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铝型材电解着色的基本原理及特点
电解着色是将经阳极氧化后的铝型材清洗后,置于无机盐电解质溶液中进行交流电解,溶液中的金属离子渗透到膜层孔隙底部还原沉积从而使膜层显色的方法,也称为二次电解着色;对于干涉着色,在着色之前需用磷酸阳极氧化使膜层毛细管孔扩大,这时也称为三次电解着色;
电解着色的基本原理
铝型材表面氧化膜由致密的阻挡内层和多孔外层组成;薄而致密的阻挡内层具有半导体特性,在靠近金属一侧的氧化层里有过多的铝离子,而靠近电解液一侧则有过剩的氧离子(O^2-),因此阳极氧化层存在着一个具有半导体特性的p-n结;也正因为这样,电解着色体系相当于一个由电阻、电容和半导体二极管组成的等效电路;在交流电解过程中,负半周时,着色铝型材呈阴极,由于电压波形的畸变,阴极电流增大,阻挡层强烈吸引金属离子并使之获得电子被还原沉积在阻挡层表面;正半周时,着色铝型材呈阳极,沉积金属离子及铝型材基体发生缓慢氧化作用,使阻挡层缓慢增厚,沉积金属被缓慢氧化;电解液中金属离子被还原与缓慢氧化作用交替进行,以胶体微粒和少量氧化物的形式沉积在氧化膜孔底3~6μm处,通过沉积金属的多少及被缓慢氧化的最终形式和比例而显现出不同的色调;这种电沉积出的金属颗粒直径是不均匀的,同时这些颗粒的分布也并非均相而使经电解着色后的膜层显现出不同的色彩;特别是当金属沉积量较多时,显色色彩的范围要更宽一些;但应注意的一个问题是在电解着色时所沉积的金属粒径的分布随着金属种类的不同而有较大的差异;电解着色和前面所讨论的染料染色其色素体在毛细管中的位置是不同的,电解着色其色素体在毛细管的底部;
从理论上讲,凡能从水溶液中电沉积出来的金属都可以用在电解着色上,但在实际生产中只有锡、镍、钴等少数几种金属具有实用价值,铜单独使用不多;所以电解着色的色调除铜单独使用呈红色外,其他基本上都是由青铜到黑色;电解着色的色调变化主要受两个方面因素的影响;其一是电解着色所选金属离子种类和金属的沉积量;其二是氧化膜厚,一般要求氧化膜厚度为8~20μm;在这两种因素中以第一种因素的影响最大;
以上是硫酸阳极氧化膜层为底层所进行的电解着色,其色调主要取决于电解着色的工艺配方及电解电压,下面来看看磷酸阳极氧化膜的电解着色情况;磷酸阳极氧化时间对铝型材电解着色的膜层颜色有很大的影响,随着氧化时间的延长,得到的色彩增多,以磷酸阳极氧化后再经镍盐交流电解着色为例来说明颜色与磷酸阳极氧化时间的关系;当磷酸阳极氧化10min、20min后,经电解着色只能在窄小的范围内得到变化不大的色彩,当阳极氧化时间达到40min以上时,经电解着色后开始得到多种变化的颜色,当阳极氧化达到60min时,经电解着色后几乎可以得到所有的颜色,此时的颜色变化顺序为:暗棕色→蓝色→黄色→橙色→红色→暗红绿色→绿色→暗红紫色→黑色;由此可以看出,电解着色得到的膜层颜色由磷酸阳极氧化的时间决定;
2:电解着色的特点
由于铝型材电解着色时在氧化膜孔隙内沉积的金属粒子对氧化膜层本身的结构影响很小,所以电解着色后的型材表面与硫酸阳极氧化膜层的硬度和耐磨性能相同;
由于电解着色是依靠无机金属微粒在氧化膜层孔隙内的沉积来完成的,所以经电解着色后的氧化膜层具有极好的耐紫外线照射性能,特别适用于室外使用的建筑铝型材的防护与装饰;
由于电解着色的色素体时是无机物,所以具有极好的耐热性能;在500℃的环境中放置1h亦不会有明显变化;氧化膜在电解着色过程中增加了阻挡层厚度,所以电解着色具有国际公认的很好的耐蚀性能;
交流电接着色的关键是电解液的选择,要求电解液有良好的导电性和渗透性,易于铝型材着色且色差小,成本低,稳定性好,同时在电泳时沉积在孔隙底部的金属氧化物色素体不易泳出,着色层不发生脱落现象;
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