電泳紫銅色鋁型材臨盆 工藝質(zhì)量的研究-退色 問題與氧化膜處置懲罰

　　1．實驗 材料與著色后道電泳工藝

　　實驗 用鋁型材為國內(nèi)建筑門窗經(jīng)常使用 的6063鋁合金（化學(xué)成分 見表1）

表1　6063鋁合金的化學(xué)成分

　　紫銅色電解著色后的電泳工藝，是采取 國內(nèi)當(dāng)前建筑鋁型材普遍 使用的丙烯酸陽極電泳涂料，具體 工藝前提 見表2。

表2　丙烯酸陽極電泳工藝

　　2．紫銅色電解著色機理和工藝

　　據(jù)資料報導(dǎo) ，早在1960年，日本就有行使 硫酸銅與硫酸組成的電解溶液進行紫銅色電解著色的先例，典型臨盆 工藝見表3：

表3　日本銅鹽電解著色典型臨盆 工藝［1］

紫銅色電解著色凡是采取 交換 正弦波型著色電源，在電解著色進程 中，發(fā)生以下 電極反映：

　　在交換 正半周：4OH- - 4e = 2H2O + O2 ↑ （1）

　　在交換 負半周：Cu2+ + 2e = Cu （2）

　　2H+ + 2e = H2↑ （3）

　　電極反映（3）稱析氫反映，首要 發(fā)生在著色升壓早期 ，鋁外觀取得 的紫銅色是靠電極反映（2）取得 。一般來講 ，紫銅色電解著色的著色主鹽是硫酸銅，與其他金屬鹽的電解著色進程 一樣，電解著色槽液內(nèi)的銅離子以單質(zhì)銅或銅的氧化物情勢 沉積于作為陰極的鋁陽極氧化膜的微孔中。

　　紫銅色銅鹽電解著色的長處 有：以硫酸銅為主鹽的紫銅色著色槽液不亂 性好，無需添加氧化類或還原類物資 ，因此 不存在本身 消費 問題，配制槽液、槽液中藥品補加及在臨盆 進程 中都可以隨便 用清潔 的空氣對槽液進行攪拌；對外來雜質(zhì)也對照 不敏感，槽液抗污染能力強；槽液組成對照 簡單，廢水處置懲罰 容易。但遺憾存在以下 諸多弱點：

　　①槽液分離能力差，稀奇對年夜 規(guī)格鋁材著色，斷面上幾個分歧 著色面因極間距分歧 ，著色后容易泛起 面與面間的色差，需到場 一些導(dǎo)電鹽來改良 ；

　?、趯?dǎo)電接觸要求高。如綁料稍有松動，或其他部位導(dǎo)電接觸不良，就會泛起 色差；

　　③由于銅鹽電解著色在膜孔內(nèi)所沉積的銅不像鎳和錫那樣老是 在孔底，有時卻趨于在陽極氧化膜的孔口［2］，由此容易造成后道水洗退色 現(xiàn)象，封孔類紫銅色鋁材也因耐候性和耐蝕性差而不克不及 用作室外建材；

　?、茉诤蟮离娪具M程 中，膜孔內(nèi)所沉積的銅很容易消融 而退色 ，電泳前需對紫銅色進行庇護處置懲罰 。但經(jīng)庇護處置懲罰 后的紫銅色氧化膜，因熱塑性進一步下降 ，在電泳烘烤進程 中又更容易激發(fā) 膜裂現(xiàn)象；

　　⑤在電泳烘烤過進程 中，容易泛起 退色 與膜裂，需恰當(dāng) 減緩升溫速度和下降 烘烤溫度；

　?、扌屡渥香~色著色槽液與使用一段時候 后的老槽液，所取得 的色調(diào)會存在較年夜 差別 。一般來講 ，在每立方米紫銅色著色槽液臨盆 紫銅色電泳鋁型材產(chǎn)量達3～5噸閣下 后，紫銅色的色調(diào)才趨于不亂 ；

　?、邔︿X基材的金相組織要求高。一旦鋁基材內(nèi)存在粗晶組織，那末 所臨盆 的紫銅色電泳產(chǎn)物 所泛起 的粗晶現(xiàn)象，要比臨盆 其他色彩 的電泳產(chǎn)物 更加 顯著。是以 在擠壓臨盆 鋁基材時需嚴(yán)厲 節(jié)制 好擠壓的出口溫度，通常是 500～540℃，并節(jié)制 好后道淬火與時效的熱處置懲罰 工藝，陽極氧化前處置懲罰 宜盡可能 縮短堿洗時候 ，最好是純真 采取 “三合一”酸洗工藝（行將 陽極氧化前處置懲罰 的除油、堿洗和出光三道工序合成一道工序）。

　　3．引發(fā) 紫銅色退色 的本源 及避免 辦法

　　為了使富貴的紫銅色鋁型材能合用 于建筑門窗，鑒戒 用高錳酸鉀電解著色取得 的金黃色，在顛末電泳處置懲罰 后其金黃色的耐候性年夜 年夜 提高的成功經(jīng)驗，前幾年人們不竭尋覓 對紫銅色鋁型材亦采取 電泳處置懲罰 的適合 工藝。但遺憾發(fā)現(xiàn)紫銅色比用高錳酸鉀電解著色取得 的金黃色更難采取 電泳處置懲罰 ，緣由 在于由氧化膜孔內(nèi)沉積銅取得 的紫銅色，在電泳處置懲罰 時很容易發(fā)生陽極消融 （見以下 反映式），從而造成紫銅色完全退色 現(xiàn)象。

　　Cu–2e = Cu2+ （4）

　　對若何 解決紫銅色退色 問題人們已進行了多年的研究。Sato T，Kaminaga K等人［4］注釋 錫鹽著色膜比鎳鹽著色膜較容易退色 （即錫比鎳容易發(fā)生陽極消融 ）現(xiàn)象，認為是錫鹽著色進程 對陽極氧化膜反對 層的毀傷 較為嚴(yán)重，使帶負電荷的電子（e）較容易穿越反對 層（見圖1B），從而容易發(fā)生電極反映（4）。是以 我們曾假定 在銅鹽電解著色進程 中，之所以泛起 退色 嚴(yán)重，是由于 銅鹽著色時對陽極氧化膜反對 層的毀傷 嚴(yán)重而至 ，從而尋覓 減輕反對 層毀傷 的紫銅色電解著色工藝，但實驗 后果均以掉 敗了結(jié) 。而對照 鎳、錫和銅三種金屬的尺度 電極電位值（見表4），會得出相反的的結(jié)論，明顯 ，陽極氧化膜孔內(nèi)沉積的鎳、錫和銅順次 在電泳時越容易發(fā)生陽極消融 問題，不克不及 純真 用它們的尺度 電極電位值年夜 小來注釋 。加上 銅鹽電解著色在陽極氧化膜孔內(nèi)所沉積的銅不像鎳和錫那樣老是 在孔底，有時卻趨于在陽極氧化膜的孔口，是以 ，紫銅色電泳退色 問題應(yīng)當(dāng) 觸及 一些特別、復(fù)雜的電化學(xué)現(xiàn)象。

　　　　　（A）金屬離子陰極沉積　　　　　　　　　　　?。˙）金屬原子陽極消融

圖1　金屬離子沉積與金屬原子消融 示意圖

表4　鎳、錫和銅三種金屬的電極反映和尺度 電極電位值

為了使電解著色取得 的紫銅色在后道電泳和烘烤進程 中不退色 或少退色 ，也可對沉積于氧化膜內(nèi)的銅進行恰當(dāng) 庇護辦法 ，以禁止其容易發(fā)生陽極消融 。以下 幾種庇護辦法 能有用 避免 紫銅色退色 ：

　　①對紫銅色陽極氧化膜進行半封鎖，可采取 冷封鎖或中溫封鎖。但不克不及 對紫銅色陽極氧化膜進行完全封鎖，不然 在按捺 紫銅色電泳退色 時，會嚴(yán)重影響電泳進程 ，阻礙電泳漆膜的構(gòu)成 ，且完全封鎖的紫銅色陽極氧化膜其熱塑性下降 太多，在電泳膜烘烤時難免 泛起 氧化膜碎裂 現(xiàn)象；

　?、趯ψ香~色陽極氧化膜進行鈍化處置懲罰 ，使氧化膜孔內(nèi)沉積的銅外觀構(gòu)成 一層鈍化膜，以阻礙在電泳進程 中銅發(fā)生陽極消融 ；

　　③同時采納上述兩項避免 辦法 ，防退色 結(jié)果 比零丁 一種更不亂 一些；

　?、軐ψ香~色陽極氧化膜進行80～85℃的高溫?zé)崴幹脩土P 。同等 于①與②的庇護辦法 ，但會影響后道的電泳進程 ，使外觀電泳膜機能 變壞；

　?、菰冖倩颌诘母旧?，將電泳前熱水洗溫度節(jié)制 在70～75℃，熱水洗時候 節(jié)制 在7～10min（較高溫時取上限，較低溫時取下限），則防退色 結(jié)果 亦比零丁 一種更不亂 一些；

　?、迣ψ香~色陽極氧化膜進行二次電解著色（即在紫銅色著色、水洗后，再進行一道第二次電解著色處置懲罰 ）。采取 單錫鹽或錫鎳混鹽著色槽液都可 ，使氧化膜孔內(nèi)沉積的銅外觀遭到 微量錫與鎳的庇護。這類 避免 辦法 對照 容易取得 不亂 的紫銅色，且對按捺 烘烤膜裂沒有負面影響，帶入錫鹽或錫鎳混鹽槽內(nèi)少許 的硫酸銅一般不會組成 污染，由于 凡是硫酸銅會被錫鹽或錫鎳混鹽槽液內(nèi)所存在的還原劑還原成單質(zhì)銅而沉于槽底；

　　4．引發(fā) 紫銅色氧化膜碎裂 的本源 及避免 辦法

　　紫銅色鋁型材中鋁基體的熱膨脹系數(shù)（a = ΔL/L.ΔT）約為23.2/℃，是紫銅色鋁型材中外觀氧化膜的約5倍之年夜 ［3］，若是對紫銅色氧化膜進行必然 封鎖或其他體例填充后，則二者 熱膨脹系數(shù)的差別 會進一步擴年夜 ，恰是 二者 存在較年夜 的熱膨脹系數(shù)差別 ，使得在加熱進程 中氧化膜遭到 共為一體的鋁基體拉應(yīng)力感化 ，而當(dāng)鋁基體的拉應(yīng)力跨越 氧化膜的屈就 極限后，就會致使 氧化膜碎裂 ，是以 可以說在紫銅色電泳鋁型材烘烤進程 中，引發(fā) 外觀氧化膜碎裂 的本源 是鋁基體與氧化膜的熱膨脹系數(shù)差別 較年夜 而至 。由此看來，避免 紫銅色氧化膜碎裂 要從減小鋁基體的拉應(yīng)力和提高外觀氧化膜塑性兩個方面斟酌 。以下 幾種辦法 可有用 避免 紫銅色氧化膜碎裂 ：

　?、賴?yán)厲 節(jié)制 氧化膜厚度。一般來講 ，較厚的氧化膜凡是塑性更差，由烘烤致使 膜的裂紋愈深，使得肉眼看來更顯眼，冷卻后亦不容易 回復(fù)復(fù)興 ，氧化膜厚度宜節(jié)制 在9～12?m；

　　②嚴(yán)厲 節(jié)制 陽極氧化槽液溫度。較低的陽極氧化槽液溫度，使鋁外觀取得 的氧化膜熱塑性較差，因此 易發(fā)生 烘烤膜裂，陽極氧化槽液溫度宜節(jié)制 在20～23℃；

　?、蹏?yán)厲 節(jié)制 電泳漆膜厚度。較厚的漆膜需要較長的烘烤時候 ，對按捺 膜裂晦氣 ，電泳漆膜厚度宜節(jié)制 在9～12?m；

　?、車?yán)厲 節(jié)制 半封鎖工藝。在節(jié)制 好退色 情形 下，盡可能 削弱 封鎖水平 ，應(yīng)節(jié)制 好封鎖工藝參數(shù)，封鎖速度不宜太快；

　?、萸‘?dāng) 下降 烘烤升溫速度和烘烤溫度。如烘烤時升溫速度越快、溫度越高，則氧化膜所遭到 鋁基體的拉應(yīng)力及由拉應(yīng)力發(fā)生 的慣性力會愈年夜 ，就愈容易跨越 氧化膜的屈就 極限而致使 膜裂。一般節(jié)制 烘烤溫度為160～170℃，烘烤保溫時候 為30～40min。最好從室溫或＜50℃起頭升溫，從＜50℃升至170℃宜節(jié)制 在約60min，烘烤升溫快、溫度高亦易致使 紫銅色退色 ；

　?、迌?yōu)先選用“二次電解著色法”按捺 退色 。該辦法 不會下降 紫銅色氧化膜的熱塑性，是一種既能有用 避免 退色 又不激發(fā) 膜裂偏向 的雙優(yōu)辦法 ；

　?、咴诋a(chǎn)物 尺度 要求許可的情形 下，恰當(dāng) 減薄基材（即鋁基體）厚度，以減小紫銅色電泳鋁型材烘烤時鋁基體對氧化膜的拉應(yīng)力。

　　5．竣事 語

　　近幾年來，紫銅色電泳鋁型材作為一種新型建筑門窗材料倍受人們青睞。針對紫銅色電泳鋁型材在臨盆 進程 中容易泛起 退色 與膜裂兩年夜 問題，在研究紫銅色電解著色機理與工藝的根本上，闡發(fā)了引發(fā) 退色 與膜裂問題的本源 ，并提出了響應(yīng) 的避免 辦法 。臨盆 紫銅色電泳鋁型材因存在容易退色 和膜裂兩年夜 問題，需采納響應(yīng) 的一些避免 辦法 ，建議：優(yōu)先選用“二次電解著色法”按捺 退色 ；需對臨盆 工藝的一些首要 參數(shù)進行更嚴(yán)厲 的節(jié)制 ，如陽極氧化膜厚度為9～12?m、陽極氧化槽液溫度為20～23℃、電泳漆膜厚度為9～12?m、烘烤溫度為160～170℃，且節(jié)制 升溫速度≯2℃/min等。臨盆 廠家應(yīng)當(dāng) 憑據(jù) 各自的現(xiàn)實 情形 ，綜合斟酌 產(chǎn)物 質(zhì)量與臨盆 本錢 兩年夜 要素，選擇最適合 的紫銅色電泳鋁型材臨盆 工藝。