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

 

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的阻擋層表面上進行電化學還原反應，沉積在氧化膜孔的底部，使鋁材表面呈現出顏色的一種著色方法。它沉積速度緩慢、著色穩定，尤其在進行淺色調著色上具有極大的優勢，能夠實現自動化生產，且可以進行鎳回收、節約成本。目前，鎳鹽著色法應用已經極為廣泛[1]。

 

鎳鹽電解著黑色工藝中易出現端頭發黃、白點以及在生產過程中容易出現不夠黑或不上色等現象。為此本文通過正確檢測硫酸鎳、硼酸的濃度來維護著色槽的正常運作，并對鎳著色出現的問題進行了分析。

 

 

2 實驗

 

2.1 實驗工藝

 

工業上一般采用如圖1的生產工藝流程，文中的試驗和分析均按此工藝進行。

 

鋁合金陽極氧化電解著色生產工藝流程

 

圖1 鋁合金陽極氧化電解著色生產工藝流程

 

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準波形圖

 

圖2 鋁合金陽極氧化電解著色標準波形圖

 

2.3 硫酸鎳、硼酸的分析測定

 

2.3.1 硫酸鎳的分析計算[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標準溶液（約0.05mol/L）；

 

氫氧化鈉標準溶液（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。用經標定的約c（EDTA）＝0.05mol/L的EDTA標準溶液滴定至試液由黃色變為紫紅色即為終點，讀取消耗EDTA標準溶液的體積（V1）。

 

（3）硫酸鎳含量可按以下公式計算：

 

硫酸鎳濃度（g/l）＝14.03×V1×c（EDTA）（g/L）

 

式中，c（EDTA）為EDTA標準溶液的物質的量的濃度。

 

2.3.2 硼酸的分析計算[3]

 

硼酸含量分析步驟：

 

（1）取槽液25ml，置于燒杯內，加蒸餾水100ml，混勻；

 

（2）加甲基紅指示劑1～2滴，用0.1N的氫氧化鈉標準溶液中和至紅色消失；

 

（3）加入少量濾紙漿，混勻，加熱至沸騰，溫熱1h后，稀釋到250ml；

 

（4）用3～5張定量濾紙和干漏過濾于燒杯內，并取濾液50ml，置于500ml的滴定燒杯內，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的硫酸標準溶液滴定到呈紅色，再用0.1N的氫氧化鈉標準溶液滴定到出現黃色。此時為滴定起點；

 

（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的氫氧化鈉標準溶液滴定到粉紅色，加甘油10ml或甘露醇0.5g。若紅色退除，繼續滴定到出現紅色，直至加甘油不退色為止。

 

（9）空白試驗時，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算：

 

硼酸（g/l）＝NV×0.0618/C×1000

 

式中：N－氫氧化鈉標準溶液濃度/N；

 

      V－滴定耗用的氫氧化鈉標準溶液/ml；

 

      C－試液量/ml。

 

3 著色槽的維護

 

3.1 成分的維護

 

根據鋁合金陽極氧化生產工藝(如圖1)，在生產一定量的鋁材后，要對鎳著色槽液進行分析。鎳著色槽液的硫酸鎳濃度高達140～150g/L，硼酸則維持在38～44 g/L之間。然而生產過程中我們必須每天檢測槽液成分的濃度，一旦不在正常范圍內，即使生產正常也要及時補充硫酸鎳或硼酸，否則大量生產黑料時，容易使產品著色出現質量問題。

 

只有將槽液成分的濃度長期維持在正常的范圍內進行生產，才能更好地維護好槽液，生產出質量優良的鋁材產品。

 

3.2 槽液溫度的控制

 

溫度對著色速度的影響很大[4]，在一定范圍內升高溫度會加快著色速度，溫度過高或過低都會造成著色不均勻，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致著色膜破裂、剝落[5]。

 

3.3 槽液雜質離子和pH的控制[2]

 

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

 

表1.直流鎳鹽著色的雜質容許值

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 型材端頭發黃現象

4.1.1 型材上架質量的影響

 

在型材上架的過程中，如果導電桿與型材之間有雜物、導電桿打磨不干凈，緊固不好，或者型材上架的位置不當，在氧化的過程中，會造成電擊現象或端頭屏蔽效應，因著色時間比較長，著色后端頭發黃。

 

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

 

4.1.2 氧化過程的影響

 

氧化過程中，電流密度過高，會造成型材發熱，尤其在端頭，容易引起電擊，肉眼難以分辨，著色后，著黑色時間長，會出現型材端頭發黃現象。

 

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

 

4.2.1 產生原因

 

（1）堿抽風機設備出現故障，導致堿霧附在型材表面，隨著膜剝離產生斑點狀未著色部分。

 

（2）氧化后，清洗不干凈，表面留有殘液。

 

（3）著色槽內含有不溶性雜質。

 

4.2.2 解決方法

 

(1) 定期檢查和保養堿抽風裝置，保證堿抽風機正常運行；

 

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

 

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

 

4.3 著色色差及不夠黑現象

 

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，導致顏色不穩定、上色困難。

 

解決辦法：嚴格控制氧化后三道水洗的水洗時間；保證三道水洗的水質及pH；加大純水洗的水流循環量。

 

另外，水洗完后，型材在空氣中停留的時間不能過長，要將其馬上放進著色槽著色。如未能馬上進入著色槽，應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

 

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

 

解決辦法：當槽液pH過低時，要及時開啟精制設備，利用離子交換（IR－A）提高pH；當槽液pH過高時，要加入試劑硫酸調整。

 

5 結束語

 

鋁型材在現代建筑裝飾業中應用甚廣。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，具有極強的裝飾性能。根據鋁合金鎳著色槽工藝條件，對鎳著色槽的槽液進行維護，提出了生產中單鎳著色槽電解著黑色時常見故障和解決方法。鎳著色槽的維護對鋁材的生產質量有很重要的影響，如何更好地維護好鎳著色槽的槽液是眾多生產廠家要關注的問題，所以我們認為對鎳著色槽的槽液進行維護首先要有一整套的、準確的槽液檢測方法，尤其是對槽液雜質離子的控制以及氧化后三道水洗槽水質及pH的控制；其次是對槽液濃度及pH的控制。

 

此外，在長期生產黑料的前提下，并保持黑料的穩定性，還需靠平時經驗的積累和在生產實踐中不斷探索，以及著色槽液中常出現的故障現象、原因和處理方法都要有所熟悉，這樣才能維護好著色槽的正常工作。