杂质离子对铝阳极氧化膜电解着色的影响

杂质离子对铝阳极氧化膜电解着色的影响

赵寿昌

（南京建工学院）

本文讨论了杂质离子对铝氧化膜电解着色的影响，指出镍锡电解液对杂质是不敏感的。

前  言

  目前，国内外已广泛采用电解着色法（或二步着色法)对建筑铝合金着古铜色。工业生产上所用的电解盐大都为镍盐、锡盐或钴盐，或它们的混合物。已有事实表明，镍电解液对外来杂质敏感，易产生剥落现象，锡盐尽管易氧化和水解，但对杂质离子不敏感．至今杂质离子对上述电解液特别是对镍、锡混合电解液着色影响的定量数据还比较少。本文研究K+、Na+等离子对该电解液着色效果的影响。

一、实 验

1．标准古铜色样品的制备

  试验材料为建筑用6063管材。先进行铝氧化前处理，主要步骤有化学除油、碱腐蚀，硝酸出光，不进行机械抛光和化学抛光，然后进行阳极化后立即进行着色处理。阳极氧化及着色液配方如下：

着色后立即在沸水中封闭半小时。这时所得颜色为深古铜色。色泽均匀，作为比较的标准。

2.杂质离子对着色效果影响试验

  考虑到前处理、阳极化及着色时可能带入的杂质离子种类，试验了K⁺、Na⁺、Cu²⁺、Fe³⁺、Fe²⁺、Mn²⁺、Mg²⁺、Cl^-、NO₃^-等对电解液着色效果的影响。其中阳离子以硫酸盐的形式加入，阴离子以镍盐的形式加入，以避免其它杂质离子的干扰。

  在试验中铝材的型号、前处理方法、阳极化配方及工艺同制标准色时完全相同。杂质离子以固体的形式逐步加入到着标准色的电解液中，在同着标准色时完全相同的工艺条件下着色，如果杂质加进对着色效果无影响，则继续增加，直列出现颜色完全着不上，或者出现剥落为止。

三、结果与讨论

  表1和表2分别列出K⁺、Na⁺、Cu²⁺、Cl^-、NO₃^-对着色效果的影响。

  Fe³⁺、Fe²⁺、Mn²⁺、Mg²⁺同K⁺的影响类似，在10g/l以下对着色效果无什么影响。根据实测结果可知，K⁺、Na⁺、Fe³⁺、Fe²⁺、Mn²⁺、Mg²⁺在通常情况下不影响着色，一般来说，它们大于5g/l的可能性极小。而Cu²⁺、Cl^-、NO₃^-可以认为是危险离子。对于Cl^-，尽管它的存在对着色效果影响不大，但在1g/l左右便开始出现剥落，对于Cu²⁺，在0.3g/l时就发生颜色改变，到0.8g/l就看不出古铜色了，NO₃^-在0.5g/l时就发生明显的颜色改变，在2g/l时也不能得到古铜色。因此在电解着色液中要严格控制Cu²⁺、Cl^-和NO₃^-。由于市售的锡盐中以及工业用水中经常含有Cl^-，所以在着色前最好进行检测。

  K⁺、Na⁺、Fe³⁺等离子加入均能提高电解液的导电率，增加电流密度，这对加快金属沉积速度有利。另外，由于这些离子的加入，能使离子强度增加，致使Ni²⁺、Sn²⁺的活度降低，利于提高阴极极化，从而能获得较细晶的沉积层。特别是^K+，当含量达到5g/l时电流密度就明显升高。由于用该电解液着色时，不能用增加游离酸来提高导电率，这是因为增加酸度尽管能较好地稳定Sn²⁺，使其不易水解和氧化，但对着色影响很大，经试验超过20g/l H2SO4后就不能上色，而产生大量气泡，所以要严格控制pH值；为了加快沉积速度，少量加一些K2SO4是可取的。但不能加得太多，因为，交流电解着色法是用交流电，使金属离子扩散而电沉积在氧化膜孔隙的底部，通过金属微粒对光的散射而产生颜色的。金属杂质离子的存在，必然阻碍Ni2+、Sn2+在氧化膜孔隙的扩散，致使它们在孔底缺乏，减少了析出的可能。金属杂质离子加到一定程度，就会使Ni2+、Sn2+不能还原析出，氧化膜就着不上色。H+则还原成H2析出，从而产生大量气泡，严重时引起膜层剥落。

  Cl-的存在易发生剥落现象，同时电流密度急剧增加，气泡很多，产生剥落的原因是由于Cl-能降低阴极极化，如图所示。由于Cl-降低了阴极极化，活化了电极过程，这样不能得到细晶沉积层而得到粗晶膜层，使镀层与基体的结合力降低，严重时出现剥落。同时，电流剧增，气泡大量产生。说明有大量的H+能越过铝氧化膜的阻挡层还原成H2析出，从而引起膜层的剥落。

四、结 论

  总的来说，镍锡电解液中着古铜色，对外来杂质是不敏感的。其杂质离子的容许含量为：K+<8g/l,Na+<5g/l,Cu2+<0.3g/l,Fe3+、Fe2+、Mn2+、Mg2+分别<10g/l,Cl-<1g/l，NO3-<0.5g/l。以上讨论的仅是着色效果的影响，对镀层的质量有待于进一步研究。