阳极氧化完整工艺流程文档格式.docx
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Ⅳ硫酸直流电氧化工艺参数对阳极氧化膜着色性能的影响
在阳极氧化膜的吸附着色工艺中，最终获得的色调不但取决于着色过程本身，而且在相等重要的程度上取决于氧化膜的性能。
而氧化膜的性能又取决于阳极氧化参数。
在工业生产中，这一点往往未受到注意。
当在追溯染色故障因由时，必须同时仔细检查阳极氧化的工艺条件。
在无色阳极氧化时未被发现的氧化膜上的某些变异在西服着色时变的明显，而且即使改进染色过程亦只能有限度的得到改正。
参数
偏离标准
染色强度差别
膜机械强度差别
硫酸浓度
偏高
偏低
较深
较淡
较低
较高
铝浓度
改善膜的结构
稍淡
稍高
电流密度
（膜厚度恒定时）
温度
时间
偏长
偏短
膜厚度
偏厚
偏薄
①、硫酸浓度
提高硫酸浓度会增强其对金属的溶解作用，产生更显著锥性的微细孔，孔的平均直径更大些。
由于空隙率增大而使内表面面积增大，吸附能力因而加强，可以染出较深的颜色。
在阳极氧化液使用期间，越来越多的游离硫酸消耗于溶解方面，随着其浓度因而下降，膜的吸附力亦随而降低。
为保证随后的染色能具有同等的强度，维持游离硫酸浓度于严格的允许范围内就显得十分重要。
②、铝含量
当铝含量在5g/l以下时，染料吸附能力显著下降，但铝含量达到5g/l以上时，吸附能力便维持接近稳定。
但当超过15g/l时，溶液便不能有效的起作用，阳极氧化膜会出现不规则。
因此，为使着色色泽高度均匀，宜将铝含量保持在5~15g/l。
③、电流密度
在电流密度高而膜厚固定的情况下，由于金属受硫酸溶解的时间短些，所以染料吸附能力下降。
如果把成分不同的合金件放在一起进行阳极氧化，零件与零件之间便会出现电流密度上的变动，当这些零件着色时，便会反映为色泽上的差异。
因此，在同一批次内应只阳极氧化一种合金的零件；
如果零件时要着色的，这一点尤其重要。
④、电压
电压应根据阳极氧化工艺参数以及合金的成分来施加，通常为12~20V。
⑤、温度
提高温度会加强硫酸的溶解作用，从而使氧化膜柔软些和有更多的微细孔，染料吸附能力便高。
但温度的影响非常明显，必须严格控制。
其允许的误差微+/-2℃。
在这方面，必须注意的是，倘若热对流步充分而出现局部温度差异，以后便会出现着色的不均匀的结果。
为避免出现局部过热现象，对阳极氧化液必须采取彻底搅拌和均匀冷却的措施。
⑥、阳极氧化时间与膜厚度
阳极氧化膜的厚度几乎与电流密度和时间的乘积成正比。
当电流密度恒定时（在工厂生产时只是指接近恒定时），氧化膜的厚度及与厚度密切关联的染料吸附能力均与阳极氧化时间成正比关系。
由此可见，如需要着出深色，就必须有相当厚的膜，实际上，在厚度为12μm的标准氧化膜上，只要着色条件适当，一切需要的色调都可染出来。
不过，当要很高的颜色坚牢度时，阳极氧化膜就必须有超过12μm的厚度，以便获得最佳的耐光度，因为这一性能是由封闭在氧化膜内的染料量来确定的。
对于建筑物配件，氧化膜厚度还必须达到25μm。
基于成本及质量方面的考虑，建议厚度不超过30μm。
厚度在12μm以下的薄膜，其染出的色调不得不只限于淡色，因为其吸附能力有限。
Ⅴ阳极氧化后的清洗
在精饰生产过程中，阳极氧化后的清洗是十分重要的。
黏在着色件上的酸的残留物如果未得到彻底清洗，染色时便会出现斑点。
它们还会污染染色液使之逐渐减弱染色能力，甚至会使染料产生化学变化。
因此，必须制订最优选的清洗处理程序，其处理过程还要尽量缩短滞留时间，以免氧化膜有被过早封闭的危险，而导致降低染料吸附力。
控制清洗效率的最佳方法是用溴甲酚紫指示剂。
酸/水发生迅速交换。
重要的是要让新鲜的清水尽快到达工件表面的每一个点。
如果工件的形状复杂，如有洞穴、焊接口等，就必须在清洗水中搅拌以产生嫘流。
Ⅵ阳极氧化后的工件在染色前的贮存
阳极氧化出槽的工件在贮放一定时间后，其染料吸附能力便会减弱，在环境温度及湿度高时尤甚。
因此，氧化后的工件宜即作下一步处理或予以干燥，而不应过分迟缓。
如果工件经过干燥后，在进入下一步处理前，最好先用冷水湿透工件或者是用酸予以活化。
阳极氧化后的工件绝不允许沾上手指印。
只要有可能，在拿取这些工件时都需要戴上湿水的橡胶手套。
工件上凡被污物或油脂污染过的地方都不能吸附足够的染料来达到颜色深度的要求，也不能达到满意的封闭效果。
Ⅶ阳极氧化膜的活化
阳极氧化后，在着色之前，可用酸液处理，把氧化膜活化。
所有有机酸、无机酸及酸性盐均适用于活化，不过，通常多选用硫酸或硝酸。
这一处理必会使一些阳极氧化膜的物质溶解，使空隙率增加，从而提高吸附染料能力。
如果工件曾存放一段时间，则酸的作用主要是溶解因大气水分反应而形成的水合物。
这样提高吸附染料能力会带来很多好处，这是有充分理由的。
但是，在最终厚度恒定的情况下，氧化膜的质量会有所下降，也是必须接受的事实。
用酸活化的方法主要应用在铭牌的制作上。
①、操作步骤
直接在阳极氧化后或在经过贮放后（湿的或干的），氧化的铝品处理方法如下表所示：
溶液
5ml/L硫酸
30~35℃
15min
室温
30~60min
1:
1硝酸/水
5~120S
表中提供的数据只是典型的处理方法实例，还必须根据精饰方法的其他因素作相应的调整。
活化后还必须将工件再次彻底进行清洗。
②、氧化膜活化后的染色性能
如果酸活化处理在比上述工件条件更为严格的条件下进行，则不但会有使阳极氧化膜的光泽和硬度下降的趋势，且其耐腐蚀性能亦会降低。
因此，对于建筑铝材，不推荐使用着色前酸活化的方法。
染色流程
Ⅰ染色设备
选择染色槽德尺寸以及染色液液量时，要考虑到使要处理的一槽工件完全浸没于溶液而不必对工件作重新排布。
若是采用喷淋染色法，则染色液的体积要小的多（约15%~20%）。
染色液用酸泵循环并通过喷嘴喷到工件上。
染色槽必须用符合下列要求的材料制造：
①、
有能经受80℃的热稳定性；
②、
对极度稀的非阳极氧化用之有机酸有耐酸能力；
③、
对低浓度的氯化物有稳定性；
适用的材料包括有：
耐酸不锈钢；
具有中等至高的热稳定性之塑料，如聚烯烃类（聚乙烯、聚丙烯）、聚氯乙烯、聚丙烯腈、聚酯等；
硬质橡胶。
染色槽经过使用一段时间出现裂纹或孔洞时，染色液会因裸露的槽体材料接触而致消弱染色能力。
Ⅱ染色液的加热
最好的加热装置是以在水平方向安装于靠近染色槽底部的由电加热元件或蛇行管交换器组成的加热系统。
导热介质可以是水、蒸汽或油。
染色液也可以选用煤气燃烧器来加热，燃烧器安装在槽子下面。
制造加热装置的材料，其稳定性要与制造染色槽的材料稳定性标准相同。
加热系统宜配备温度控制装置。
Ⅲ染色液的搅拌
适度的搅拌可使整槽染色液各处的染料浓度均匀。
倘若是给小零件染色的染色槽，通过热对流及工件运动产生的搅拌便可能足够了。
但是，一般情况下，必须透过多孔管打入经过过滤的压缩空气来增加染色液的运动。
搅拌器如螺旋浆或舵式的搅拌器之类都有很好的效果。
染色液也可以用循环泵来保证搅拌。
在这种情况下，可插上一个过滤网，把液中浮游物质隔住，保证染色液保持高纯净和着色件清洁。
由于染料吸附速率会随染色过程之持续而明显降低，因此，保持槽液搅拌就十分重要，特别是在开始阶段。
在把工件浸入时以及在染色的第一分钟，让工件动来动去往往可以增加色调均匀性，特别是在染淡色时。
Ⅳ电绝缘
如果在铝着色槽中采用了钛挂钩，就必须避免使用类似的电接触点。
如未能避免，就会从两种金属和染色液产生动电电流，使染色工件出现点腐蚀。
钛挂钩应该用非导体材料如木材或塑料与槽电绝缘后才能悬挂到染色槽内。
Ⅴ染色条件对颜色的影响
和阳极氧化工艺参数一样染色工艺参数也对染色产生显著的影响。
①、染色温度
染色速率随温度之上升而提高。
因此，着出一定深色所需的时间随温度升高而缩短。
但是，同步封孔反应会减缓吸附速率，在极端的条件下还会完全抑制染色，因而同步封孔反应与温度的关系甚至会更为显著。
倘若温度过高，染料的积聚在还未达到足够的密度时便终止。
同步封孔还阻止染料吸附的逆向过程。
因而，在高温下产生的氧化膜在封孔溶液或清水中不会有大量的色料扩散，但这种染色膜也较难退除。
采用室温温度时，这种封孔作用较微弱，意味着可以染出较深色调的染色膜，但一方面，染色时间又会较长。
优选的温度范围为55~65℃，兼顾了可获得较深色调和接受的着色时间。
②、染色时间
正常的染色时间为5~15分钟。
变化染色时间和间隔一定时间抽样检查染色效果可以使因氧化膜缺陷所造成的色调差异在一定程度上均匀化。
但染色时间不宜计算的太短，因为如果太短的话，某一特定批次的染色膜以及与批次间的染色膜就不均一。
采用混合染料时，此电尤应注意。
从颜色的耐久性考虑，把染色时间缩短到5~15分钟也不明智，即使是在染淡色时也不宜。
一般而言，低染料浓度和较长的染色时间所得的染色膜笔之高染料浓度而染色时间短的染色膜颜色耐久性会更好些。
对于不必满足严格颜色耐久性要求得着色产品，可以大幅度缩短染色时间，不过就有必要采用更高染料浓度得染色液。
但染色时间缩短到只用几秒时，许多染料会在封孔液中出现严重得色料扩散。
染色时间超过30分钟以上就不再产生什么效果。
如果过了这么长的时间仍未能达到要求的深度，则可能是有其他因素干扰（例如阳极氧化膜过薄、染料浓度过低或可能是染色液受亲质所污染等）。
③、pH值
染色的最佳pH值通常为5~6。
相当多的染料要求pH4~5以便积聚到微细孔内并达到令人满意效果。
一般而言，随着pH值降低，阳极氧化膜的吸附能力提高。
这是因为较高的氢离子浓度提供较大面积的带正电荷的表面，使带负电荷的阴离子染料被吸引和吸附到这样的表面上去。
不过，pH值有允许的下限，因为pH值低于4时氧化膜会部分溶解。
即使pH值在4以上时也有微量的铝溶解，形成沉淀物或使染料部分地失去活性。
此外，某些品种地染料在这样低地pH值下会出现化学不稳定，或由于溶解度地降低而沉淀。
④、染料浓度
必须选择好染料浓度，使之在工艺条件（pH值、时间、温度）下能获得指定地深度，选择这些工作条件时应以铝材能在绝对的染料浓度下染上色为标准。
实用的染料浓度范围最高至5g/l。
但若染黑色时，则必须显著的大些。
高染料浓度的染色液表现出较好的稳定性。
根据吸附原理，在一定的工作条件下，染料在阳极氧化膜上的吸附量随可提供的染料量增大而增大。
不过，这一规律只在氧化膜本身的吸附能力未竭尽时适用。
吸附能力竭尽时，再增大浓度也不会使染色产生再深的色调。
相反，由于染料和无色亲质对吸附点的竞争，有时还会观察到深度减弱的现象。
在较厚的氧化膜上，可以用明显较少量的染料染出同等色调的染色膜。
在固定染料浓度的条件下，在厚氧化膜上获得的染色色调比在标准氧化膜上的深。
⑤、溶解的亲质
以离子形式溶解于染色液中的亲质会影响染色过程。
这些亲质和染料争夺吸附点而导致染色强（深）度减弱。
一价酸的残余物如硝酸盐、乙酸盐和甲酸盐等不会危害染色，甚至还会起到促进作用。
氯化物是危害性的，因为它们会导致电池作用腐蚀。
多价阴离子也一样，特别是那些会形成络和物的，如磷酸盐、硅酸盐和氟酸盐等都是危害性的，只要是以极微量存在，都会完全阻止染色。
最常见于精饰液中的亲质是硫酸盐和铝，它们的破坏力中等。
染料对不同的溶解亲质有不同的敏感度。
由于没有实际可行的办法来消除这些亲质离子的干扰，因而当积累的亲质已超过某一极限时，染色液就必须更新。
为能延长染色液的使用寿命，必须尽量减少把污染物带入染色液内。
为达到这一目的，应采取如下措施：
α、染色前必须彻底清洗阳极氧化后的工件，以尽量减少带入到染色液去的硫酸盐和铝的数量；
β、染色液的pH值应保持在推荐值的范围内，以避免因pH值低而出现的氧化膜溶解所带来的污染；
γ、当染色液停止使用时，应在染色槽上加盖子，以防止吊起的工件把处理液滴入染色液而污染之；
δ、用经过选择的化学药品调整染色液，使之保持良好状态。
⑥、不溶解的亲质
不在溶液中的亲质是不会影响吸附的，但它们会妨碍染料向微细孔内扩散。
黏附在阳极氧化膜上的污物，特别是油污微粒，有防染作用，从而造成不均匀的云状染色或形成不合格染色膜。
胶体亲质渗透进微细孔内就会阻断染料的扩散。
这样，即使有足够的染料浓度和染色时间，它们仍会妨碍染料积聚，使不能染至指定的深色调。
有一点是极其重要的，就是染色液搅拌所用的压缩空气必须是无油压缩空气，才能保证溶液中没有油粒。
染色液中的其他固体污染物或沉淀物可用合适的过滤装置（例如8~15μm的细网眼滤网）清除。
Ⅵ染色液的控制和管理
决定吸附染色取得成功的因素可分为两大类：
α、氧化膜因素
阳极氧化膜的染料吸附能力对染色效果起关键作用，这一事实往往是被忽视了。
只有当单个工件、工件与工件之间、以及一批工件与另一批工件之间，它们的阳极氧化膜性能均一致时，才有可能着出均匀一致的着色膜。
关于决定阳极氧化膜均一性的因素，以有不少报道，可以认为是人所共知的。
阳极氧化膜形成上的任何变化对吸附着色的影响比之对无色阳极氧化或电解金属盐着色的影响要明显的多。
因此，前者的工艺所需的氧化膜均匀性标准也比后两工艺的要求高。
β、染色因素
相关因素有：
——温度
——时间
——染色液的pH值
——染料浓度
——染色力
对时间、温度和pH值的控制不会有多大的问题，但染料浓度的测定和染色力的测定则是更为精确的工作。
为了补偿染色力的下降，必须加入足够的染料，使浓度超过原先的起始浓度值，和/或必须对染色液作部分更新。
如果情况严重，就必须重新配置新液。
①、染色液的pH值
带有玻璃电极的电动pH计是最适合用来测量铝着色液pH值的仪器。
由于溶液本身带有颜色，所以，利用色阶的简单试纸测量方法只在有限范围内适用。
一定牌号的染料固有的pH值取决于浓度和水的硬度。
在制造时，pH值已尽量调整至规定的数值，使平均浓度的染料溶液具有适宜于着色的pH值。
若在浓度较低或用硬水时，pH值会移向7。
染料pH值大多数范围为5~6。
由于染色液的pH值不可避免地且反复不断地被硬水、带入的阳极氧化的酸、蒸汽等影响而变动，因而，较明智的办法是用一种缓冲剂来稳定这一数值。
通常应用醋酸缓冲剂来实现。
②、染料浓度的测定
下面是对两种主要方法的简述。
α、用肉眼检查染料浓度
将一用于对照的标准液与一用过的染色液按相同的比例稀释后，用肉眼检查法给予鉴定。
把较为深色的那种溶液（通常是对照用液）用水稀释至其色度与另一种溶液相符为止。
由两种溶液之体积计算出它们的浓度差别。
β、分光光度法测定染料浓度
将染色液之样液稀释后测定其吸光值，再取具有指定（标准）染料浓度之对照液以同样比率稀释后测定其吸光值，然后比较这两个吸光值，再计算生产用之染色液的实际染料浓度，单位为g/l。
此一快速、准确的测定方法已在工业上得到日益广泛的应用。
不过，测出的数值仅表达了染料总浓度而未考虑到例如硫酸铝等亲质的影响，这些亲质的存在是会危害到染料的吸附的。
因此，还必须测定槽液的实际染色力。
③、染色力的测定
此一重要的染色因素可采用肉眼检查法或用分光光度法测定。
肉眼检查法所得的只是一个近似值。
α、用肉眼检查染色力
在实验室里，用同等条件从具有原始浓度得新配染色液和从旧染色液得样液分别染色。
用肉眼比较它们得染色深度差异，从而鉴定染色液得染色能力。
β、分光光度法测定染色里
对从新配的染色液和从车间现用的染色液中染色的阳极氧化膜之吸附染料量进行比较。
两种染色液的染色条件可能是不相同的，例如，染料浓度可能是不相等的。
把两种染色膜剥离下来，用恒定的条件制备萃取溶液，然后测量不同的数值。
此两种不同数值的商数即为染色力的损失值。
由这一数值计算出相对染色力百分比，从而估算出需要添加到槽液中的染料量。
相对染色力的测量是最重要的，因为，它与浓度测定不同，这一测定值提供了现用槽液实际状态的信息。
此方法主要用于必须符合高标准的色泽耐久性规格要求的精饰产品。
Ⅶ染色液的制备、维护和使用寿命
①、水质
只要可能，均必须使用去离子水或者是硬度低的自来水或饮用水来配制染色液。
硬水对于对硫酸盐敏感的染料会有妨碍吸附的影响。
水质低劣会导致在封闭液中出现严重的色料扩散，从而染色淡化的结果。
还可能会引起沉淀及槽液浑浊。
水中含有软化剂也是不合适的。
还必须十分注意的是，水中应没有氯化物、磷酸盐、硅酸盐和铁。
适宜于用经过氯化处理消毒的水。
②、染色液的配制
取干净的槽子用纯净度符合要求的水注至最终液量的80%左右，加温至染色温度。
称取需要量的染料放到一个混料容器中，用一至二倍的热水混合，至形成滑浆状为止。
取二十倍量的水（尽量热的）边搅拌边加入到浆内，至染料已混合进溶液为止。
若是黑色的染料，则通常用5~10倍的水便足够。
取几滴溶液滴落在滤纸上实验，必须是在纸上没发现有残余物时才行。
必要时可加热至沸腾以帮助其溶解。
如果混合容器太小，其容量未足以满足全槽溶液的量，则可分批量配制。
启动搅拌机器，然后把混妥的溶液倾注入槽的水中，注入时要让溶液先经过一个细网眼的网式过滤器，以便把未溶解的微粒隔滤住。
槽液应继续搅拌15分钟至完全均匀为止。
如果采用pH缓冲剂，则必须在染色液量未达到最高液位之前加入。
最后测试pH值，必要时作调整，然后将槽液升温至染色温度。
有些染料在上述给生产槽推荐量的水中是未能完全溶解的。
对这些染料，先照样加入水槽中，先使其悬浮状态变得分布均匀，然后加热至溶解。
并取样测试溶液得最终状态。
根据经验，新鲜配制的槽液未经过一段时间是未能显露出它确定的性能的。
所以，明智的做法是在未开始染色前的几个小时就要配制槽液。
把槽液温度维持在接近沸腾的温度会有助于缩短这一段等待期。
③、添加染料调较染色力的方法
由于通常是在固定槽的方法来给铝品着色，因而除对时间、温度、pH值的控制以外，对染料浓度及染色能力，亦即染色液的状态的控制更是绝对必要的。
随着越来越多的染料吸附在氧化膜上，染料浓度会逐渐下降；
按照浓度测试结果说明的必需量加入染料可补偿这种效能的下降。
但是，与此同时，由于带入妨碍染色的亲质以及阳极氧化液带来的铝和硫酸盐都会妨碍染料吸附到所要求的深度，尽管添加染料到原始的浓度，留存在溶液中的染料的染色力还是下降了的。
倘若这种染色力下降到明显程度，就需要提高浓度至超过原始浓度来纠正。
由于“染色力”这一术语的定义包括染料浓度和吸附能力，为增强作用而添加的染料的添加量就可以通过测定这一性能来估算。
在日常生产中十分需要有对染色力的实验测定，一般可采用下述方法：
如果当前染色的一批产品的色调深度比标准低，则应测试氧化膜的特性（特别是厚度）以及染色参数。
如果未发现有相对于标准的偏差，则故障在于染色力下降。
由于15~20分钟的染色时间未能达到稳定染色，所以深度不足的缺陷或许可以通过延长染色时间而在一定程度上得到补救。
倘仍未能获得合格的深度，可凭经验值计算，分次小量地加入染料至槽液中至获得所需深度为止。
如果为增强需要添加的染料量超过原始浓度的50%，或者没法达到标准的染色深度，则染色液必须部分更新或全部更换。
]
④、部分更新染色液以调整染色力的办法
由于有亲质不可避免，又没有实际可行的消除办法，经过一段时间后，染色力损失便不再可能补救。
至于这段时间的长短，则视染色工艺情况而定。
当遇到这样的情形时，就要把槽液倒掉并置换新配液。
和阳极氧化液的维护一样，定期地部分更新染色液也可以延长染色液的使用寿命。
做法是在一定间隔的时间后一定量的槽液排放掉，并换入新液，计算新液时应包括流出时带走的染料量。
这样便定期地消除了部分亲质，染色液可以在较长时期内保持稳定生产均匀的着色膜。
染色液部分更新的频率和更新的程度必须以此前的经验所得数据为依据。
比如说，如果染色液预期在没有部分更新的情况下使用寿命为12个月，则可以应用的经验方法是，在铝品产量恒定的情况下，在这一时期内，每个月更换十二份之一体积的槽液，染色液便可以稳定。
⑤、pH值的调整
下列药剂最适宜用来调整pH值：
酸：
醋酸：
适用于各种pH范围，特别是弱酸的范围
甲酸：
特别适用于pH4~5的范围
碱：
氢氧化钠
氨水
这些药剂应以稀释状态加入槽内：
醋酸和甲酸稀释成1：
50以上
硫酸、氢氧化钠、氨水最多稀释至1：
20
草酸在热水中稀释至1：
5左右
染色液的pH值必须每天测定。
如果手头没有pH计，又或者意图以较长的间隔期测试和管理pH值，就必须用缓冲剂来稳定pH值。
⑥、染色液的更换
一般染料均能在一个较长时期内保持良好使用状态，但是，它们仍需不时地进行局部更新，有时还必须全部更换。
这里不可能就时间间隔期或全槽液的更换作出任何一般性的建议，因为具体的视精饰工艺的条件而定。
⑦、染色液的维护和维持时间
只要认真维持，染色液均能保持较长时间，下列因素是极其重要的：
α、用耐化学性的材料制造染色液槽；
β、槽子要配备盖子，当槽液停止时盖上；
γ、采取措施以避免抑制染料吸附的污染物引入槽内。
特别是在阳极氧化了的工件上的铝盐。
δ、保持适当的pH值，即使染色液停用时亦应如此；
ε、防止染料液张出霉菌，应从液面将它们撇去，并加入少量有杀菌能力的药物。
这类药物可例举的有双氯酚等，可溶解在酒精或氢氧化钠溶液中加入。
ζ、使用符合质量的水配制染色液。
⑧、废水处
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