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，染色時染料被吸附在孔隙表面上并向孔內(nèi)擴散、堆積，而且與氧化鋁進行離子鍵、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)挕⑸珴甚r艷等優(yōu)點而用于室內(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,每個晶胞中心有一個膜孔,并具有極強的吸附力,當氧化過的鋁制品浸入染料溶液中,染料分子通過擴散作用進入氧化膜的膜孔中,同時與氧化膜形成難以分離的共價鍵和離子鍵.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,同進增加氧化膜的耐蝕、耐磨等性能.

1 試驗方法

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 試驗材料與工藝流程

試驗材料是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行試驗。

1.3 脫脂工藝與注意事項

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的產(chǎn)生而導(dǎo)致型材報廢。

1.4 堿蝕工藝與注意事項

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℃, 處理時間: 7～13分鐘。堿蝕時間的控制對染色后顏色的鮮艷度有很大的影響，當堿蝕時間過短，表面砂面小，光澤高，染色后，顏色過于鮮艷，達不到柔和光澤的效果；而當堿蝕時間過長，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,每一天需要根據(jù)當天堿槽的堿腐蝕速度，對照標準色板的砂面選擇具體的堿蝕時間，以達到最佳的表面效果。

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，當電流密度越高其孔徑就越大，反而氧化膜孔的數(shù)量就越?。环粗旊娏髅芏仍降推淇讖骄驮叫。炊趸た椎臄?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)實踐中證實，當電流密度由0.8A/dm²增加到1.6A/dm²時，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

在試驗中，氧化槽液溫度對染色的影響非常明顯，當溫度在18℃以下時其上色時間很長，甚至不能達到標準色板的底色要求或顏色深淺要求；而當溫度在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。當溫度在18至21℃氧化時，染色時間在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孔作用，進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，最后將溫度定在18--21℃進行氧化。

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

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、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

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)標準色板的要求,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600和900的混合染料濃度高于6.5g/L時，顏色會改變:偏青灰；當600和900的混合染料濃度低于3.5g/L時，顏色也會改變: 偏黃。當混合染料濃度在4～6g/L時，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)的標準色板，通過控制染色時間的長短,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

通過試驗得出，600灰色染料的上色速度比900黃色染料慢。這代表兩個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，必須按照單個染料的各自消耗量進行補充添加，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℃,其封孔時間為10分鐘(15μm)。普通陽極氧化膜的封孔時間按照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，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，它的顏色比較獨特，裝飾效果非常美觀。在批量生產(chǎn)時,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。