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1、铝合金建筑型材电解红色着色技术的应用研究0前言陈强(湖南振升铝材，湖南长沙410000)铜盐电解红色着色技术早有人研究过，但因其着色均匀性差、着色后容易褪色等缺点，一直未被大生产应用。本人针对该着色技术所存在的缺陷进行了研究试验，通过调整铜盐着色配方以及采用合理的着色后处理工艺，彻底解决了着色不均和红色电解着色产品容易褪色等问题，从而使得铜盐电解红色着色技术的大生产应用得以实现。l改善铜盐电解着色均匀性的研究试验11铜盐电解着色机理铜盐电解着色的电压亦为普通交流电压，铝型材电解着色时电极反应如下：负半波：cu2+2c=cu(1)2H+2e=H2(2)正半波：20H一一2e=H：O+O(3)由于
2、cu”是电位较正的二价金属元素，当工件处于交流电的负半波时容易得电子而被还原，虽然H+也有得电子被还原的能力，但由于其电极电位比cu“电极电位负，其得电子的能力比cu“差。所以在其浓度一定的条件下，负半波时主要进行的反应为(1)式，而(2)式则为次要反应。因此不难理解铜盐在电场作用下，cu“容易被还原沉积在铝型材的阳极氧化膜孔内，而且沉积速度很快，一旦电场稍有变化(电场分布不均或铝型材表面附有铝屑等)均会导致铜的还原沉积速度不一或产生尖端放电效应，从而导致着色不均现象。12铜盐电解着色的基础配方及着色工艺CuS045H，0：20一40LH2S04：1525gLV1216VT-2l2c18min
3、用该配方及工艺对铝型材进行电解着色，可获得浅红色一红色一玫瑰色一黑色。但由于该着色液的分散性能差、着色不均。而且边缘强烈放电易产生边角色浅现象；或者由于铜沉积速度快，局部大量沉铜积累在铝表面，容易产生红色斑点等缺陷。这些缺陷的存在，限制了铜盐红色着色技术的推广使用。针对这些缺陷，如果加入，一些能够改善铜盐着色液的分散性能或者减缓铜盐的还原沉降速度的物质，那么铜盐溶液的着色均匀性能就能得到改善和提高，从而达到均匀着色的目的。13在基础配方中加入着色分散性能好的金属盐如硫酸亚锡盐的加入，亚锡离子参与电解着色。因为铜离子的电极电位比亚锡离子的电位正，在竞争还原沉积中铜离子被优先还原。但随着电解着色的
4、进行，铝阳极氧化膜孔内及其膜表面附近会产生局部浓差变化，亚锡离子也能参加还原沉积，只是沉积比例比铜小得多；而且随着亚锡盐浓度的提高，其沉积的比例增加。这一点在电解着色试验中所做试样色调的变化可以得到充分的证明。从图示l的实验曲线表明：在铜盐红色着色的其它成分以及着色工艺条件不变的情况下，随着亚锡盐的加入及其浓度的提高，电解着色色调由红色向土红色、古铜色逐渐过渡。据实验可知，当亚锡离子浓度超过1oL时，其基础红色调略有变化；当亚锡浓度超过2OL时，所得颜色为土红色；当亚锡离子浓度超过5oL时，颜色变为古铜色。当然加入亚锡离子的目的是为了改善电解着色液的均匀着色性能，加入的浓度太低又达不到目的，加
5、入的浓度太高又对红色调产生影响。因此合理控制亚锡离子的浓度至关重要，经实验可知，当亚锡离子浓度的加入量超过O5L时，铜盐的红色电解着色液的着色均匀性能已很好。所以亚锡离子的最佳浓度必须控制在o51o罟L范围内。14在上述配方中加入络合剂和稳定剂由于铜离子的电极电位较正，对加入的亚锡离子具有氧化作用，因此必须加入亚锡离子的稳定物质和防止锡离子沉淀的络台物。根据这一特点，选红色11J州色铝合金建筑型材电解红色着色技术的应用研究g，l硫陵弧锡讯度圈1硫酸亚锡对红色色调的影响择合适的物质如邻苯=酚、抗坏血酸等作为稳定剂，酒石酸作为络合剂，能够达到稳定溶液、络合溶液中金属离子的目的；同时由于酒石酸对铜离
6、子也具有较好的络合作用，使得酒石酸与铜离子络合，降低了铜的电极电位，从而起到了既稳定着色溶液防止溶液沉淀又提高了电解着色液的均匀着色的作用。g1抗坏血酸浓度图2抗坏血酸浓度与槽液稳定性的关系曲线，|一gl2酒石酸浓度图3酒石酸浓度与着色液分散性能的关系曲线在其它条件相同的情况下，图2、图3分别是抗坏血酸、酒石酸浓度在红色电解着色液中对着色液稳定性能、分散性能影响的曲线图。根据上述实验曲线图2、图3可知：在基础红色电解着色液中加入35gL抗坏血酸、46L酒石酸，可以大大提高着色液的稳定性、分散性，从而达到均匀着色的目的。15着色电压的影响由于铜离子的电极电位比较高，所需的还原电压比较低，一般6I
7、oV即可。但本着色配方中加入了络合物，着色电压低，着色均匀性差、着色色调呈暗红色；反之，着色电压太高，则因铜的还原沉积速度快以及析氢剧烈，亦会导致着色不均甚至氧化膜爆烈。通过实验可知：本配方的最佳着色电压为1215V。2红色着色后处理工艺的选择21常温封孔处理通常，红色着色后未封孔处理前，容易褪色。例如：有汗的手触摸，就会产生手指印痕。关于这一点不难理解，因为铜是一种不耐盐、大气等腐蚀的金属。因此封闭处理非常重要，其封孔质量比“双盐着色或单镍盐着色”相对要高，失重检测要求在15mdm2以下。即使封孔质量合格，红色着色料的耐久性还是比青铜色料差，在大气中的褪色速度比青铜色料快。所以该处理方法不是
8、最佳的选择。22热水洗+电泳涂漆221热水洗众所周知，电泳涂漆前热水洗是必不可少的工序，红色着色料的热水洗工艺与其它颜色料的工艺略有不同，热水洗工艺要求更高。由于铜沉积在氧化膜孔内，提高了氧化膜的导电性能，因此要求热水洗所产生的“半封闭”效果比其它颜色料的要求好；否则，到后工序处理一电泳涂漆过程中会产生褪色现象。经实验可知：热水洗温度控制在8588oC、时间为5分钟最佳。222电泳涂漆红色型材的电泳涂漆对前道工序的热水洗的质量要求更高，主要原因在于电泳通电过程中阳极铜原子很容易发生氧化反应，见反应(4)，当然，该反应的发生条件是铜原子与漆溶液充分接触；加上电泳漆溶液呈胺性，对铜离子有较强的络合
9、作用，从而加快了膜孔中铜的氧化溶解速度，使得型材产生褪色现象。电泳阳极：cu一2e=Cu“(4)所以在热水洗时必须采取更为严格的工艺，更为有效的“屏蔽”电解沉积在氧化膜孔中的铜，才能避免铜在电泳过程中再被氧化溶解所产生的褪色现象。由此可见，红色电泳型材的质量除了着色工序外，热水洗是关键的控制工序，配合合理的电泳工艺(在保障漆膜厚度的情况下，尽可能的采用低电f下转第86页)耐蚀、高效、节能的铝阳极氧化工艺冷却设备通氧化液，通过两者不断循环的热交换，直至达到(维持)氧化液的工艺温度。换热芯体由数百根长度相近的舛细管，通过成千上万个孔眼的定位板按一定规范盘绕成型。在一定直径和高度的柱体空间能获得最大
10、的换热面积(核心专利技术)。加之管程的冷媒水、壳程的氧化液均以高速相向流动，并产生紊流、湍流，大大强化换热效率、提高冷却速度，达到最大的冷却效果。84氧化液温度的数码显示和自动控制采用高精度数码温度表，Pcl00铂电阻传感器，通过控制压缩机的启动关闭，实施氧化液温的数显和自控。液温传感器外套聚四氟乙烯管，耐氧化液腐蚀，传感灵敏，控温分辩率可达o1。C。85制冷机组的智能控制(1)设置八重保护电路：高压保护、低压保护、过流保护、过热保护、缺水保护、延时保护、油压保护、区间保护，确保机组稳定、可靠运行。(2)配置变频控制器，压缩机根据负载变频运行，节约能源。(3)电流、电压均采用高精度数码显示电流
11、表、电压表。86整机的智能控制(1)配置PLC可编程程序控制器，实施操作的程序控制及设备的群控。(2)配置液晶屏全中文控制介面。(3)配置技术参数自动打印机，记录运行参数，便于运行状态分析。(4)配置遥控系统，通过程控电话线，实施机组运行的远程观察与调控。87配置溶液过滤柱，实施氧化液的循环过滤。88配置的制冷压缩机可使用环保型制冷剂，冷量能耗比值高，系环保、节能型产品。9结语(1)聚四氟乙烯和聚乙烯塑质冷却器具有耐蚀、高效、节能、安装简便、使用寿命长等特点，明显优于铅、钛、不锈钢冷却器，应用越来越广泛。(2)制冷一换热一智能控制一体化的制冷交换机组具有耐蚀、高效、环保、节能、安装简便，投产快
12、，智能化程度高等特点，较分离式的制冷一冷却系统，性能优越、功能齐全，省工、省料、省投资。参考文献电镀手册(第2版上、下册)张允诚，胡如南，向荣，国防工业出版社铝阳极氧化和表面处理技术，朱祖芳，国防工业出版社现代实用电镀技术，陈亚，张元诚，张绍恭，国防工业出版社电镀工艺手册，曾华梁，吴仲达等机械工业出版社建筑铝型材的阳极氧化和电解着色，暨调和，曾凌三，张国芝湖南科技出版社电镀工实用技术手册刘鹏飞，江苏科学技术出版社实用制冷工程设计手册，郭庆堂，吴建发中国建筑工业出版社【编辑：张德忠(上接第80页)压，经实验可知电压需控制在160V以下；电泳通电前工件在漆液中的浸泡最佳时间不超过80秒)，可获得色
13、泽鲜艳的具有极佳装饰性能同时具有耐性能好、使用寿命长的红色产品。23喷透明漆目前，国内已有数十条氟碳喷漆生产线，有个别厂家利用这种生产线来喷透明清漆，即将型材进行阳极氧化着色+喷涂透明清漆。采用该生产工艺方法所制造出来的产品质量与阳极氧化着色+电泳涂漆的方法所得的产品质量基本相当；而其装饰外观则完全相同。所以，红色着色后采用喷涂透明清漆的工艺则更加合理，可以避免电泳涂漆工艺的不足之处。综上所述所述，通过研究改进红色电解着色配方以及选择合理的电解着色工艺，彻底解决了着色不均的问题；同时选择合理的后处理工艺：热水洗+电泳涂漆或喷涂透明清漆，大大提高了红色着色铝合金型材的使用寿命以及获得极佳的装饰性能。【编辑：张德忠1234567；
