鋁件黑色處理新工藝.doc

鋁件黑色處理新工藝孫春文 唐致遠 郭鶴桐王曉娟【摘要】本文通過大量實驗研究了一種新型鋁及其合金陽極氧化的無機著黑色處理工藝，分析了發(fā)黑處理的原理和發(fā)黑處理液濃度對膜層性能的影響，并得出了最佳的工藝參數(shù)。同時還測試了膜層的抗潮濕、抗腐蝕等性能。關鍵詞鋁及其合金陽極氧化無機著黑色New Technology of Aluminum BlackeningTianjin UniversitySun Chunwen Tang Zhiyuan Guo HetongYanxing Machinery Factory of Hebei Province Wang Xiaojuan Abstract：Through a lot of experiments,a new technique of anodizing and inorganic black coloring of aluminum and aluminum alloysis investigated. The principle of aluminum blackening and the influence of various operating parameters on the properties of the coating are discussed. The optimum operating parameters are obtained and the coating properties of resisting humidity and corrosion are tested.Keywords：aluminum and aluminum alloys, anodizing, inorganic black coloring鋁及其合金具有密度小、質量輕、強度高、耐腐蝕、易加工成型等優(yōu)良性能，作為型材已廣泛應用于許多產業(yè)部門及人們的日常生活中，隨著科學技術的進步，近年來逐步向汽車工業(yè)、宇航、海洋應用等方面拓展1。特別是鋁件經黑色處理后，既提高了鋁件的防蝕性能，又提高了裝飾性，同時還具有高的太陽光吸收和紅外輻射能力，廣泛應用于航空航天、建筑、照相機、光學儀器等工業(yè)領域中。因為鋁的標準電位為-1.66V，屬于活潑金屬，不論鍍黑鎳、鍍黑鉻，還是鍍鋅黑色鈍化都比較困難，而且成本高2。傳統(tǒng)的鋁件黑色處理主要有：1)陽極氧化-電解著色；2)陽極氧化-染黑；3)陽極氧化-噴漆；4)陽極氧化-電泳黑漆等。鋁及其合金氧化后染色的染料一般采用有機染料，黑色染色一般采用酸性蘭黑(B)染料或酸性ATT。本文介紹一種鋁件氧化無機著黑色工藝。工藝流程與規(guī)范試驗用材料為A00工業(yè)純鋁，1100、2024、6061型鋁合金；試片尺寸為80mm50mm。試驗試劑純度為分析純，用去離子水配制溶液。1. 試驗工藝流程有機溶劑除油熱水洗冷水洗堿洗去油熱水洗冷水洗中和出光冷水洗陽極氧化冷水洗著黑色封閉空氣干燥。2. 工藝規(guī)范1)有機溶劑除油在丙酮或汽油中除油35min。2)堿洗去油在氫氧化鈉100gL、氟化鈉20gL、聚磷酸鈉2gL、十二烷基硫酸鈉2gL溶液中除油35min，溶液溫度為5060。3)中和出光純鋁和2024型鋁合金在硝酸400500mLL溶液，處理23min；1100和6061型鋁合金在硫酸(d=1.84gcm3)100mLL、氫氟酸(30wt%)16mLL、硝酸(69wt%)25mLL溶液中處理23min。4)陽極氧化硫酸(d=1.84gcm3)90mLL溶液，2125，DA=1.6Adm2，1520V，3060min，用磁力攪拌器進行攪拌。5)著黑色第一步，把試片浸入有輕微攪拌的含乙酸鈷Co(CH3COO)2) 150300gL溶液中浸漬15min，然后取出水洗干凈。第二步，把試片浸入含量為2040gL(NH4)2S溶液中浸10min，然后取出水洗干凈。說明：可根據(jù)欲獲得的色調來重復上面著色工步，以加深膜層色澤。6)封孔在溫度97的熱去離子水中浸1520min，pH值為6.57.0。結果和討論1. 無機發(fā)黑原理探討通過陽極氧化在鋁件表面形成了一層多孔的氧化膜。此無機著色工藝是通過化學浸漬過程，使黑色的金屬硫化物沉積在膜孔中。在著色的第一步，乙酸鈷溶液被吸附在多孔膜中，當此膜再浸入(NH4)2S溶液中時，經過如下化學反應：Co(CH3COO)2+(NH4)2SCoS+2CH3COONH4CoS沉積在膜孔中。由于CoS粒子尺寸足夠大，限制了它的外移，所以CoS即保留在膜孔中，然后再通過隨后的工步封孔，黑色的CoS粒子即被牢固地封入膜孔內3。2. 無機著色溶液濃度對膜著色的影響在陽極氧化最佳工藝條件下獲得氧化膜厚度為25m。無機著色溶液濃度范圍較寬，經過試驗獲得最佳濃度范圍為：Co(CH3COO)2 150300gL、(NH4)2S 2040gL。較低濃度下著色必須加長時間或多次重復著色，而過高濃度下著色均勻性很差。膜的穩(wěn)定性能測試1. 抗潮濕試驗將試樣置于恒溫控制的潮濕箱中，在60下相對濕度保持950.5%，48h后檢查膜層表面狀態(tài)，未發(fā)現(xiàn)變色現(xiàn)象。2. 抗腐蝕試驗將試樣浸入3%NaCl水溶液(pH=7)中，浸漬48h后檢查膜層，未發(fā)現(xiàn)脫色、腐蝕點、坑等現(xiàn)象。3. 耐高溫試驗將試樣放入烘箱中，溫度為80，半個月后檢查膜層未見有褪色現(xiàn)象。結論1. 通過在硫酸電解液中陽極氧化生成255m厚的氧化膜，再經隨后的浸漬150300gL乙酸鈷和2040gL(NH4)2S兩步著色處理，獲得了黑色的鋁或鋁合金氧化膜。2. 該處理方法獲得的膜層黑色色澤不會因基材型號不同而明顯變化。3. 膜層化學穩(wěn)定性好，耐腐蝕性好。4. 該黑色處理克服了交流電解著色、有機染料染色或噴漆處理等工藝的缺點，是一個操作簡單、經濟、無污染的工藝，值得推廣應用。作者單位：孫春文唐致遠郭鶴桐天津大學 (300072)