眾所周知，鋁型材鈦金色的電解著色主鹽是亞硒酸鹽，它通過在氧化膜孔中電解沉積的方式得到鈦金色。這種顏色呈金黃色，色調(diào)高雅、美觀而令人賞心悅目，被普遍用于室內(nèi)裝飾。然而美中不足的是它在生產(chǎn)或使用過程中卻始終存在褪色的問題，尤其電泳鈦金色。據(jù)有關(guān)資料介紹，產(chǎn)生褪色的原因可能是：氧化膜孔中的著色析出物在受熱或者太陽光中的紫外線照射下，物質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化而褪色。而正是這個原因?qū)е落X型材鈦金色的使用與推廣大受限制，尤其是電泳鈦金色型材。然而做為室內(nèi)裝飾材料，由于它本身具有無可比擬的艷麗色澤，對使用者而言自然是極具誘惑力，因此許多客戶對它的喜愛還是難以割舍，故電泳鈦金色型材的潛在市場較大。鑒于此，如何能提高電泳鈦金色鋁型材的耐候性已成為我們鋁型材氧化工作者急需解決的課題。經(jīng)多次試驗，我們認為鋁型材電解著色工序是在生產(chǎn)中影響電泳鈦金褪色的主要工序。而這個工序的幾個主要工藝參數(shù)值將對電泳鈦金色的穩(wěn)定性起關(guān)鍵作用。
2. 試驗部分
經(jīng)過初步篩選我們確定以著色液溫度、鈦金劑A濃度、著色電壓為鈦金色鋁型材著色環(huán)節(jié)的主要工藝參數(shù)，并對每一參數(shù)選取三個不同的水平，以氧化膜10?m的鋁型材為樣板，通過正交實驗著色后再電泳（復(fù)合膜達到國家B級標(biāo)準(zhǔn)），取得樣品后再進行100小時313B熒光紫外燈照射老化試驗。結(jié)果如下：
表1
表2
由上表可知，被選定的三個工藝參數(shù)在不同水平下對鈦金色的穩(wěn)定性都起到較大影響。當(dāng)溫度因素選水平2，濃度因素選水平3，電壓因素選水平1時樣品呈現(xiàn)最好的試驗結(jié)果。另外我們還看到著色時間短的樣品普遍比時間長的試驗結(jié)果要好，所以我們確定本廠使用鈦金劑A選用的最佳工藝參數(shù)是：溫度35±2℃ 、 鈦金劑A濃度6g/l （可適當(dāng)調(diào)整鈦金劑A濃度，務(wù)必控制著色時間在10分鐘以內(nèi)）、 電壓13V。
3. 討論
⑴著色機理的探討
要想弄清鈦金色的褪色原因，我們必須首先對鋁型材電解著色的機理有一定了解。關(guān)于鋁型材電解著色機理的論述較多,目前大家普遍傾向于這種說法:在陽極氧化多孔性膜的底部, 都存在一層0.01 ～ 0.05?m的阻擋層, 此阻擋層是電阻很大的離子導(dǎo)體和電子導(dǎo)體。在進行電解著色時, 金屬離子由溶液中向多孔膜的底部移動, 其推動力是電場的電泳力和化學(xué)位的擴散力。著色時的電壓一般低于陽極氧化時的電壓, 著色電壓的大部分消耗于阻擋層的歐姆電壓降, 所以在多孔膜孔的兩端幾乎沒有電位差, 因此金屬離子主要靠擴散進入微孔內(nèi),阻擋層上電子的傳導(dǎo)引起了金屬離子或金屬含氧酸根離子的還原。還原析出物在孔底以膠?；蛭⒕У臓顟B(tài)析出, 當(dāng)這些微粒的大小與可見光的波長相近時將發(fā)生光的選擇性吸收或散射, 因而顯現(xiàn)出獨特的色彩。
電解著色時的析出物, 是金屬還是氧化物目前還較難肯定。根據(jù)實驗, 銀鹽電解著色的試片在500℃以上加熱處理和陽極化處理時均不變色; 但亞硒酸鹽電解著色試片在陽極化時顏色不變, 在加熱處理時卻會退色。由此分析, 銀鹽著色時的析出物可能是金屬狀態(tài)的銀, 而亞硒酸電解著色時的析出物可能是氧化物。
⑵工藝參數(shù)的影響
①溫度：由于亞硒酸電解著色時的析出物可能是氧化物，而這種鹽與高錳酸鉀著金黃顏色時類似，在常溫下難以通過擴散方式進入氧化膜孔。這可能與它在沉積時的體積位阻較大有關(guān)。有人采用在氧化后著色前用活化劑對氧化膜擴孔的辦法來解決這個問題，但存在擴孔不均勻、顏色重復(fù)性差以及封孔不合格的問題。我廠采用升高著色槽液溫度的方法來達到增加離子擴散動力克服位阻的目的。但這里出現(xiàn)矛盾，因為氧化膜在溫度高的酸性溶液中，氧化膜的致密性將下降。在生產(chǎn)中我們也曾經(jīng)把著色液溫度控制在45-50℃，但出現(xiàn)氧化鈦金的氧化膜變松脆的情況，電泳鈦金更是大范圍褪色。但是若槽液不加溫，著色又會非常困難。所以我們要選取既能提高著色能力又能使氧化膜致密性不至于急劇下降的溫度參數(shù)。通過大量實驗，我們最終確定槽液溫度控制在35±2℃。
②鈦金劑A濃度：做為著色主鹽的鈦金劑A，濃度高低對著色起主要作用，因為只有硒氧化物在膜孔中沉積后氧化膜才能顯色。而且主鹽濃度越高，著色時間越短；反之，則時間長。通過正交試驗，我們可以看到，著色時間越短對防止電泳鈦金色褪色越有利。因為時間越短，氧化膜的致密性下降越少，而氧化膜的致密性又直接影響電泳鈦金的耐候性。但如果著色時間過短，在生產(chǎn)控制上將造成不便；其次是主鹽濃度過高，槽液帶出損耗加大，于成本不利。所以，綜合考慮，以將著色時間控制在10分鐘以內(nèi)時的濃度為宜。
③電壓：通常我們制定著色電壓的大小是以不超過氧化電壓為準(zhǔn)，因為著色電壓太高雖然上色速度快但會造成氧化膜脫落。尤其是亞硒酸著色和高錳酸鉀著色，由于它們的著色時間較長、槽液溫度高，電壓參數(shù)比錫鹽著色時更為敏感。而且錫鹽著黑色時，由于時間長也會出現(xiàn)“爆膜”現(xiàn)象。實驗證明：亞硒酸著色電壓在15V以上時就會出現(xiàn)氧化膜變脆甚至脫落的危險。經(jīng)過實驗，我們最終把著色電壓確定為13V,如果電壓過低也會造成氧化膜無法著色。
⑷著色電源的優(yōu)化選擇
為使主鹽在低濃度下（比正常濃度降低約30%左右）也能達到快速著色的目的，經(jīng)過實踐，我們建議著色電源使用交流正弦波不對稱電源。限于專業(yè)知識的局限性，在這里只能做簡要提及。這種電源的特點是可在著色主鹽處于中低濃度而且不改變其它條件的情況下縮短著色時間，目前已廣泛用于錫鹽著深顏色。它的原理主要是改變了電源輸出波形的正負半波長比例關(guān)系，使對著色起主要作用的負半波長時間加長，而沉積著色又主要發(fā)生在負半波長內(nèi)。通過改變正負波長比例，使得一個波長內(nèi)的有效著色時間大大增加，從而縮短整個著色過程時間，避免氧化膜致密性出現(xiàn)較大下降。
4. 結(jié)論
本文介紹了幾個與鋁型材電泳鈦金色穩(wěn)定性相關(guān)的生產(chǎn)工藝參數(shù)，并運用正交試驗對這些參數(shù)進行優(yōu)選，找出了本廠使用鈦金劑A的最佳工藝參數(shù)。通過對這些工藝參數(shù)的進一步討論，本文最后得出了氧化膜致密性下降引起鈦金色易褪色的結(jié)論。本文還介紹一些提高鈦金色型材質(zhì)量尤其是耐候性的經(jīng)驗方法供大家參考。
通過對著色工藝參數(shù)的討論，我們發(fā)現(xiàn)引起電泳鈦金褪色的最終原因?qū)嶋H上是氧化膜的致密性下降，這就是為什么電泳鈦金色比氧化鈦金色更容易褪色的原因。因為氧化鈦金經(jīng)過封孔后，致密性遠大于電泳鈦金。如果將封孔與不封孔的鈦金著色型材進行加熱烘烤實驗對比，我們會發(fā)現(xiàn)未封孔的型材很快褪色，而封孔后的型材卻褪色較少。不可否認，亞硒酸著鈦金色的確比錫鹽著色更容易褪色，但如果我們能采取恰當(dāng)?shù)墓に嚪乐寡趸ぶ旅苄韵陆?，那么將會在很大程度上降低電泳鈦金型材在短期?nèi)褪色的風(fēng)險。
如何提高致密性呢？可采用高濃度、中溫、低電壓以及使用不對稱電源等方法。建議著色時間控制在10分鐘以內(nèi)，因為著色時間越長氧化膜致密性越差，還會有“爆膜”的危險。值得一提的是，目前行業(yè)中有采用著色后短暫封孔和適當(dāng)降低電泳電壓的經(jīng)驗做法，一定程度上提高了氧化膜致密性，降低了電泳鈦金型材褪色的風(fēng)險。另外由于鈦金著色劑價格昂貴且具有一定毒性，目前一些添加劑廠家已在進行替代產(chǎn)品的研究。相信在不久的將來，在全體鋁型材氧化工作者的共同努力下，鋁型材金黃色的生產(chǎn)技術(shù)將會更上一層。
