铝型材阳极氧化后镍盐电解着色缺陷分析
铝型材阳极氧化后镍盐电解着色缺陷分析
1 表面暗纹及花斑
1. 1 预处理过程产生的暗纹花斑 1)பைடு நூலகம்A l3 + 的影响 生产过程中 ,碱蚀液中溶解的
铝离子会越来越多 。当 ρ(A l3 + )超过 80 g /L时 ,碱 蚀液粘度增大 ,产生大量的絮状物沉淀 ,难以流动和
收稿日期 : 2009208225 修回日期 : 2009209221 作者简介 :蒋伟 (19822) ,男 ,山东泰安人 ,中国铝业山东分公司工程师.
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·22· Feb. 2010 Plating and Finishing Vol. 32 No. 2 Serial No. 203
idation and electrolytic coloring, alum inum p rofiles can be endowed w ith beautiful appearances w ith ex2
cellent decoration function. This paper is focused on the lim itations of nickel salt coloring technology for
进行清洗 ,从而产生碱流痕 。 碱蚀水洗后 ,型材进入中和槽进行出光处理 。
由于大部分厂家的中和槽液是用氧化槽废 H2 SO4 液调配 ,因此含有大量的 A l3 + 。此时 ,型材表面若 有大量的碱带入酸槽中 ,与高浓度的 A l3 + 形成的铝 氢氧化物粘状物粘附在表面 ,若不能及时被酸溶掉 , 就会留下零星的花斑 ,并导致暗纹现象出现 。
铝型材阳极氧化后镍盐电解着色缺陷分析
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如何解决铝材阳极氧化着色色差
铝材氧化着色过程常见缺陷和处理方法黄瑞强(广西平铝集团有限公司)摘要:实际生产中由于人员、工艺、设备、操作存在差异，型材氧化着色过程中产生的质量缺陷色浅、色差、染不上色、白点、露白、染色发花、逃色等。
本文从实际生产过程中对铝型材氧化着色常见的缺陷问题、提出解决的办法和技术途径。
关键词:铝材着色; 缺陷; 处理随着铝加工工业的蓬勃发展，铝表面处理已成为铝加工过程必不可少的重要生产环节。
铝制品经过表面处理之后。
耐磨、耐蚀、耐光照、耐气候等性能都有很大提高，更重要的是可以着上各种美丽鲜艳的色彩。
由于其它构成装饰的各种建筑物，曰用铝制品，工艺美术品，装饰品，家具用品等美观大方。
适应时代美感的要求，因而铝材的应用价值大为得高。
为了装饰和提高铝材表面性能，在铝材氧化膜上进行着色处理，常用的方法有电解着色法、化学着色法、自然着色法等。
在实际生产中由于人员、工艺、设备、操作等存在差异，每批的产品色差也会存在一定的差异，产生不同的质量缺陷，在特定的介质下，色泽的深浅是由金属粒子沉积量来决定，而与氧化膜的厚度无关。
铝材电解着色的色差的产生，与着色机理、氧化膜的厚度的均匀性及结构与电解着色速度有直接关系。
铝材着色的缺陷大体上有以下几种情况:色浅、色差、染不上色、白点、露白、染色发花、逃色等。
如何解决这一问题，确保每批产品的色差保持一致，并在双方确认的偏差范围内，以满足消费者的要求。
这就要求生产企业，在对型材进行电解着色表面处理时，加以研究和防范。
以下介绍我公司在阳极氧化电解着色生产工艺中常见的质量缺陷和处理方法：一、要着色均匀稳定并把色差控制在一定的范围内，减少着色缺陷的产生，在实际的生产过程中，首先在加强阳极氧化工艺操作的控制,在操作时注意以下几方面的要求。
1、在阳极氧化的型材进入着色槽时必须保持较大的倾斜度，并放置在两极中间，确保左右极距相等。
同时控制上料绑料面积，每挂料总表面积最大不超过44m2。
2、检查槽液浓度，是否符合工艺要求。
阳极氧化缺陷分析
一、发生在表面处理前的缺陷1)缺陷名称：条纹定义：由于挤压材的金属成分不均匀，在腐蚀和阳极氧化发生的带状模样。
现象：在腐蚀及阳极氧化处理时，发生的在挤压方向上色调异常的带状模样。
一般在着色工序较显著，但如加深腐蚀则不明显。
原因：①铸棒的低倍和显微组织不均匀。
②铸棒的均匀化处理不充分。
③包含加工和热处理的挤压条件不恰当。
对策：①铸棒的细化结晶及凝固时冷却条件的选择。
②恰当的挤压条件。
2)缺陷名称：大气腐蚀定义：材料在大气中慢慢地发生的腐蚀。
现象：通常，材料被大气污染了的水沾湿，在表面生成三羟铝石，因这部分难以表面处理，与其他部分产生差别，从而残留的痕迹。
原因：在表面处理前的材料附着了雨水、露水等水分的场合发生。
受到气温、湿度、海盐粒子，亚硫酸等气象因子的影响。
对策：①表面处理前不要被水所沾湿。
②轻度的腐蚀加长碱蚀时间即可消除。
3)缺陷名称：雾腐蚀定义：表面处理前材料在酸雾、碱雾中形成的点状腐蚀。
现象：进行氧化和着色后，点状腐蚀更明显。
原因：挤压后，直到表面处理的保管期间附着了雾，从而被腐蚀。
对策：①在没有雾气的场所保管。
②在表面处理工序的附近保管的场合，要考虑风向等。
③在雾气易被污染的场合，要由乙烯树脂软片等来保护。
4)缺陷名称：锯切粉末附着定义：附着在材料上的锯切粉末未流走，而进入表面处理。
现象：材料锯切时附着锯切粉末，被原封不动地表面处理而发生的缺陷。
原因：材料锯切时附着锯切粉末，在前处理工序中未被洗去，而进行表面处理而发生的。
对策：①材料锯切时锯切粉末不要附着在材料上。
②材料上附着了锯切粉末要确实洗净除去。
5)缺陷名称：水斑定义：水分在复合膜(漆膜/皮膜)界面，以及氧化膜的微细孔中浸透的结果，部分因水而成沾湿状态，氧化膜所保持的乳白色消失了，因增加了透明感而发生的点状模样。
现象：透亮的漆制品较明显，着色产品周围较深，成为银色的具有透明感的点状。
即使是光泽消失了的漆制品也发生但不明显。
和水接触时间短的话，材料一干燥即消失。
铝型材氧化缺陷成因和对策
定义：浸蚀后，残留在材料表面的浸蚀液的过度反应所引起的光泽不均。
现象：浸蚀后，转入水洗工序期间，材料表面部分变干，浸蚀面变为不均匀，变成光泽不均。
原因：（1）浸蚀液老化；（2）浸蚀液温度过高；（3）浸蚀后转入水洗的时间长；（4）气温高时易发生碱烧伤。
对策：（1）控制好浸蚀液（氢氧化钠、溶存铝量等）；定义：由材料中含有的杂质引起的水洗中产生的斑点状腐蚀。
定义：由于杂质混入阳极氧化膜中使氧化膜带黄色。
现象：硫酸阳极氧化膜带黄色，这种氧化膜经点解着色，色调就不一样。
原因：（1）因点解液中或材料合金中的铁、硅等掺入氧化膜中而产生；（2）由于不适应的阳极氧化条件，即低温点解、高电流密度点解，异常厚膜而产生。
对策：（1）降低合金、电解液中铁、硅的浓度；定义：点解中生成的气体或用于搅拌的空气积存在材料间隙、拐角等部位，致使定义：局部析出的ßMg2Si中间相，在阳极氧化后呈现黑斑或白斑。
现象：挤压方向上见到大致等间距的黑、白或灰色的斑点。
在这些斑点部位观察到许多镁-硅系的析出物，其硬度低。
原因：当挤压材与冷却板接触处（等间隔）受到急冷-换热的热过程中，析出ßMg2Si中间相。
析出中间相的铝表面在除污工序中粗糙化，并形成由阳极氧化处理导致的紊乱的氧化膜结构，也可以认为硅粒和未氧化的铝粒子发黑色。
对策：（1）利用冷却风扇控制换热；（2）减少与挤压接触的材料的热传导率。
分析：A6063S-T5 合金的维氏硬度（HV）试验载荷1.96N（200gf）定义：阳极氧化时，由于供电部分接触不好，设定电流值的错误等原因，未流过规定的电流，致使氧化膜几乎没有生成。
现象：氧化膜几乎没有生成，有时表面呈现彩虹色（干涉色），电解着色也不正常。
原因：（1）停电、电源故障等造成点解中断；（2）夹具恶化污浊、夹得不紧；（3）夹具的接触面积不够；定义：着色后部分色调差异，着色外观颜色不均。
定义：材料紧靠状态下进行点解着色时产生的着色不良。
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本文从实际生产过程中对铝型材氧化着色常见的缺陷问题、提出解决的办法和技术途径。
关键词:铝材着色; 缺陷; 处理随着铝加工工业的蓬勃发展，铝表面处理已成为铝加工过程必不可少的重要生产环节。
铝制品经过表面处理之后。
耐磨、耐蚀、耐光照、耐气候等性能都有很大提高，更重要的是可以着上各种美丽鲜艳的色彩。
由于其它构成装饰的各种建筑物，曰用铝制品，工艺美术品，装饰品，家具用品等美观大方。
适应时代美感的要求，因而铝材的应用价值大为得高。
为了装饰和提高铝材表面性能，在铝材氧化膜上进行着色处理，常用的方法有电解着色法、化学着色法、自然着色法等。
在实际生产中由于人员、工艺、设备、操作等存在差异，每批的产品色差也会存在一定的差异，产生不同的质量缺陷，在特定的介质下，色泽的深浅是由金属粒子沉积量来决定，而与氧化膜的厚度无关。
铝材电解着色的色差的产生，与着色机理、氧化膜的厚度的均匀性及结构与电解着色速度有直接关系。
铝材着色的缺陷大体上有以下几种情况:色浅、色差、染不上色、白点、露白、染色发花、逃色等。
如何解决这一问题，确保每批产品的色差保持一致，并在双方确认的偏差范围内，以满足消费者的要求。
这就要求生产企业，在对型材进行电解着色表面处理时，加以研究和防范。
以下介绍我公司在阳极氧化电解着色生产工艺中常见的质量缺陷和处理方法：一、要着色均匀稳定并把色差控制在一定的范围内，减少着色缺陷的产生，在实际的生产过程中，首先在加强阳极氧化工艺操作的控制,在操作时注意以下几方面的要求。
1、在阳极氧化的型材进入着色槽时必须保持较大的倾斜度，并放置在两极中间，确保左右极距相等。
6063_铝合金阳极氧化型材的色差缺陷浅析
0前言随着国内铝挤压产业的发展，中国挤压机的数量和吨位、表面处理线的种类和能力、产能产量规模均超过其他所有国家的总和，其发展水平和发展质量也在同步提升，中国已成长为全球最大铝型材生产国。
其中，在铝合金建筑型材领域中，6063铝合金具有加工性能优异、抗腐蚀性好的显著特点，又由于其阳极氧化后表面质量效果优良，被广泛用于建筑门窗及幕墙等[1]。
针对氧化车间6063合金边框结构型材光面古铜色频繁出现色差质量问题，本文结合氧化生产线现场实践经验，对出现色差问题的型材进行分析，查找出6063铝合金氧化型材产生色差缺陷的原因，并通过对合金成分微量元素Fe、Mn调整后的对比试验以及着色电压等工艺参数的调整对比试验，达到了消除氧化型材色差缺陷的目的。
1色差原因分析研究表明，阳极氧化膜分为阻挡层和多孔层：阻挡层是致密无孔的非晶态氧化物，而多孔层是由六角形柱状个体（中部有小圆孔）聚集一起，形成类似蜂窝状结构（如图1所示），每个独立单元的中心经小圆孔与阻挡层相联通。
型材着色就是由于孔底沉积的金属粒子对入射光发生散射而显色的，因此氧化膜孔堆积的沉积物越多，在多重散射下型材氧化膜表面颜色越深[2-3]。
6063合金边框型材光面古铜色缺陷如图2所示。
图1氧化膜多孔层微观组织照片（a）颜色偏暗(b)颜色偏黄图26063合金边框型材光面古铜色差缺陷6063铝合金阳极氧化型材的色差缺陷浅析陈庆文1，刘小龙1，朱世安1，2（1.广东豪美新材股份有限公司，清远511500；2.广东豪美技术创新研究院有限公司，清远511500）摘要：为了解决6063铝合金阳极氧化和电解着色后出现色差缺陷，根据色差产生机理，结合现场生产记录和监控回放，跟踪调查色差产生的原因，最终通过对合金成分中Fe、Mn元素含量的控制以及着色电压等工艺参数的调整，得出消除阳极氧化型材电解着色后出现色差问题的最优措施。
铝棒合金成分中Fe元素含量控制在≤0.30％，Mn元素含量控制在≤0.025％，型材氧化后将会得到较好的砂面银白色和光面古铜色表面质量；从生产成本和颜色的稳定性来看，最佳的电解着色电压应该控制在15~16V之间。
铝合金阳极氧化常见缺陷及解决方法
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如果条件许可的话 ,精制装置可以 24h连续开 启 。实践发现 ,大约电解 80～100 t铝型材 ,就必须进 行一次树脂再生工作 。
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针对该缺陷 ,解决办法为 :镍盐着色槽必须配备 再生精制装置 , K+ 、Na+ 、NH4 + 质量浓度超出指标 后 ,必须开启精制装置 ,利用阳离子交换器降低离子 质量浓度 ;ρ( C l- )超标时 ,需开启阴离子交换器降 低其质量浓度 。当精制装置不起作用时 ,要及时对 交换器树脂进行再生 。
2010年 2月 电 镀 与 精 饰 第 32卷第 2期 (总 203期 ) ·21·
文章编号 : 100123849 (2010) 0220021203
铝型材阳极氧化后镍盐电解着色缺陷分析
蒋 伟 , 徐 军 , 翟 军 , 赵玉军
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Байду номын сангаас
·22· Feb. 2010 Plating and Finishing Vol. 32 No. 2 Serial No. 203
2 着色色差及不上色现象
1)氧化后水洗的影响 氧化后没有清洗干净 膜孔中残存的硫酸 ,导致颜色不稳定 、上色困难 。
解决办法 :严格控制氧化后三道水洗的水洗时 间 ;保证三道水洗的水质及 pH;加大第 3道水洗的 水流循环量 。
另外 ,水洗完后 ,型材在空气中停留的时间不能 过长 ,要将其马上放进着色槽着色 。如未能马上进 入着色槽 ,应浸泡在洁净的纯水中 ,避免被空气中的 氧氧化 。
Ana lyses of D efects of N ickel Sa lt Electrolytic Color ing
for A lum inum Prof iles after Anod ic O x ida tion
J IAN G W ei, XU Jun, ZHA I Jun, ZHAO Yu2jun
a. 及时清理槽液 ,重新加硫酸调配 ,使 ρ(A l3 + ) 控制在 10 g /L以内 。
b. 安装回收酸及除铝离子装置 ,定期开启 。 2)温度的影响 氧化过程中 ,氧化膜的生成是 放热反应 ,溶液的温度会不断地升高 ,容易造成氧化 电压偏高 、电击伤及着色品有色斑等缺点 ,氧化过程 中膜的溶解会加快 ,氧化膜耐磨性 、耐蚀性降低 ;温 度过低 ,氧化膜层透明度降低 ,着色性能差 ,脆性增 强 ,易开裂 。θ槽液应保持在 (19 ±1) ℃。 为此 ,阳极氧化槽应建立冷却循环系统 ,及时散 热 ,在确保型材与导电杆接触良好的前提下 ,槽液 qv 应控制在 50～80 m3 / h较理想 [ 1 ] 。 3)水洗的影响 铝型材经氧化处理后 ,膜孔活 性非常高 ,对其它物质有很强的吸附性 。如果水洗 时间太长 ,则会使其吸附性降低 ,从而导致铝型材不 容易着色 ;水洗时间短 ,会导致氧化槽液水洗不充 分 ,在相同的着色条件下颜色深 ,容易产生色斑与着 色不均现象 。解决办法 : a. 严格控制三道水洗的水洗时间 ,第一道水洗 漂t 洗为 25～45 s, 控t 水 为 30 s; 第二道水洗 漂t 洗 为 45～ 60 s, 控t 水为 20 s;第三道 漂t 洗为 25～45 s, t控水为 10 s。 b. 为保证型材表面清洗干净 ,三次水洗的水 质为纯水 ,σ小于 0. 2 m s/m ,第一道水洗的 pH 为 1. 0 ±0. 1;第二道水洗的 pH为 1. 8 ±0. 2;第三道水 洗的 pH为 3. 0 ±0. 5。 c. 加大第 3道水洗的水流循环量 。 1. 3 着色过程产生的暗纹花斑 1)杂质离子的影响 镍盐着色对槽液中的杂 质离子比 较敏 感 , 尤其 是 K+ 、Na+ 、NH4 + 、A l3 + 及 Cl- 等 。这些离子质量浓度一旦超标 ,将会造成着 色型材表面产生暗纹 。因此 ,对这些杂质离子要严 格控制 。一般 , K+ 、N a+ 、NH4 + 质量浓度总和控制 在 0. 02 m g /L内 ,ρ(A l3 + )不超过 0. 2 mg /L ,ρ( C l- ) 不超过 0. 1 mg /L。保证 槽液 管理 的 稳 定 性 至 关 重要 。
2)着色槽液 pH 的影响 稳定剂的主要成分为 硼酸和有机酸 ,它对着色液有缓冲作用 。槽液 pH 低 ,着色速度慢 ,如 pH < 2. 5时 ,氢离子几乎完全取 代镍离子还原析出 , 而使型材不能着色 ; 槽液 pH 高 ,着色深 ,但由于界面 pH 升高 ,会有绿色的氢氧 化镍沉淀析出 [ 2 ] 。实践证明 , 着色液 pH 在 4. 0～ 4. 2最好 。
2010年 2月 电 镀 与 精 饰 第 32卷第 2期 (总 203期 ) ·23·
2)槽液循环管路压力的影响 欧高峰 [ 1 ]对着 色槽液循环管路压力的大小对着色的影响做了试 验 ,将 ρ循环 控制在 0. 1～0. 4M Pa,可以避免产生暗纹 花斑 。
但是 ,镍盐着色工艺中易出现暗纹 、着不上色 、 端头发白等弊病 。本文对生产中经常遇到的问题与 解决办法进行了分析 。
盐着色法以及镍锡混盐着色法等 。 镍盐着色法是在一定的电流电压下 ,使镍离子
在氧化膜微孔内的阻挡层表面上进行电化学还原反 应 ,沉积在氧化膜孔的底部 ,使铝材表面呈现出颜色 的一种着色方法 。它沉积速度缓慢 、着色稳定 ,尤其 在进行浅色调着色上具有极大的优势 ,能够实现自
(A lum inum Corporation of China L im ited, Shandong B ranch, Zibo 255051, China)
Abstract:A lum inum p rofile is w idely used in modern construction and decoration industry. B y anodic ox2
alum inum p rofiles, such as surface stains, unstable color, no2coloring, blanching of p rofile ends, etc. .
Furthermore, the countermeasures are summ arized.
针对该缺陷 ,解决办法如下 : a. 添加剂的加入 ,能有效防止槽液中 A l3 +产生 沉淀和结块 ,延长槽液使用寿命 。在槽液调配过程 中 ,必须加入适量的添加剂 , 一般 m (添加 剂 ) ∶ m (NaOH )在 1. 2～1. 6范围 。 b. 中和槽的酸液中 ,尽量减少 A l3 +的积累 。 c. 增大中和槽中硫酸的浓度 ,加强其中和碱的 能力 。 2)漂洗时间的影响 碱蚀后 ,型材从碱蚀槽转 移到水洗槽过程中 ,如果在空气中停留时间过长 ,那 么局部表面碱液浓缩会继续加深腐蚀或者干燥结 壳 ,在表面留下液体流动状的舌形斑块或轮廓线 。 一般 ,大界面的铝型材较易产生该现象 , 如 2001、 074及 W 1038等型号的铝型材 。 解决办法 :碱蚀后的三道水洗时间及空气中控 水时间 ,要进行严格控制 。一般 漂t 洗 控制在 3～5 s, 控t 水在 3～5 s。 3)温度的影响 若碱蚀槽温度太低 , 如 θ < 40℃,则反应速度太慢 ,氢气对表面的冲刷作用不 够 ,不易脱去型材表面残留的污物 ,从而形成暗纹 。 碱蚀后 ,从高温环境向低温环境过渡的过程中 ,型材 表面温度骤降 ,容易使铝离子迅速凝结在型材表面 , 难以清洗掉 ,也会产生暗纹 。解决办法 : a. 要保证 θ碱蚀槽控制在 45～55℃,碱蚀槽中除装 有加热管外 ,还应装有水冷却管 ,使温度能够得到有 效控制 。 b. 碱蚀后的第一道 θ水洗 应保持在 ( 35 ±2 ) ℃, 使型材表面温度在水洗的过程中 ,温度呈梯度变化 , 防止铝型材表面因温度突然骤降而造成成凝固结晶 现象 。 1. 2 氧化过程产生的暗纹花斑 1) A l3 +的影响 氧化槽液中 A l3 + 含量太高 ,会 使部分 A l3 + 附着在氧化膜孔内 ,在水洗的过程中 , 水解生成 A l (OH ) 3 ,从而造成花斑现象 。因此 ,必 须严格控制氧化槽中 A l3 + 的含量 ,当 ρ(A l3 + )超出 15 g /L后 ,需要对槽液进行调整 。
进行清洗 ,从而产生碱流痕 。 碱蚀水洗后 ,型材进入中和槽进行出光处理 。
由于大部分厂家的中和槽液是用氧化槽废 H2 SO4 液调配 ,因此含有大量的 A l3 + 。此时 ,型材表面若 有大量的碱带入酸槽中 ,与高浓度的 A l3 + 形成的铝 氢氧化物粘状物粘附在表面 ,若不能及时被酸溶掉 , 就会留下零星的花斑 ,并导致暗纹现象出现 。
1 表面暗纹及花斑
1. 1 预处理过程产生的暗纹花斑 1) A l3 + 的影响 生产过程中 ,碱蚀液中溶解的
铝离子会越来越多 。当 ρ(A l3 + )超过 80 g /L时 ,碱 蚀液粘度增大 ,产生大量的絮状物沉淀 ,难以流动和