阳极氧化是铝合金外壳着色方法中最为常用的。铝及其合金在相应的电解液和特定的工艺条件下,由于外加电流的作用下,在铝制品(阳极)上形成一层氧化膜的过程。
上膜着色原理
铝阳极氧化膜的化学着色是基于多孔膜层的吸附能力而得以进行的。一般阳极氧化膜的孔隙直径为0.01~0.03um,而染料在水中分离成单分子,直径为0.0015~0.0030um,着色是染料被吸附在孔隙表面上并向孔内扩散、堆积,且和氧化铝进行离子键、氢键结合而使膜层着色,经封孔处理,染料被固定在孔隙内。
当把零件挂在阳极上,阴极用铅棒,通入电流后,发生如下反应:
着色后的封闭:由于铝及其合金生成的氧化膜具有高的孔隙率和吸附性,因此,很容易被污染,尤其在腐蚀的环境中,腐蚀介质容易进入膜层孔隙而引起腐蚀.因此工业生产中,经过阳极氧化的膜层,不管染色与否,一般都要进行染色处理(后工程需要涂装的工件除外)。封孔通俗的说就是把阳极氧化膜的微细孔封闭掉,并把沉积在细孔内的染料予以固定。
铝阳极氧化膜的生长是在“生长”和“溶解”这对矛盾中产生和发展的。通电后的最初数秒钟首先生成无孔的致密层(叫无孔层,或阻挡层),它虽只有0.0~0.015Am,可是具有很高的绝缘性。硫酸对膜产生腐蚀溶解。由于溶解的不均匀性,薄的地方(孔穴)电阻小,离子可通过,反应继续进行,氧化膜生长,又伴随着氧化膜溶解。循环往复。控制一定的工艺条件特别是硫酸浓度和温度可使膜的生长占主导地位。
其中,氧化膜厚度和染料成分浓度是能够直接影响铝合金最终成色的两大核心因素。
1、氧化膜厚度
一般来说,氧化膜厚度越大,吸附能力越好。因此,控制好相关加工条件,才能生成均匀的氧化膜。
1)电压。电压高,氧化膜生长速度高,孔隙增多,易染色,硬度和耐磨性提高;电压低,生成的氧化膜速度慢,膜层较致密。
2)氧化时间。根据硫酸浓度,溶液温度、电压,膜厚而定,其它条件不变,时间越长,膜厚越厚,但达到一定厚度时,膜厚将不会增加(即膜的溶解速度与生长速度相等)。
2、染料成分浓度
必须选择好染料浓度,使之在工艺条件(PH、时间、温度)下能获得指定的深度。选择这些工作条件时应以铝材能在绝对最低的染料浓度下染上色为标准。根据吸附原理,在一定的工作条件下染料在阳极氧化膜上的吸附量随可提供的染料量增大而增大。吸附着色的生产成本不单只取决于染料浓度,还取决于被吸附到阳极氧化膜上的染料相对量,以及清洗和槽液更新过程中的染料消耗。