铝件黑色处理新工艺.doc

铝件黑色处理新工艺孙春文 唐致远 郭鹤桐王晓娟【摘要】本文通过大量实验研究了一种新型铝及其合金阳极氧化的无机着黑色处理工艺，分析了发黑处理的原理和发黑处理液浓度对膜层性能的影响，并得出了最佳的工艺参数。同时还测试了膜层的抗潮湿、抗腐蚀等性能。关键词铝及其合金阳极氧化无机着黑色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铝及其合金具有密度小、质量轻、强度高、耐腐蚀、易加工成型等优良性能，作为型材已广泛应用于许多产业部门及人们的日常生活中，随着科学技术的进步，近年来逐步向汽车工业、宇航、海洋应用等方面拓展1。特别是铝件经黑色处理后，既提高了铝件的防蚀性能，又提高了装饰性，同时还具有高的太阳光吸收和红外辐射能力，广泛应用于航空航天、建筑、照相机、光学仪器等工业领域中。因为铝的标准电位为-1.66V，属于活泼金属，不论镀黑镍、镀黑铬，还是镀锌黑色钝化都比较困难，而且成本高2。传统的铝件黑色处理主要有：1)阳极氧化-电解着色；2)阳极氧化-染黑；3)阳极氧化-喷漆；4)阳极氧化-电泳黑漆等。铝及其合金氧化后染色的染料一般采用有机染料，黑色染色一般采用酸性兰黑(B)染料或酸性ATT。本文介绍一种铝件氧化无机着黑色工艺。工艺流程与规范试验用材料为A00工业纯铝，1100、2024、6061型铝合金；试片尺寸为80mm50mm。试验试剂纯度为分析纯，用去离子水配制溶液。1. 试验工艺流程有机溶剂除油热水洗冷水洗碱洗去油热水洗冷水洗中和出光冷水洗阳极氧化冷水洗着黑色封闭空气干燥。2. 工艺规范1)有机溶剂除油在丙酮或汽油中除油35min。2)碱洗去油在氢氧化钠100gL、氟化钠20gL、聚磷酸钠2gL、十二烷基硫酸钠2gL溶液中除油35min，溶液温度为5060。3)中和出光纯铝和2024型铝合金在硝酸400500mLL溶液，处理23min；1100和6061型铝合金在硫酸(d=1.84gcm3)100mLL、氢氟酸(30wt%)16mLL、硝酸(69wt%)25mLL溶液中处理23min。4)阳极氧化硫酸(d=1.84gcm3)90mLL溶液，2125，DA=1.6Adm2，1520V，3060min，用磁力搅拌器进行搅拌。5)着黑色第一步，把试片浸入有轻微搅拌的含乙酸钴Co(CH3COO)2) 150300gL溶液中浸渍15min，然后取出水洗干净。第二步，把试片浸入含量为2040gL(NH4)2S溶液中浸10min，然后取出水洗干净。说明：可根据欲获得的色调来重复上面着色工步，以加深膜层色泽。6)封孔在温度97的热去离子水中浸1520min，pH值为6.57.0。结果和讨论1. 无机发黑原理探讨通过阳极氧化在铝件表面形成了一层多孔的氧化膜。此无机着色工艺是通过化学浸渍过程，使黑色的金属硫化物沉积在膜孔中。在着色的第一步，乙酸钴溶液被吸附在多孔膜中，当此膜再浸入(NH4)2S溶液中时，经过如下化学反应：Co(CH3COO)2+(NH4)2SCoS+2CH3COONH4CoS沉积在膜孔中。由于CoS粒子尺寸足够大，限制了它的外移，所以CoS即保留在膜孔中，然后再通过随后的工步封孔，黑色的CoS粒子即被牢固地封入膜孔内3。2. 无机着色溶液浓度对膜着色的影响在阳极氧化最佳工艺条件下获得氧化膜厚度为25m。无机着色溶液浓度范围较宽，经过试验获得最佳浓度范围为：Co(CH3COO)2 150300gL、(NH4)2S 2040gL。较低浓度下着色必须加长时间或多次重复着色，而过高浓度下着色均匀性很差。膜的稳定性能测试1. 抗潮湿试验将试样置于恒温控制的潮湿箱中，在60下相对湿度保持950.5%，48h后检查膜层表面状态，未发现变色现象。2. 抗腐蚀试验将试样浸入3%NaCl水溶液(pH=7)中，浸渍48h后检查膜层，未发现脱色、腐蚀点、坑等现象。3. 耐高温试验将试样放入烘箱中，温度为80，半个月后检查膜层未见有褪色现象。结论1. 通过在硫酸电解液中阳极氧化生成255m厚的氧化膜，再经随后的浸渍150300gL乙酸钴和2040gL(NH4)2S两步着色处理，获得了黑色的铝或铝合金氧化膜。2. 该处理方法获得的膜层黑色色泽不会因基材型号不同而明显变化。3. 膜层化学稳定性好，耐腐蚀性好。4. 该黑色处理克服了交流电解着色、有机染料染色或喷漆处理等工艺的缺点，是一个操作简单、经济、无污染的工艺，值得推广应用。作者单位：孙春文唐致远郭鹤桐天津大学 (300072)