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在铝型材封孔处理中为何发生粉化
1:粉化的种类
封孔处理后在铝型材阳极氧化膜的表面生成的白色粉状物质通常统称为粉化,原来在JIS标准中定义为封孔灰;在JIS标准中定义的粉化是指因阳极氧化不良导致铝型材阳极氧化膜的表面生成粉状物质的现象;但是,阳极氧化不良导致的粉化、封孔产生的封孔灰、因环境或光线导致的起霜或白粉,也包含染色中发生的白斑等,这些现在也统称为粉化;
粉化发生的状态从用柔软的高级薄纸轻轻擦拭得到的极微量的白粉,到染色铝型材镍盐封孔中较少发生的大量绒状粉末,多种多样都会发生;这里将封孔处理后在阳极氧化膜表面出现的附着物全部视为粉化,尽量少用封孔灰的称谓;以下叙述粉化的产生原因和主要成分,也涉及减轻粉化和去除粉化的方法;
2:粉化的产生原因和主要成分
粉化发生在高压水蒸气封孔处理、沸水封孔处理、镍盐封孔处理等使用水的高温封孔处理的水合封孔处理中;上述封孔处理的机理都是阳极氧化膜的无水氧化铝添加水分子,由于其体积的膨胀阻塞了填充微孔;封孔处理的过程中,阳极氧化膜的无水氧化铝一旦溶解之后就会生成了含有1~3分子水的氧化铝;通过高温反应在铝型材阳极氧化膜表面析出的物质就是粉化,主要成分是含水的铝氧化物;
(1)高压水蒸气封孔处理
宫田聪认为在铝型材阳极氧化膜的无水γ-AI2O3中,添加1个水分子形成勃姆体,由于其体积膨胀而将孔阻塞;据赤堀等研究,高压水蒸气封孔处理时,在阳极氧化膜的表面形成层间含过剩水的假勃姆体AI2O3·nH2O(n=1.4~2.0)的针状结晶;这种粉化随封孔处理的压力增高、时间的延长而增加;
槽液温度高、氧化时间长等不合适的条件下形成的阳极氧化膜微孔孔口附近溶解时,阳极氧化膜的表层部分变得脆弱;封孔后擦拭铝型材表面时,阳极氧化膜剥落,呈现白色粉化状;这种粉化是由槽液中不溶的铝型材成分和假勃姆体构成的;
(2)沸水封孔处理
在80℃以上时形成含1分子水的假勃姆体,80℃以下形成含3分子水的拜耳体,阻塞、封闭微孔;可是,据甲田等研究,即使在接近100℃的温度下进行封孔处理,也只能得到接近无定形的Al2O3·2H2O的成分;
在沸水封孔处理中形成的粉化并不是结晶型勃姆体,可能是用Al2O3·nH2O(n=1.4~3.0)表示的无定形的勃姆体或接近拜耳体的物质;沸水封孔的粉化是比较轻微的;
(3)镍盐封孔是沸水封孔处理形成的氧化铝的水合物,加上镍盐水解生成的氢氧化镍共同封闭阻塞微孔的;正因为增加了氢氧化镍的生成,微孔的填充度较沸水封孔处理高;镍盐封孔处理中发生的粉化是氧化铝的水合物和氢氧化镍的混合物形成的,氢氧化镍的比例高;这是因为,在铝型材阳极氧化膜的表面因氧化铝的溶解生成了铝离子和铝的氢氧化物,镍离子容易和这些氢氧化物或复合氧化物共沉淀;
3:防止粉化的方法
粉化与铝型材阳极氧化膜表面的铝离子相关,其存在的量越大就越容易发生粉化;因此通过改善前处理工艺,可减少阳极氧化膜表面附着的铝离子;为了减少表面存在的铝离子,可在封孔溶液中添加能够络合或敖合铝离子的有机物质或某种界面活性剂;例如,可以使用木质纤维素酸、磺基水杨酸等有机酸及其碱金属盐;而且,作为抑粉剂,也使用萘磺酸的甲醛缩合物等界面活性剂;但是,其添加量和补充量很难控制,过多时封孔性能会降低;
为了减少封孔处理中的粉化,需要在正确的工艺条件下进行前处理、阳极氧化、染色、电解着色等处理工艺;在沸水封孔处理和镍盐封孔处理中使用纯水或去离子水;
(1)高压水蒸气封孔处理
①改变铝型材阳极氧化条件:降低槽液温度或采用高电流密度的缩短时间氧化,由于槽液多少会溶解氧化膜,因此应避免氧化膜表层部位的弱化;
②更新除灰槽液,加强除灰条件:提高溶液温度,提高浓度,延长处理时间;
(2)沸水封孔处理
①添加抑粉剂,适当pH的槽液管理,使用去离子水;
②适当的阳极氧化条件,适当的除灰条件;
③防止在前处理工艺中混入杂质,加强前处理工艺后的水洗;
(3)镍盐封孔处理
①与沸水封孔处理的①~③项相同;特别是槽液的pH值控制在5.6±0.2;
②适当补充封孔剂或抑粉剂,经常进行封孔槽液的更新、封孔槽液的过滤;
③防止从封孔槽提升时的干斑;封孔后的迅速进行强力水洗或喷淋水洗,缩短水洗前后的时间;
4:去除粉化的方法
①用湿润的海绵或布擦拭;
②在镍盐封孔中,采用将铝型材在水中浸泡一晚的方法,去除牢牢黏着的粉化物质;
③通过磨光去除粉化;
④通过将其浸泡在加入铝或镍离子的络合剂的溶液中去除粉化;
⑤也可以在硝酸水溶液中浸渍去除粉化,但可能会使其性能降低;
⑥使用市面销售的去粉剂去除;
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