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铝型材封孔工艺-水合封孔
铝型材表面生成的多孔膜层有很强的吸附能力,表面容易被污染;特别是在腐蚀性环境中,腐蚀介质进入孔内容易引起腐蚀,影响外观和使用性能;因此,经过阳极氧化的膜层不管着色与否,都要进行封孔处理,以提高铝型材氧化膜的抗蚀性、耐磨性等;
填充封孔:这类封孔主要采用一些惰性物质,如熔化状态的脂类、凡士林、石蜡,或一些成膜性能优良的液态物质、油漆、干性油等;这类封孔是以固体成分直接填充在铝型材表面氧化膜孔隙中以达到封孔的目的;这类封孔的特征是:封孔物质不和氧化膜内的铝型材氧化物发生化学反应,同时自身也不发生化学反应;这一方法操作过程比较复杂,且对环境安全防火有较高要求,同时在封孔前也需要对铝型材进行干燥处理,不便于规模量产;所以这一方法目前很少使用,只有在对耐蚀性有特殊需要的铝型材产品上才会使用;
反应封孔:这类封孔是采用水、无机盐水溶液对氧化膜的孔隙进行封闭的处理方法;这类封孔方法的特征是:封孔介质和氧化膜的铝型材氧化物及水发生化学反应,使孔隙内氧化物吸水膨胀或封孔剂中金属离子水解生成不溶性物质沉积在孔隙内共同完成封孔过程;这一方法由于操作简单,易于控制,是目前采用得最多的方法,本节着重介绍水合封孔处理;
水合封孔
水合封孔的本质是水合反应,是将具有很高化学活性的非晶质氧化膜转变为钝态的结晶质氧化膜的过程,其水解方程式如下:
AL2O3+nH2O→Al2O3·nH2O
这种水合反应结合水分子的个数为1~3个,与反应温度有关;
一种是在低于80℃,氧化膜中的Al2O3与H2O结合生成拜尔体Al2O3·3H2O,即:
γ-Al2O3+H2O=2AlO(OH)+2H2O=Al2O3·3H2O (8-6)
这种结合仅是物理结合,过程是可逆的;
另一种是在80℃以上的中性水中,氧化膜中的Al2O3与H2O化合生成勃姆体Al2O3·H2O,即:
γ-Al2O3+H2O→2AlO(OH)→Al2O3·H2O (8-7)
这就是通常所说的铝型材水合封孔反应过程,勃姆体的密度(3.014g/cm³)比Al2O3的密度(3.420g/cm³)小,体积增大约33%,堵塞氧化膜的孔隙从而达到封孔目的;如果是生成拜尔体,其体积会增大100%,但耐蚀性和稳定性差,并具有可逆性,水温越低可逆性越大,所以反应(8-7)才是需要的封孔水解方程式;
(1)热水封孔:采用热水封孔时,对水质的要求较高;为了维护水的质量,延长使用寿命,经阳极氧化后的铝型材在封孔前应进行充分清洗,最好是采用纯水进行清洗;
生产实践证明,用蒸馏水进行封孔时效率最高,特别是pH值在5.5~6,水温在100℃时,封闭30min几乎可达到100%的封闭效率;如用接近中性的自来水进行封闭,即使是在最理想的封闭温度下,也只能取得80%的封闭效率,而蒸馏水在80℃时就可以取得良好的封闭效果;
但采用中性蒸馏水封闭,在铝型材表面容易产生雾状,影响表面光度,采用微酸性的蒸馏水可得到良好的封闭效果;调节方法:可在水中加入0.003~0.01g/L磷酸氢二铵和0.006~0.01g/L硫酸调节,最好用醋酸来调节;热水封闭工艺条件如下:
温度:95~100℃ 时间:10~30min pH值:5.5~6 封孔速度:2~3min/μm
在沸水中也可添加适量的三乙醇胺或在封孔之前先将铝型材浸渍在3%左右的三乙醇胺溶液中数分钟(温度30℃左右),再进行沸水封孔,可节约2/3的时间;
(2)水蒸气封孔:蒸汽封孔是经阳极氧化后的铝型材在有一定压力的水蒸气中进行封孔的一种方法,水蒸气封孔对压力并没有严格的要求,但温度要保证在100℃以上,否则将失去蒸汽封孔的意义;温度越高,压力越大,封孔速度也就越快,但过高的温度会影响膜层的硬度和耐磨性,同时过高的温度也应考虑设备的耐压条件和安全因素等;
水蒸气封孔的效果比沸水封孔更好,但成本较高,只适用于要求较高的装饰性铝型材产品;与热水封孔相比,蒸汽封孔速度快,效果好,耐蚀性好,对水质和pH值的要求低于热水封孔,并且“粉霜”现象较为少见;蒸汽封孔还可以防止染料在水中的流色现象,加压蒸汽对氧化膜有压缩作用,可提高氧化膜层的致密性;
需要进行二次着色氧化的铝型材产品,第一次氧化着色后的封孔采用蒸汽封孔,在脱氧化膜进行二次氧化时表面均匀,质量更容易保证;
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