大连万程铝业有限公司

 

电解着色法能够提高铝型材产品的装饰性能，可自由地获得各种色调，在铝型材表面处理领域应用广泛。

 

镍盐电解着色法是在一定的电流电压下，使镍离子在氧化膜微孔内的阻挡层表面上进行电化学还原反应，沉积在氧化膜孔的底部，使铝材表面呈现出颜色的一种着色方法。它沉积速度缓慢、着色稳定，尤其在进行浅色调着色上具有极大的优势，能够实现自动化生产，且可以进行镍回收、节约成本。目前，镍盐着色法应用已经极为广泛[1]。

 

镍盐电解着黑色工艺中易出现端头发黄、白点以及在生产过程中容易出现不够黑或不上色等现象。为此本文通过正确检测硫酸镍、硼酸的浓度来维护着色槽的正常运作，并对镍着色出现的问题进行了分析。

 

 

2 实验

 

2.1 实验工艺

 

工业上一般采用如图1的生产工艺流程，文中的试验和分析均按此工艺进行。

 

铝合金阳极氧化电解着色生产工艺流程

 

图1 铝合金阳极氧化电解着色生产工艺流程

 

2.2 镍着色工艺条件

 

（1）配方：硫酸镍 150±5g/l

 

硼酸 45±3g/l 

 

温度 25±3℃

 

pH 4.1±3

 

（2）采用日本住化法的一种直流Ni盐着色工艺，其电源波形如图2所示的波形。

 

铝合金阳极氧化电解着色标准波形图

 

图2 铝合金阳极氧化电解着色标准波形图

 

2.3 硫酸镍、硼酸的分析测定

 

2.3.1 硫酸镍的分析计算[2]

 

（1）需用试剂：

 

氟化钾；

 

紫脲酸胺指示剂；

 

氨－氯化铵缓冲液（pH＝10）；

 

EDTA标准溶液（约0.05mol/L）；

 

氢氧化钠标准溶液（约0.01mol/L）；

 

甘油（丙三醇）混合液（60g柠檬酸钠溶于500mL水中，2g酚酞溶于少量乙醇，合并两液，加入60mL甘油，用水稀释至1000mL）。

 

（2）分析步骤：

 

移取2mL槽液于250ml锥形瓶中，加入1g氟化钾，摇晃使其溶解，加80mL纯水，溶液呈浑浊。加入10mL氨－氯化铵缓冲液（pH=10）及约0.1g紫脲酸胺指示剂。用经标定的约c（EDTA）＝0.05mol/L的EDTA标准溶液滴定至试液由黄色变为紫红色即为终点，读取消耗EDTA标准溶液的体积（V1）。

 

（3）硫酸镍含量可按以下公式计算：

 

硫酸镍浓度（g/l）＝14.03×V1×c（EDTA）（g/L）

 

式中，c（EDTA）为EDTA标准溶液的物质的量的浓度。

 

2.3.2 硼酸的分析计算[3]

 

硼酸含量分析步骤：

 

（1）取槽液25ml，置于烧杯内，加蒸馏水100ml，混匀；

 

（2）加甲基红指示剂1～2滴，用0.1N的氢氧化钠标准溶液中和至红色消失；

 

（3）加入少量滤纸浆，混匀，加热至沸腾，温热1h后，稀释到250ml；

 

（4）用3～5张定量滤纸和干漏过滤于烧杯内，并取滤液50ml，置于500ml的滴定烧杯内，滴加0.1N的氢氧化钠溶液2滴，使pH约为10；

 

（5）蒸干除氨后，加蒸溜水100ml，加热至沸腾，取下，冷却后加入1滴甲基红指示剂；

 

（6）用0.1N的硫酸标准溶液滴定到呈红色，再用0.1N的氢氧化钠标准溶液滴定到出现黄色。此时为滴定起点；

 

（7）向溶液中添加甘油10ml或甘露醇1g，酚酞指示剂2ml；

 

（8）以0.1N的氢氧化钠标准溶液滴定到粉红色，加甘油10ml或甘露醇0.5g。若红色退除，继续滴定到出现红色，直至加甘油不退色为止。

 

（9）空白试验时，取蒸馏水100ml、甘油20ml，其他操作与上述相同。

 

硼酸含量可按以下公式计算：

 

硼酸（g/l）＝NV×0.0618/C×1000

 

式中：N－氢氧化钠标准溶液浓度/N；

 

      V－滴定耗用的氢氧化钠标准溶液/ml；

 

      C－试液量/ml。

 

3 着色槽的维护

 

3.1 成分的维护

 

根据铝合金阳极氧化生产工艺(如图1)，在生产一定量的铝材后，要对镍着色槽液进行分析。镍着色槽液的硫酸镍浓度高达140～150g/L，硼酸则维持在38～44 g/L之间。然而生产过程中我们必须每天检测槽液成分的浓度，一旦不在正常范围内，即使生产正常也要及时补充硫酸镍或硼酸，否则大量生产黑料时，容易使产品着色出现质量问题。

 

只有将槽液成分的浓度长期维持在正常的范围内进行生产，才能更好地维护好槽液，生产出质量优良的铝材产品。

 

3.2 槽液温度的控制

 

温度对着色速度的影响很大[4]，在一定范围内升高温度会加快着色速度，温度过高或过低都会造成着色不均匀，甚至着不上色。另外，温度偏高，着色膜孔隙多，孔径大，粗糙；过高的温度还有可能导致着色膜破裂、剥落[5]。

 

3.3 槽液杂质离子和pH的控制[2]

 

槽液的管理通过设备实现，采用离子交换（IR）和吸附技术除去钠、钾、铁和铝等杂质，并将操作过程中下降的pH值调节到正常值。采用反渗透（RO）技术处理清洗水回收Ni，既降低硫酸镍的消耗又减少环境污染。表1所列该工艺要求各种杂质的容许值：

 

表1.直流镍盐着色的杂质容许值

单位：ug.g-1

铝离子	钠离子	钾离子	铵离子	铜离子	氯离子
﹤100	6~10	﹤100	﹤150	﹤20	﹤300

 

4 电解

 

4 电解着黑色常见故障及解决方法

 

4.1 型材端头发黄现象

4.1.1 型材上架质量的影响

 

在型材上架的过程中，如果导电杆与型材之间有杂物、导电杆打磨不干净，紧固不好，或者型材上架的位置不当，在氧化的过程中，会造成电击现象或端头屏蔽效应，因着色时间比较长，着色后端头发黄。

 

解决办法：导电杆必须用打磨机或钢丝刷打磨干净、无杂物，然后紧固良好；型材接触面大的一面靠导电杆；中和后，氧化前，必须将型材与导电杆紧固。

 

4.1.2 氧化过程的影响

 

氧化过程中，电流密度过高，会造成型材发热，尤其在端头，容易引起电击，肉眼难以分辨，着色后，着黑色时间长，会出现型材端头发黄现象。

 

解决办法：尽量采用低电流密度。一般控制在Ja为120～140 A/m2。

 

4.2 着色后白点

 

4.2.1 产生原因

 

（1）碱抽风机设备出现故障，导致碱雾附在型材表面，随着膜剥离产生斑点状未着色部分。

 

（2）氧化后，清洗不干净，表面留有残液。

 

（3）着色槽内含有不溶性杂质。

 

4.2.2 解决方法

 

(1) 定期检查和保养碱抽风装置，保证碱抽风机正常运行；

 

(2)保证氧化后水洗的水质及PH在工艺范围之内，补充用水量，清洗零件表面除去灰尘。

 

(3) 对着色液进行过滤，并定期地进行离子交换（IR）和吸附技术除去钠、钾、铁和铝等杂质。

 

4.3 着色色差及不够黑现象

 

4.3.1 氧化后水洗的影响

 

氧化后没有清洗干净膜孔中残存的硫酸，导致颜色不稳定、上色困难。

 

解决办法：严格控制氧化后三道水洗的水洗时间；保证三道水洗的水质及pH；加大纯水洗的水流循环量。

 

另外，水洗完后，型材在空气中停留的时间不能过长，要将其马上放进着色槽着色。如未能马上进入着色槽，应浸泡在洁净的纯水中，避免被空气中的氧气氧化。

 

4.3.2 着色槽液pH的影响

 

稳定剂的主要成分为硼酸，它对着色液有缓冲、促进作用。槽液pH低，着色速度慢，如pH<3时，负通电过程全部转成析氢反应，无金属电沉积层，而使型材不能着色；如果槽液pH太高，负通电过程中阳极氧化膜界面的pH值迅速升高，会有绿色的氢氧化镍沉淀析出，进而堵塞膜孔，阻止金属离子进入膜孔。

 

解决办法：当槽液pH过低时，要及时开启精制设备，利用离子交换（IR－A）提高pH；当槽液pH过高时，要加入试剂硫酸调整。

 

5 结束语

 

铝型材在现代建筑装饰业中应用甚广。通过阳极氧化和电解着色处理，铝型材表面可获得多种颜色的美丽外观，具有极强的装饰性能。根据铝合金镍着色槽工艺条件，对镍着色槽的槽液进行维护，提出了生产中单镍着色槽电解着黑色时常见故障和解决方法。镍着色槽的维护对铝材的生产质量有很重要的影响，如何更好地维护好镍着色槽的槽液是众多生产厂家要关注的问题，所以我们认为对镍着色槽的槽液进行维护首先要有一整套的、准确的槽液检测方法，尤其是对槽液杂质离子的控制以及氧化后三道水洗槽水质及pH的控制；其次是对槽液浓度及pH的控制。

 

此外，在长期生产黑料的前提下，并保持黑料的稳定性，还需靠平时经验的积累和在生产实践中不断探索，以及着色槽液中常出现的故障现象、原因和处理方法都要有所熟悉，这样才能维护好着色槽的正常工作。