電解著色法能夠提高鋁型材產(chǎn)品的裝飾性能，可自由地獲得各種色調(diào)，在鋁型材表面處理領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。

 

鎳鹽電解著色法是在一定的電流電壓下，使鎳離子在氧化膜微孔內(nèi)的阻擋層表面上進(jìn)行電化學(xué)還原反應(yīng)，沉積在氧化膜孔的底部，使鋁材表面呈現(xiàn)出顏色的一種著色方法。它沉積速度緩慢、著色穩(wěn)定，尤其在進(jìn)行淺色調(diào)著色上具有極大的優(yōu)勢(shì)，能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)，且可以進(jìn)行鎳回收、節(jié)約成本。目前，鎳鹽著色法應(yīng)用已經(jīng)極為廣泛[1]。

 

鎳鹽電解著黑色工藝中易出現(xiàn)端頭發(fā)黃、白點(diǎn)以及在生產(chǎn)過程中容易出現(xiàn)不夠黑或不上色等現(xiàn)象。為此本文通過正確檢測(cè)硫酸鎳、硼酸的濃度來維護(hù)著色槽的正常運(yùn)作，并對(duì)鎳著色出現(xiàn)的問題進(jìn)行了分析。

 

 

2 實(shí)驗(yàn)

 

2.1 實(shí)驗(yàn)工藝

 

工業(yè)上一般采用如圖1的生產(chǎn)工藝流程，文中的試驗(yàn)和分析均按此工藝進(jìn)行。

 

鋁合金陽極氧化電解著色生產(chǎn)工藝流程

 

圖1 鋁合金陽極氧化電解著色生產(chǎn)工藝流程

 

2.2 鎳著色工藝條件

 

（1）配方：硫酸鎳 150±5g/l

 

硼酸 45±3g/l 

 

溫度 25±3℃

 

pH 4.1±3

 

（2）采用日本住化法的一種直流Ni鹽著色工藝，其電源波形如圖2所示的波形。

 

鋁合金陽極氧化電解著色標(biāo)準(zhǔn)波形圖

 

圖2 鋁合金陽極氧化電解著色標(biāo)準(zhǔn)波形圖

 

2.3 硫酸鎳、硼酸的分析測(cè)定

 

2.3.1 硫酸鎳的分析計(jì)算[2]

 

（1）需用試劑：

 

氟化鉀；

 

紫脲酸胺指示劑；

 

氨－氯化銨緩沖液（pH＝10）；

 

EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液（約0.05mol/L）；

 

氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液（約0.01mol/L）；

 

甘油（丙三醇）混合液（60g檸檬酸鈉溶于500mL水中，2g酚酞溶于少量乙醇，合并兩液，加入60mL甘油，用水稀釋至1000mL）。

 

（2）分析步驟：

 

移取2mL槽液于250ml錐形瓶中，加入1g氟化鉀，搖晃使其溶解，加80mL純水，溶液呈渾濁。加入10mL氨－氯化銨緩沖液（pH=10）及約0.1g紫脲酸胺指示劑。用經(jīng)標(biāo)定的約c（EDTA）＝0.05mol/L的EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至試液由黃色變?yōu)樽霞t色即為終點(diǎn)，讀取消耗EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積（V1）。

 

（3）硫酸鎳含量可按以下公式計(jì)算：

 

硫酸鎳濃度（g/l）＝14.03×V1×c（EDTA）（g/L）

 

式中，c（EDTA）為EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液的物質(zhì)的量的濃度。

 

2.3.2 硼酸的分析計(jì)算[3]

 

硼酸含量分析步驟：

 

（1）取槽液25ml，置于燒杯內(nèi)，加蒸餾水100ml，混勻；

 

（2）加甲基紅指示劑1～2滴，用0.1N的氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液中和至紅色消失；

 

（3）加入少量濾紙漿，混勻，加熱至沸騰，溫?zé)?h后，稀釋到250ml；

 

（4）用3～5張定量濾紙和干漏過濾于燒杯內(nèi)，并取濾液50ml，置于500ml的滴定燒杯內(nèi)，滴加0.1N的氫氧化鈉溶液2滴，使pH約為10；

 

（5）蒸干除氨后，加蒸溜水100ml，加熱至沸騰，取下，冷卻后加入1滴甲基紅指示劑；

 

（6）用0.1N的硫酸標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定到呈紅色，再用0.1N的氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定到出現(xiàn)黃色。此時(shí)為滴定起點(diǎn)；

 

（7）向溶液中添加甘油10ml或甘露醇1g，酚酞指示劑2ml；

 

（8）以0.1N的氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定到粉紅色，加甘油10ml或甘露醇0.5g。若紅色退除，繼續(xù)滴定到出現(xiàn)紅色，直至加甘油不退色為止。

 

（9）空白試驗(yàn)時(shí)，取蒸餾水100ml、甘油20ml，其他操作與上述相同。

 

硼酸含量可按以下公式計(jì)算：

 

硼酸（g/l）＝NV×0.0618/C×1000

 

式中：N－氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度/N；

 

      V－滴定耗用的氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液/ml；

 

      C－試液量/ml。

 

3 著色槽的維護(hù)

 

3.1 成分的維護(hù)

 

根據(jù)鋁合金陽極氧化生產(chǎn)工藝(如圖1)，在生產(chǎn)一定量的鋁材后，要對(duì)鎳著色槽液進(jìn)行分析。鎳著色槽液的硫酸鎳濃度高達(dá)140～150g/L，硼酸則維持在38～44 g/L之間。然而生產(chǎn)過程中我們必須每天檢測(cè)槽液成分的濃度，一旦不在正常范圍內(nèi)，即使生產(chǎn)正常也要及時(shí)補(bǔ)充硫酸鎳或硼酸，否則大量生產(chǎn)黑料時(shí)，容易使產(chǎn)品著色出現(xiàn)質(zhì)量問題。

 

只有將槽液成分的濃度長(zhǎng)期維持在正常的范圍內(nèi)進(jìn)行生產(chǎn)，才能更好地維護(hù)好槽液，生產(chǎn)出質(zhì)量?jī)?yōu)良的鋁材產(chǎn)品。

 

3.2 槽液溫度的控制

 

溫度對(duì)著色速度的影響很大[4]，在一定范圍內(nèi)升高溫度會(huì)加快著色速度，溫度過高或過低都會(huì)造成著色不均勻，甚至著不上色。另外，溫度偏高，著色膜孔隙多，孔徑大，粗糙；過高的溫度還有可能導(dǎo)致著色膜破裂、剝落[5]。

 

3.3 槽液雜質(zhì)離子和pH的控制[2]

 

槽液的管理通過設(shè)備實(shí)現(xiàn)，采用離子交換（IR）和吸附技術(shù)除去鈉、鉀、鐵和鋁等雜質(zhì)，并將操作過程中下降的pH值調(diào)節(jié)到正常值。采用反滲透（RO）技術(shù)處理清洗水回收Ni，既降低硫酸鎳的消耗又減少環(huán)境污染。表1所列該工藝要求各種雜質(zhì)的容許值：

 

表1.直流鎳鹽著色的雜質(zhì)容許值

單位：ug.g-1

鋁離子	鈉離子	鉀離子	銨離子	銅離子	氯離子
﹤100	6~10	﹤100	﹤150	﹤20	﹤300

 

4 電解

 

4 電解著黑色常見故障及解決方法

 

4.1 型材端頭發(fā)黃現(xiàn)象

4.1.1 型材上架質(zhì)量的影響

 

在型材上架的過程中，如果導(dǎo)電桿與型材之間有雜物、導(dǎo)電桿打磨不干凈，緊固不好，或者型材上架的位置不當(dāng)，在氧化的過程中，會(huì)造成電擊現(xiàn)象或端頭屏蔽效應(yīng)，因著色時(shí)間比較長(zhǎng)，著色后端頭發(fā)黃。

 

解決辦法：導(dǎo)電桿必須用打磨機(jī)或鋼絲刷打磨干凈、無雜物，然后緊固良好；型材接觸面大的一面靠導(dǎo)電桿；中和后，氧化前，必須將型材與導(dǎo)電桿緊固。

 

4.1.2 氧化過程的影響

 

氧化過程中，電流密度過高，會(huì)造成型材發(fā)熱，尤其在端頭，容易引起電擊，肉眼難以分辨，著色后，著黑色時(shí)間長(zhǎng)，會(huì)出現(xiàn)型材端頭發(fā)黃現(xiàn)象。

 

解決辦法：盡量采用低電流密度。一般控制在Ja為120～140 A/m2。

 

4.2 著色后白點(diǎn)

 

4.2.1 產(chǎn)生原因

 

（1）堿抽風(fēng)機(jī)設(shè)備出現(xiàn)故障，導(dǎo)致堿霧附在型材表面，隨著膜剝離產(chǎn)生斑點(diǎn)狀未著色部分。

 

（2）氧化后，清洗不干凈，表面留有殘液。

 

（3）著色槽內(nèi)含有不溶性雜質(zhì)。

 

4.2.2 解決方法

 

(1) 定期檢查和保養(yǎng)堿抽風(fēng)裝置，保證堿抽風(fēng)機(jī)正常運(yùn)行；

 

(2)保證氧化后水洗的水質(zhì)及PH在工藝范圍之內(nèi)，補(bǔ)充用水量，清洗零件表面除去灰塵。

 

(3) 對(duì)著色液進(jìn)行過濾，并定期地進(jìn)行離子交換（IR）和吸附技術(shù)除去鈉、鉀、鐵和鋁等雜質(zhì)。

 

4.3 著色色差及不夠黑現(xiàn)象

 

4.3.1 氧化后水洗的影響

 

氧化后沒有清洗干凈膜孔中殘存的硫酸，導(dǎo)致顏色不穩(wěn)定、上色困難。

 

解決辦法：嚴(yán)格控制氧化后三道水洗的水洗時(shí)間；保證三道水洗的水質(zhì)及pH；加大純水洗的水流循環(huán)量。

 

另外，水洗完后，型材在空氣中停留的時(shí)間不能過長(zhǎng)，要將其馬上放進(jìn)著色槽著色。如未能馬上進(jìn)入著色槽，應(yīng)浸泡在潔凈的純水中，避免被空氣中的氧氣氧化。

 

4.3.2 著色槽液pH的影響

 

穩(wěn)定劑的主要成分為硼酸，它對(duì)著色液有緩沖、促進(jìn)作用。槽液pH低，著色速度慢，如pH<3時(shí)，負(fù)通電過程全部轉(zhuǎn)成析氫反應(yīng)，無金屬電沉積層，而使型材不能著色；如果槽液pH太高，負(fù)通電過程中陽極氧化膜界面的pH值迅速升高，會(huì)有綠色的氫氧化鎳沉淀析出，進(jìn)而堵塞膜孔，阻止金屬離子進(jìn)入膜孔。

 

解決辦法：當(dāng)槽液pH過低時(shí)，要及時(shí)開啟精制設(shè)備，利用離子交換（IR－A）提高pH；當(dāng)槽液pH過高時(shí)，要加入試劑硫酸調(diào)整。

 

5 結(jié)束語

 

鋁型材在現(xiàn)代建筑裝飾業(yè)中應(yīng)用甚廣。通過陽極氧化和電解著色處理，鋁型材表面可獲得多種顏色的美麗外觀，具有極強(qiáng)的裝飾性能。根據(jù)鋁合金鎳著色槽工藝條件，對(duì)鎳著色槽的槽液進(jìn)行維護(hù)，提出了生產(chǎn)中單鎳著色槽電解著黑色時(shí)常見故障和解決方法。鎳著色槽的維護(hù)對(duì)鋁材的生產(chǎn)質(zhì)量有很重要的影響，如何更好地維護(hù)好鎳著色槽的槽液是眾多生產(chǎn)廠家要關(guān)注的問題，所以我們認(rèn)為對(duì)鎳著色槽的槽液進(jìn)行維護(hù)首先要有一整套的、準(zhǔn)確的槽液檢測(cè)方法，尤其是對(duì)槽液雜質(zhì)離子的控制以及氧化后三道水洗槽水質(zhì)及pH的控制；其次是對(duì)槽液濃度及pH的控制。

 

此外，在長(zhǎng)期生產(chǎn)黑料的前提下，并保持黑料的穩(wěn)定性，還需靠平時(shí)經(jīng)驗(yàn)的積累和在生產(chǎn)實(shí)踐中不斷探索，以及著色槽液中常出現(xiàn)的故障現(xiàn)象、原因和處理方法都要有所熟悉，這樣才能維護(hù)好著色槽的正常工作。