鋁型材陽極氧化膜的化學(xué)染色是基于多孔膜層有如紡織纖維一樣的吸附染料能力而得以進(jìn)行的。一般陽極氧化膜的孔隙直徑為0.01-0.03μm，而染料在水中分離成單分子，直徑為0.0015-0.0030μm，染色時(shí)染料被吸附在孔隙表面上并向孔內(nèi)擴(kuò)散、堆積，而且與氧化鋁進(jìn)行離子鍵、氫鍵結(jié)合而使膜層著色，經(jīng)封孔處理，染料被固定在孔隙內(nèi)?；瘜W(xué)染色法工藝簡單、控制容易、效率高、成本低、設(shè)備投資少、染色色域?qū)?、色澤鮮艷等優(yōu)點(diǎn)而用于室內(nèi)裝飾。

眾所周知,陽極氧化膜是由大量垂直于金屬表面的六邊形晶胞組成,每個(gè)晶胞中心有一個(gè)膜孔,并具有極強(qiáng)的吸附力,當(dāng)氧化過的鋁制品浸入染料溶液中,染料分子通過擴(kuò)散作用進(jìn)入氧化膜的膜孔中,同時(shí)與氧化膜形成難以分離的共價(jià)鍵和離子鍵.這種鍵結(jié)合是可逆的,在一定條件下會發(fā)生解吸附作用.因此,染色之后,必須經(jīng)過封孔處理,將染料固定在膜孔中,同進(jìn)增加氧化膜的耐蝕、耐磨等性能.

1 試驗(yàn)方法

1.1 染料的選擇

用于鋁制品染色的染料品種繁多，依據(jù)不同用途和產(chǎn)品要求選擇適合的染料。如染料類別有酸性染料、酸性絡(luò)合染料、酸性媒介染料、直接染料、分散染料、可溶性還原染料、活性染料、堿性染料、醇溶染料、油溶染料等。根據(jù)它們的成分、溶解度、色牢度、上染率，消耗率，PH值等性能選擇性能相近的染料，并結(jié)合棕色的要求,最后選擇600灰色染料和900黃色染料按一定的比例進(jìn)行混合，配槽濃度為：4.8g/L?；旌锨巴瑯訚舛鹊?600灰色染料PH值為：7.3，而900黃色染料的PH值為：5.4，混合后的染料PH值為：6.2。在此染料配比條件下,鋁陽極氧化膜可以染出帶紅黃底色的棕色。

1.2 試驗(yàn)材料與工藝流程

試驗(yàn)材料是6063鋁合金,按照試樣制備→脫脂→兩級清洗→堿蝕→兩級清洗→出光→兩級清洗→陽極氧化→兩級清洗→混合染色→兩級清洗→封閉→兩級清洗→外觀和封孔質(zhì)量檢測的工藝流程進(jìn)行試驗(yàn)。

1.3 脫脂工藝與注意事項(xiàng)

選用浸泡式脫脂, 化學(xué)脫脂規(guī)范: 硫酸濃度100～150g/L； AC脫脂劑濃度30～60g/L；

溫度: 20～30℃,處理時(shí)間: 4～6分鐘。脫脂可以除掉鋁材表面的油污及洗脫自然氧化膜，如果脫脂處理不好，容易導(dǎo)致鋁材表面有油斑印和腐蝕點(diǎn)的產(chǎn)生而導(dǎo)致型材報(bào)廢。

1.4 堿蝕工藝與注意事項(xiàng)

堿蝕規(guī)范: 氫氧化鈉濃度50～80g/L；ADD添加劑濃度10～30g/L；溫度: 50～70℃, 處理時(shí)間: 7～13分鐘。堿蝕時(shí)間的控制對染色后顏色的鮮艷度有很大的影響，當(dāng)堿蝕時(shí)間過短，表面砂面小，光澤高，染色后，顏色過于鮮艷，達(dá)不到柔和光澤的效果；而當(dāng)堿蝕時(shí)間過長，表面的砂面過大，又會導(dǎo)致表面顏色發(fā)暗發(fā)啞。所以在批量生產(chǎn)時(shí),每一天需要根據(jù)當(dāng)天堿槽的堿腐蝕速度，對照標(biāo)準(zhǔn)色板的砂面選擇具體的堿蝕時(shí)間，以達(dá)到最佳的表面效果。

1.5 陽極氧化工藝

1.5.1 電流密度

電流密度的高低直接影響著氧化膜的孔徑結(jié)構(gòu)和氧化膜孔的數(shù)量，當(dāng)電流密度越高其孔徑就越大，反而氧化膜孔的數(shù)量就越??；反之，當(dāng)電流密度越低其孔徑就越小，反而氧化膜孔的數(shù)量就越多。氧化膜孔的數(shù)量越多，染色速度會越快。也就是說，電流密度的高低直接影響染料的上色速度。我們在生產(chǎn)實(shí)踐中證實(shí)，當(dāng)電流密度由0.8A/dm²增加到1.6A/dm²時(shí)，隨著電流密度升高，染料的上色速度減慢。根據(jù)顏色要求和考慮生產(chǎn)效率,選擇出對應(yīng)的上色速度，最后確定電流密度為1.2A/dm²來生產(chǎn)，染色的色澤效果比較美觀。

1.5.2 氧化槽液溫度

在試驗(yàn)中，氧化槽液溫度對染色的影響非常明顯，當(dāng)溫度在18℃以下時(shí)其上色時(shí)間很長，甚至不能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)色板的底色要求或顏色深淺要求；而當(dāng)溫度在21℃以上，其上色速度很快，染兩分鐘其顏色就出現(xiàn)紅黑底色, 造成色差而需要返工。當(dāng)溫度在18至21℃氧化時(shí)，染色時(shí)間在8至12分鐘，可以得到底色穩(wěn)定的棕色。原因是氧化溫度升高，會對氧化膜的孔徑有擴(kuò)孔作用，進(jìn)而提高其對染料的吸附能力,所以在選擇好合適的電流密度后，也就是說定了氧化膜孔的數(shù)量，還需要確定適合的氧化溫度。通過多次對比試驗(yàn)，最后將溫度定在18--21℃進(jìn)行氧化。

1.5.3 硫酸濃度

硫酸濃度控制在170～200g/L，這樣有利于槽液導(dǎo)電使鋁材表面氧化膜均勻，不會使氧化膜溶解過快而且可以起到擴(kuò)大氧化膜孔孔徑的作用。硫酸濃度如果過低，會導(dǎo)致染色困難。

1.6 水洗與注意事項(xiàng)

陽極氧化后，表面水洗尤為重要，也是最容易被忽略的一環(huán)。通常的做法都是經(jīng)過兩道的溢流水洗，第一道水洗的PH值一般為3～5之間，而第二道水洗為5～7之間。但是混合染料對酸特別敏感，水洗處理不好容易導(dǎo)致的染色缺陷有：染不上色、白點(diǎn)、露白、色淺、色差等；因此染色前的水洗槽PH值需要特別管理：在保持溢流的情況下，用氨水進(jìn)行調(diào)整，將其PH值控制在6～8之間，這樣容易將氧化膜表面的酸液清洗干凈，有利于預(yù)防染色不良。

1.7 染色工藝與注意事項(xiàng)

1.7.1 染料配比

600灰色染料是一種堿性染料,而900黃色染料是一種酸性染料,根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)色板的要求,這兩種染料的混合比例是: 600染料：900染料=3 ：1。

1.7.2 染料濃度

當(dāng)600和900的混合染料濃度高于6.5g/L時(shí)，顏色會改變:偏青灰；當(dāng)600和900的混合染料濃度低于3.5g/L時(shí)，顏色也會改變: 偏黃。當(dāng)混合染料濃度在4～6g/L時(shí)，可以得到紅黃底色的穩(wěn)定棕色,所以選擇濃度在4.8g/L的色板作為生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)色板，通過控制染色時(shí)間的長短,混合染料中的紅、黃、橙、棕色成分逐步吸附在氧化膜孔中，封孔處理后鋁材的染色表面在光照下會形成彩虹般色彩。

1.7.3 染料添加方法

通過試驗(yàn)得出，600灰色染料的上色速度比900黃色染料慢。這代表兩個(gè)染料在染色過程的消耗量是不同的，所以為了控制染色的顏色一致性，必須按照單個(gè)染料的各自消耗量進(jìn)行補(bǔ)充添加，使混合染料的色調(diào)維持穩(wěn)定。

1.8 封孔工藝

采用的是鎳鹽封孔劑進(jìn)行封孔，封孔規(guī)范:鎳離子濃度0.9～1.2g/L；封孔添加劑濃度10～20g/L；溫度: 45～55℃,其封孔時(shí)間為10分鐘(15μm)。普通陽極氧化膜的封孔時(shí)間按照1μm /分鐘的封孔速度。但是，鋁材陽極氧化染色膜如果也這樣封孔, 其表面會很容易起彩。通過多次試驗(yàn)，確定染色膜的封孔速度控制在1.5μm /分鐘。

2 染色效果和封孔質(zhì)量檢測

2.1 染色效果

酸性600灰色染料和堿性900黃色染料按照3：1混合后，鋁陽極氧化膜經(jīng)過該混合染料的染色后，能得到一種帶紅黃底色的棕色，由于兩種染料的結(jié)構(gòu)，顏色，感光性能不同，所以在光照下能產(chǎn)生彩虹色的視覺效果。

2.2 封孔質(zhì)量檢測

混合染色后的陽極氧化棕色鋁型材，經(jīng)(硝酸預(yù)浸)的磷-鉻酸失重測試，其失重結(jié)果在15mg/dm²以下,封孔質(zhì)量合格。

3 結(jié)論

一種由堿性和酸性染料混合的鋁材陽極氧化的化學(xué)染色工藝，其顏色為略帶紅黃底色的棕色，通過用不同光線照射和不同角度的觀察，其底色也各異，在燈光照射下在不同角度可以看到似彩虹色般的變化，顏色美觀,裝飾效果較好。該工藝有別于其它的染色工藝，由于是酸性染料和堿性染料混合染色，它的顏色比較獨(dú)特，裝飾效果非常美觀。在批量生產(chǎn)時(shí),混合染料會比單一染料更容易產(chǎn)生染色缺陷，但是只要根據(jù)染料的特性嚴(yán)格管理染色工藝和正確添加染料，也會取得滿意的染色效果。