[发明专利]经阳极极化处理的铝表面进行电解金属盐染色的方法

说明书

本发明是关于经阳极极化处理的铝和铝合金表面，进行电解金属盐染色的方法。该法在酸性溶液中，通过直流电的作用，在金属表面上产生一层称为氧化物膜层，接着，使用含有锡(II)盐的电解质，借助于交流电的作用，使氧化物层染色。

众所周知，由于铝具有碱金属的特性，其表面覆盖了一层天然的氧化物层，膜层的厚度一般小于0.1μm(Wernick，Pinner，Zurbrugg，Weiner；“Die Oberflachenbehandlung Von∧lumiuium”，第二版，Eugan Leuge Verlag，Sanlgan/Wutt，1977)。

用化学方法(例如用铬酸)，可能产生较厚的可变化的膜层，这些膜层的厚度为0.2～2.0μm，并形成为一层优良的耐腐蚀层，而且，这些氧化物层是漆膜和釉子的良好基底，然而，它们却难以染色。

用电解氧化铝的方法，可获得相当厚的氧化物层，这种方法称为阳极极化，老的术语也称为铝的阳极极化处理法(Eloxalprocess)。推荐使用的电解质为硫酸、铬酸或磷酸。有些方法也使用有机酸，如乙二酸、顺丁烯二酸、苯二酸、水杨酸、磺基水杨酸、磺基苯二酸、2，3-二羟基丁二酸(酒石酸)或柠檬酸等。

然而，硫酸用得最广泛。在本方法中，取决于阳极极化的条件可得到氧化物层厚度高达150μm。对于室外应用，如表面嵌板或窗户构件，膜层厚度为20～25μm就已足够了。

氧化物层由相当紧密的防护层组成，它直接出现在金属铝表面上，厚度高达0.15μm，厚度的大小取决于阳极极化条件，该氧化物层是一个多孔的X-射线-无定形的覆盖层。

在10～20伏电压及由此所得电流密度下，以18～22℃温度，在10～20％硫酸中有规律地进行阳极极化处理15～60分钟，这些条件取决于所要求氧化层的厚度和不同用途的要求。

这样产生的氧化物层对许多不同的有机与无机染料具有高的吸收能力。

染色之后，将已染色的铝氧化物表面用沸水处理一段时间，或用过热蒸汽处理进行密封。在此过程中，表面上的氧化物层转化为水合物相(ALOOH)，由于体积增大，空隙紧闭，由此“密封”了铝氧化层，由于被密封的铝氧化层有高的机械强度，封闭了的染料和衬底金属获得了良好的保护。

而且，有许多方法，采用含有NiF₂溶液处理能进行所谓的冷密封。

在染色阳极极化过程中(整个工艺过程)，染色伴随着阳极极化作用进行，但是，为此需要特殊的合金，由于这样，某些合金成分将在形成的氧化层中作为颜料而存留下来并产生染色效果。在高于70伏电压下，在有机酸中，阳极极化作用最为有效。然而，颜色只限于褐色、古铜色、灰色和黑色。虽然这些方法产生耐晒性、耐候性极好的显色作用，最近，它的应用范围受到限制。这是因为这种方法需要高的电流，高的电解温度，没有昂贵的冷却装置是不能操作的，因而是不经济的。

在多孔的受过阳极极化处理的氧化层中，加入有机染料，能导致吸收染色。

产生的颜色基本上可以是所有的颜色，其中包括黑色，而基底的金属特性基本维持不变，但是，所述方法有一缺点，许多有机染料耐晒性能低，所以，建筑管理机构只允许少量染料于室外使用。

对无机吸收染色方法也有所了解，这些方法可分为一浴法或多浴法。一浴法是，将要染色的铝部件浸泡在重金属盐溶液中，由于电解作用，适当染色的氧化物或氢氧化物水合物沉积在孔隙内。

在多浴法中，将要染色的结构件浸在反应组分(reaction partners)溶液中，反应组分各自独立地渗入到氧化物层的空隙中，并在那里形成颜料。但是，这种方法尚未找到更广泛的应用。

吸收方法具有固有的缺点，即颜料只进入最外层区，为此，上部颜料的机械应力由于磨损而可能减弱。

电解染色方法，从三十年代中期已被人所知，电解染色方法，在重金属盐溶液中，通过用交流电可使受过阳极极化处理的铝表面染色。这里，首先使用过度系列的主要元素，如Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu，特另是Sn。重金属盐大部分使用硫酸盐，用硫酸将PH值从0.1调到2.0，使用电压为10～25伏，及由此产生电流密度。反电极分别可用石墨或不锈钢或如溶解在电解质里相同的材料。

所述的方法，在交变电流第一个半循环过程中，重金属颜料沉积在阳极氧化物层的孔隙内，在此过程中，铝为阴极，而在第二个半循环中，通过阳极氧化作用，铝层进一步增强，重金属沉积在孔隙的底部，由此，使氧化物层被染色。