摘要：本文對(duì)鋁合金型材在全自動(dòng)立式線單鎳鹽生產(chǎn)黑色料的這一技術(shù)難題進(jìn)行研究，同時(shí)介紹了單鎳鹽電解著色機(jī)理和對(duì)電解著色槽液的管理維護(hù)，通過理論分析和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐相結(jié)合，提出全自動(dòng)立式線單鎳鹽如何可連續(xù)性、大批量生產(chǎn)黑色料。
單鎳鹽注化法著色工藝槽液管理規(guī)范、穩(wěn)定，通過特殊的正電壓和負(fù)電壓波形的調(diào)整，使鎳離子在陽極氧化膜孔底部均勻地電解析出，從而得到穩(wěn)定均勻的著色，具有著色色調(diào)穩(wěn)定、再現(xiàn)性好、均勻性好、型材耐候性好等特點(diǎn)。著純黑色料的時(shí)間為6分鐘左右，比其它傳統(tǒng)著色工藝要減少50%以上時(shí)間，有效地提高生產(chǎn)效率，且鎳離子可回收再利用，達(dá)到節(jié)能減排的作用。
1 前言
在建筑鋁型材陽極氧化生產(chǎn)中，電解著色總是處于技術(shù)核心的地位。90年代我國為了適應(yīng)大批量穩(wěn)定生產(chǎn)，特別是生產(chǎn)淺色系的重要，引進(jìn)了（年產(chǎn)30000噸以上）的單鎳鹽立式生產(chǎn)線，經(jīng)過二十多年的發(fā)展，總體技術(shù)水平和產(chǎn)品質(zhì)量有了很大的提高，但對(duì)于生產(chǎn)深色系的品種，還存在不穩(wěn)定性[1]。發(fā)展到今天，鋁型材陽極氧化電解著色技術(shù)已經(jīng)處于核心技術(shù)地位[2]，鋁型材電解著色技術(shù)水平的高低代表著一個(gè)鋁型材企業(yè)表面處理技術(shù)水平的地位，決定著鋁型材企業(yè)產(chǎn)品的競爭力，本文針對(duì)目前鋁型材行業(yè)中全自動(dòng)立式線單鎳鹽生產(chǎn)黑色料存在的難題，通過理論分析和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐相結(jié)合進(jìn)行研究，提出全自動(dòng)立式線單鎳鹽如何可連續(xù)性、大批量生產(chǎn)黑色料。
2 單鎳鹽電解著色機(jī)理
電解著色是通過著色液的金屬離子在陽極氧化膜微孔內(nèi)的阻擋層表面上發(fā)生還原反應(yīng)，將金屬離子沉積在氧化膜孔的底部 (如圖1)，對(duì)光的散射效應(yīng)而獲得不同顏色。國內(nèi)外大量研究報(bào)道指出，不論何種金屬鹽的電解著色膜，陽極氧化膜中的沉積物既有晶態(tài)的金屬離子，也有非晶態(tài)的金屬氧化物或氫氧化物存在；各著色液的著色膜色調(diào)不同可能與析出顆粒的尺寸和分布有關(guān)；顏色深淺不同，則是與氧化膜的厚度、沉積顆粒的數(shù)量有關(guān)[3]。
圖1 鋁合金電解著色示意圖
單鎳鹽電解著色基本過程由3個(gè)步驟組成：1)Ni2+和H+等反應(yīng)物離子向阻擋層表面附近傳遞；2) Ni2+在阻擋層與著色液界面間獲得電子，H+穿入阻擋層，在基體與阻擋層界面間獲得電子；3)析出金屬和生成氫氣。Ni2+在陰極的還原沉積反應(yīng)：Ni2++2e→Ni；與此同時(shí)氫離子在陰極的放電反應(yīng)產(chǎn)生氫氣：2H++2e→H2。
3 著色槽液的管理
3.1 成分的管理[4]
根據(jù)鋁合金陽極氧化生產(chǎn)工藝(如圖2)，在生產(chǎn)一定量的鋁材后，要對(duì)鎳著色槽液成份進(jìn)行分析。槽液的組成主要由硫酸鎳和硼酸，硫酸鎳濃度高達(dá)140～155g/L，硼酸則維持在35～50 g/L之間。然而生產(chǎn)過程中我們必須每天檢
測(cè)槽液成分的濃度，一旦不在正常范圍內(nèi)，即使生產(chǎn)正常也要及時(shí)補(bǔ)充硫酸鎳或硼酸，否則大量生產(chǎn)黑料時(shí)，容易使產(chǎn)品著色出現(xiàn)質(zhì)量問題。
只有將槽液成分的濃度長期維持在正常的范圍內(nèi)進(jìn)行生產(chǎn)，才能更好地維護(hù)好槽液，生產(chǎn)出質(zhì)量優(yōu)良的鋁材產(chǎn)品。
圖2 電泳珍珠黑工藝流程圖
3.2 槽液溫度的控制
溫度對(duì)著色速度的影響很大[5] ，在一定范圍（23±3℃）內(nèi)升高溫度會(huì)加快著色速度，溫度過高或過低都會(huì)造成著色不均勻，甚至著不上色。另外，溫度偏高，著色膜孔隙多，孔徑大，粗糙；過高的溫度還有可能導(dǎo)致著色膜破裂、剝落[6]。
3.3 槽液pH和雜質(zhì)離子的控制[1]
槽液的管理通過設(shè)備實(shí)現(xiàn)，采用離子交換（IR）和吸附技術(shù)除去鈉、鉀、鐵和鋁等雜質(zhì)，一般著色槽液的PH控制在3.5～4.5之間，槽液pH低，著色速度慢，如pH<3.5時(shí)，負(fù)通電過程全部轉(zhuǎn)成析氫反應(yīng)，無金屬電沉積層，而使型材不能著色；如果槽液pH太高，負(fù)通電過程中陽極氧化膜界面的pH值迅速升高，會(huì)有綠色的氫氧化鎳沉淀析出，進(jìn)而堵塞膜孔，阻止金屬離子進(jìn)入膜孔。當(dāng)槽液pH過低時(shí)，要及時(shí)開啟精制設(shè)備，利用離子交換（IR－A）提高pH；當(dāng)槽液pH過高時(shí)，要加入試劑硫酸調(diào)整。
采用RO反滲透原理和方法進(jìn)行回收硫酸鎳，再加以利用。這樣回收重復(fù)使用，既降低硫酸鎳的消耗又減少環(huán)境污染。表1所列該工藝要求各種雜質(zhì)的容許值[1]：
表1 直流鎳鹽著色的雜質(zhì)容許值（單位：ug.g-1）
3.4 著色前水洗對(duì)著色的影響[4]
著色前水洗沒有清洗干凈膜孔中殘存的硫酸，容易導(dǎo)致顏色不穩(wěn)定、上色困難。必須嚴(yán)格控制陽極氧化后三道水洗的水洗時(shí)間；保證三道水洗的水質(zhì)及pH；加大純水洗的水流循環(huán)量。
另外，水洗完后，型材在空氣中停留的時(shí)間不能過長，要將其馬上放進(jìn)著色槽著色。如未能馬上進(jìn)入著色槽，應(yīng)浸泡在潔凈的純水中，避免被空氣中的氧氣氧化。
4 著色電壓和時(shí)間的控制
4.1 通過調(diào)節(jié)著色電壓和時(shí)間，加快鎳離子的沉積速率，以達(dá)到生產(chǎn)黑色料的目的。
4.2 采用日本住化法的一種直流Ni鹽著色工藝，其電源波形如圖3所示的波形。
圖3 鋁合金陽極氧化電解著色標(biāo)準(zhǔn)波形圖
通過改變著色波形，加大鎳離子電泳能力，降低槽液電阻，Ni2＋沉積速度加快，使Ni2＋沉積到氧化膜膜孔底部。
4.3 根據(jù)不同的顏色深淺，調(diào)節(jié)不同的電壓、時(shí)間、波形，來生產(chǎn)不同的品種，一般香檳料的著色時(shí)間為1分鐘左右，黑色料的時(shí)間為6分鐘左右。
5 現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)實(shí)踐
根據(jù)電解著色的機(jī)理，單鎳鹽著色槽槽液的維護(hù)管理，著色工藝參數(shù)的改進(jìn)，通過理論分析和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐相結(jié)合，攻克了全自動(dòng)立式線單鎳鹽生產(chǎn)黑色料的這一難題，實(shí)現(xiàn)了可連續(xù)性、大批量生產(chǎn)黑色料目的，且黑色料成品率高達(dá)99.7%，達(dá)到公司黑色料成品率歷史性的突破。
6 結(jié)束語
全自動(dòng)立式線單鎳鹽生產(chǎn)黑色料的穩(wěn)定性是目前工業(yè)上生產(chǎn)的技術(shù)難題，也是眾多生產(chǎn)廠家要關(guān)注的問題，所以我們認(rèn)為通過對(duì)單鎳鹽著色槽的槽液的維護(hù)管理，尤其是對(duì)槽液雜質(zhì)離子的控制以及氧化后三道水洗槽水質(zhì)及pH的控制；其次是對(duì)著色槽槽液濃度及pH的控制。通過調(diào)節(jié)著色電壓、時(shí)間、波形的控制，可以維持大批量生產(chǎn)黑色料的穩(wěn)定性。
此外，在長期生產(chǎn)黑料的前提下，并保持黑料的穩(wěn)定性，還需靠平時(shí)經(jīng)驗(yàn)的積累和在生產(chǎn)實(shí)踐中不斷探索，以及各工藝參數(shù)對(duì)著色的影響及發(fā)生問題后的處理方法都要有所熟悉，這樣才能維護(hù)好著色槽，以保證生產(chǎn)的穩(wěn)定性。
關(guān)鍵詞：鋁型材；鋁材著色；黑色鋁材；黑色批量生產(chǎn)；鋁材著色
