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《電鍍與環(huán)保雜志》2016年第4期
摘要：
介紹了電解著色的方法與機制，闡述了電解著色過程中常見的問題及相應(yīng)的解決方法，并對鋁合金電解著色產(chǎn)業(yè)的前景做了展望。
關(guān)鍵詞：
鋁合金；電解著色；陶瓷層
0前言
鋁及其合金因具有優(yōu)異的理化性能而成為目前工業(yè)中使用量僅次于鋼鐵的第二大類金屬材料［1－2］。但鋁合金存在顏色單一、耐磨性差、容易被腐蝕等缺點。著色處理可以改善鋁合金的耐蝕性，并提高其裝飾效果。目前國內(nèi)外廣泛應(yīng)用的陽極氧化技術(shù)有硫酸陽極氧化、鉻酸陽極氧化、草酸陽極氧化、瓷質(zhì)陽極氧化和硬質(zhì)陽極氧化等［3］。陽極氧化能在鋁合金表面形成厚且致密的氧化膜，再通過改變交流著色溶液的配方及工藝條件，使鋁合金著上美麗的顏色。
1鋁合金電解著色工藝流程
鋁合金→機械拋光→堿洗→陽極氧化→電解著色→水洗→干燥
2鋁合金電解著色方法
鋁合金電解著色的常用方法有一步電解著色法、兩步電解著色法及三次多色電解著色法等。
（1）一步電解著色法
目前一步電解著色法應(yīng)用最廣的有卡爾考拉法、鉻酸法及雷諾法等［4］。曠亞非等［5］發(fā)明了一套鋁合金電解著色機制，可在鋁合金表面獲得一層耐磨損、耐腐蝕、極富裝飾性的類陶瓷膜層［6－10］。
（2）兩步電解著色法
與一步電解著色法相比，兩步電解著色法可顯著提高膜層的耐光性、耐磨性、耐熱性、抗化學(xué)腐蝕性及色彩性，從而擴大鋁合金的應(yīng)用范圍。肖友軍［11］為提高電解著色液的穩(wěn)定性和著色效果，研制了一種復(fù)合穩(wěn)定劑，并分析了其作用機制。該方法具有成本低、著色快、著色效果好等優(yōu)點。
（3）三次多色電解著色法
三次多色電解著色法很早就已開始研究［12］。三次多色電解著色法是在二次電解著色法的基礎(chǔ)上開發(fā)得到的一種全新的材料表面處理方法。該方法是利用光的干涉原理來改變材料表面的顏色，即在電解著色處理前增加一道磷酸陽極氧化擴孔工序，以此來改變氧化膜的結(jié)構(gòu)和幾何尺寸，從而改變光的反射路徑，使鋁合金表面的顏色由青銅色系列調(diào)變?yōu)辄S色、金黃色、橙色等多種鮮艷色調(diào)［13］。張志強［14］通過添加適量添加劑使材料表面著上明顯的顏色。
新型鋁合金著色技術(shù)主要包括電泳技術(shù)、粉末靜電噴涂技術(shù)、微弧氧化技術(shù)等［15］。
（1）電泳技術(shù)
電泳是采用電鍍原理，通過電流的控制使水溶液中離子化的涂料樹脂在電極上不斷析出，從而形成不溶性涂層的新工藝。周建軍等［16］采用直流疊加脈沖電源對含銅的高硅鑄造鋁合金進行了陽極氧化，并研究了脈沖電流幅度對膜層性能的影響。通過不斷提高脈沖電流幅度可以顯著提高膜層的綜合性能。鞏運蘭等［17］在鉻酸體系中采用高電壓陽極氧化工藝得到了孔徑極不規(guī)整的多孔膜。王賢等［18］提出了寬溫快速陽極氧化工藝，即在硫酸溶液中不斷加入合適的添加劑，使溶液中鋁離子的質(zhì)量濃度明顯提高，延長了氧化液的壽命。DimogerontakisT等［19］研究了幾種添加劑對磷酸體系中純鋁氧化膜性能的影響。通過添加磺化三苯甲烷及其同分異構(gòu)體，可以制得淡綠色和亮藍(lán)色的氧化膜。
（2）粉末靜電噴涂技術(shù)
粉末靜電噴涂技術(shù)是利用高壓靜電電暈電場的原理，在高壓靜電和壓縮空氣的作用下，使通過噴槍頭上金屬導(dǎo)流環(huán)的粉末涂料到達(dá)工件并均勻地吸附在工件表面，經(jīng)加熱，粉末熔融固化，形成均勻連續(xù)的涂層。
（3）微弧氧化技術(shù)
微弧氧化技術(shù)是近年來發(fā)展起來的一種全新的材料表面處理技術(shù)［20］。戴磊等［21］在含有鉬酸鹽的電解液中，采用陽極火花氧化技術(shù)，在鋁表面獲得一層光滑、致密、色澤美觀的復(fù)合轉(zhuǎn)化膜，且該膜層具有優(yōu)異的耐酸、耐堿性能。徐存榮等［22］在硫酸和草酸的復(fù)合體系中，采用不對稱正負(fù)脈沖電壓，對LF21鋁合金進行硬質(zhì)陽極氧化。與直流或直流疊加脈沖陽極氧化相比，采用不對稱脈沖電源氧化具有成膜速率快、電解溫度范圍寬、能耗低等優(yōu)點。
3電解著色色調(diào)的影響因素
電解著色膜的顯色機制不同于染色膜的。染色膜的顯色機制是利用膜層對光的吸收從而顯色；而電解著色膜的顯色機制則是通過電解著色膜中的沉積物所具有的金屬特征顯示出色調(diào)。電解著色膜顯色的影響因素主要是在膜層中沉積的金屬離子的粒徑大小與粒徑的分布情況等。對于不同的金屬鹽電解體系而言，由于電解液體系中所含的金屬離子不同，不同金屬離子所具有的不同特性導(dǎo)致對入射光的散射程度不同，從而導(dǎo)致電解著色膜所反映出的色調(diào)也不盡相同。另外，由于在電解著色膜的微孔結(jié)構(gòu)中所沉積的金屬離子的數(shù)量也是有差異的，所以隨著金屬離子沉積數(shù)量的增加，電解著色膜也會呈現(xiàn)出明顯的顏色深淺區(qū)別。
4電解著色的機制
鋁合金電解著色是將電解著色液中的金屬離子通過化學(xué)反應(yīng)沉積在電解著色膜的微孔中。具體可分為三個步驟：
（1）金屬離子向電解著色膜的定向移動；
（2）金屬離子在電解著色膜／著色液界面獲得電子，氫離子穿入阻擋層，在基體／電解著色膜界面獲得電子；
（3）析出金屬和生成氫氣。
5電解著色過程中的問題及解決方案
（1）材料著色后易褪色
電解液體系中的成分改變，導(dǎo)致電解著色后沉積在膜層中的少部分金屬離子溶解，從而使得電解著色膜發(fā)生褪色。應(yīng)對電解著色液體系內(nèi)的成分進行部分稀釋，使得電解著色液體系中各物質(zhì)組成盡量不發(fā)生變化。
（2）型材著色不均勻型材著色不均勻
大多是由于對材料進行著色時掛件的牢固程度沒達(dá)到要求所致。電解著色膜屬于非導(dǎo)體材料。在電解著色過程中，如果材料與導(dǎo)電杠發(fā)生錯位，會使導(dǎo)電點部分偏移，造成導(dǎo)電不良，從而使得著色不深。如果發(fā)生的錯位相當(dāng)嚴(yán)重，則會導(dǎo)致著不上色。
（3）材料電解著色后膜層出現(xiàn)花瓣狀
這是由于前期對材料的預(yù)處理不徹底導(dǎo)致的。這就需要嚴(yán)格對材料進行預(yù)處理，并且認(rèn)真仔細(xì)地進行，特別是除油、打磨的過程。
6展望
鋁合金電解著色技術(shù)越來越被重視。對鋁合金電解著色工藝的研究，是獲得滿足工業(yè)要求的著色膜的前提。
參考文獻(xiàn)：
［1］王艷芝．鋁及鋁合金陽極氧化膜著色技術(shù)研究進展［J］．電鍍與精飾，2001，23（3）：20－22．
［2］袁凌云．鋁合金電解著色技術(shù)的進展［J］．沈陽大學(xué)學(xué)報：社會科學(xué)版，2004，6（3）：125－128．
［3］韓春華，葛祥榮，王太智，等．簡明表面處理手冊［M］．北京：機械工業(yè)出版社，1999．
［4］曾華梁，吳仲達(dá)，秦月文，等．電鍍工藝手冊［M］．北京：機械工業(yè)出版社，1994．
［5］曠亞非，張平，羅鵬，等．鋁陽極氧化著色工藝的研究［J］．電鍍與環(huán)保，2006，26（2）：29－32．
［6］侯朝輝，曠亞非，劉建平．鋁表面無機非金屬膜層的陽極沉積［J］．電鍍與環(huán)保，2000，20（3）：32—34.
作者:郭劍邵 忠財 單位:沈陽理工大學(xué)