surface treatment
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铝型材电解着色颜色不均匀的原因
日本工业标准JIS H0201-1998“铝及铝型材表面处理条款术语”中,颜色不均被定义为完成的色调在铝型材的某部分上呈现不同的外观颜色;无论是铝型材阳极氧化染色中,还是在涂装中都会产生颜色不均,电解着色的颜色不均是更难解决的;
1:阳极氧化处理的影响
下图所示为典型的铝型材电解着色颜色不均的实例;阳极氧化膜自身的局部不均匀(阳极氧化膜厚度、阻挡层厚度、单元胞尺寸等)是形成电解着色不均匀的原因;
在铝型材阳极氧化处理中,阳极氧化溶液浓度、槽液温度、电流密度的正确管理是比较重要的;阳极氧化反应表面温度的不均匀常常会产生颜色不均;溶液循环、溶液搅拌的不正确也会引起表现温度的分布不均,因铝型材的局部环境不同而形成不均匀的阳极氧化膜,在随后的电解着色中形成颜色不均;不能忽略阳极氧化铝型材的表现温度(微孔的内部和出口处),其比阳极氧化槽液温度更为重要;
2:氧化铝凝胶的影响
可是,即使铝型材阳极氧化膜均匀也会产生颜色不均;其原因之一就是阳极氧化膜微孔中的强氧化铝AI(OH)3;在阳极氧化膜微孔中形成氢氧化铝的过程已经在参考文献[1]中说的很清楚了;
下图所示为铝型材阳极氧化膜的微孔中形成氢氧化铝凝胶的模型图;在阳极氧化过程中产生的铝离子也存在于微孔中;电解着色反应时,氢离子在阴极被还原,微孔内部呈碱性,由于铝离子没有内还原,所以形成了氢氧化铝;氢氧化铝成为阳极氧化膜微孔中的电阻性物质;还有,微孔中的氢氧化铝形成了阳极氧化后水洗水和电解着色液的杂质铝离子;这种因铝型材局部不同而引起的氢氧化铝的分布不均,在形成电阻时,就会引起局部电流降低、电解析出量的不均匀;
(金属氢氧化物凝胶的形成)
3:分布能力
因电流分布不均导致颜色的不均,在大型铝型材或形状复杂的铝型材中也会发生,这被称为分布能力;一般的,电解着色与硫酸阳极氧化相比,其电流分布的均匀性比较差;距离铝型材电极远的部分的电流密度比近的小,由此形成浅色;而且,铝型材周边部分比中央部分的电流密度更大,也就形成深色;这就是所谓的边缘效应;相反地,周边部位比中央部位颜色浅的现象称为逆边缘效应;在电解着色条件中,若能避免边缘效应和逆边缘效应,就能得到周边和中间位置都均匀着色的条件了;现场经常采用对极屏蔽法和替代电机法等使电流分布均匀的方法;为了调整电解着色溶液的电导率,可在添加剂和电解波形上下功夫;通过电解着色溶液中的阳极处理,调整阳极氧化中的阻挡层厚度分布,也有改善分布能力的作用;
4:铝型材基体的影响
铝型材基体局部存在金相组织、物理性质的不均匀,导致发生前处理引起反射率的局部差异,被判断为光学上的颜色不均;周所周知,这种情况不限于电解着色;现已发现铝型材基体的局部物理性质如电导率的差异,会产生电解着色电流分布的差别,也会引起颜色深浅的变化;
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