体系大多是酸性的(PH<3)，镍在这样的酸性体系中在常规的铝阳极氧化膜上并没有与锡共沉积，即实际上还是锡盐电解液。且这样的双盐电解着色也没有很好地解决二价锡氧化水解沉淀问题。

  Ni-Zn双盐电解着色是在日本发明的，该工艺克服了纯镍盐的一些突出缺点，通过一定条件控制Ni、Zn在铝阳极氧化膜微孔中共沉积量的比例大小，可得到灰色、灰青铜、咖啡、褐色、黑色等颜色系列。由于使用的是镍、锌盐，用更廉价的锌盐代替一部分镍盐共沉积，着色液成分简单，原料来源充足，所以成本比纯Ni盐降低，溶液稳定性好，且为近中性体系，对设备的腐蚀性很小，它的实用价值是很明显的，但美中不足的是在着色氧化膜中带有灰色。

  这些说明迄今为止在工业上应用的铝阳极氧化膜电解着色法，不管是单盐还是双盐溶液都不十分完美。具有溶液成本低，成分简单，稳定性好，分散能力强、抗杂质干扰能力强，着色膜色差小，颜色系列宽，对电源要求简单的电解着色法将成为80年代末90年代初电解着色的研究方向。