1．自然发色 自然发色是铝材通过阳极氧化处理时，基体自然生成了色彩，不需要再进行着色或染色。膜层的耐晒性很好，紫外线照射变色或褪色也极少，广泛被用于室外长期使用的建筑构件。 自然发色工艺主要有两类：因铝合金成分不同而生成不同色彩的叫合金发色法；铝合金成分相同而阳极氧化电解液不同而生成不同色彩的叫电解液发色法。 (1)合金发色法在阳极氧化时，铝材中的合金成分因种类和状态不同而出现下列情况： ①铝材在阳极氧化时出现残留物； ②出现难于阳极氧化的残留物； ③电解槽中阳极出现溶解物。这些残留物及溶解物大多残存或吸附在氧化膜中，这样，就因合金成分为主因素使铝材在阳极氧化时自然产生了色彩。 合金发色法的电解液只需采用一般的硫酸氧化溶液。各种铝合金自然发色膜色调见表2。 工业用自然发色的铝材大致有Al-Si合金(灰色系列)、Al-Cr合金(黄色系列)和Al-Mn-Cr合金(褐色系列)等。 合金发色时，支配发色的因素有以下几点： ①合金成分的种类； ②第二相的固溶与析出的状态； 表2各种铝合金自然发色膜色调(合金发色法)
③固溶体的区域的固溶浓度大小； ④析出区域的析出微粒大小； ⑤合金成分与电解液组成、温度以及反应； ⑥电流的类型，电压大小，膜的厚度； ⑦结晶方位。 因此，合金发色工艺所使用的合金铝材的选择、工艺管理是使产品得到均一色调的特别重要的条件。 不同的成分，热压延温度与热处理温度等对色调大有关系。以常用的Al-Si合金为例，硅含量、热压延温度与膜的色调见表3。 表3 Al-Si系合金硅含量、热压延温度与膜的色调
除了铝的材质以外，电解条件也是使膜的色调均一的重要因素。特别是电解液的温度、电流密度与电解时间对色调的浓淡有很 大的影响，必须认真管理。 有代表性的合金发色工艺如下。 ①Al-Si合金-灰色 配方如下：
②AI-Mn-Cr合金：(Mn0.2％～0.7％、Cr0.2％～0.5％)—褐色或黄色
批量生产时，色调浓淡的固定是根据电流密度、电解时间来确定的。 (2)电解液发色法 这是以电解液的成分作为主要发色因素的阳极氧化着色法。以前一般采用草酸法，即在5％～l0％草酸溶液中阳极氧化，铝或铝合金可生成从草黄色至青铜色的膜层。但近年来开发了一些实用工业化生产的工艺，这些电解液发色法共同处理条件如下。 ①电解液作为电解液主要成分而选用的电解质，应在水中溶解度高，离解度较大，而且能生成多孔的阳极氧化膜。一般用有机酸，例如下列几种： a．二羧酸(例如草酸、顺丁烯二酸、丙二酸)； b．芳香族磺酸(例如磺基水杨酸、邻苯二甲酸)； C．磺基羧酸盐(例如磺基顺丁烯二酸)； d．氨基磺酸(例如氨基磺酸)。 目前在这些电解液中一般要添加适量的硫酸。这些硫酸的添加除有使电解液导电度提高，电解时电压降低的效果外，还有使氧化膜多孔、发色时色泽均匀的作用。 一般电解液的组成如下： 主要酸(有机酸)50～300g／L； 辅助酸(硫酸)1～10g／L。 ②电解液温度20～30℃。 ③阳极电流密度1.5～3A／dm2。 若要发色性好，且能在短时间内得到厚膜时，应采用较高的电流密度。 ④电解电压初期30～60V，最终50～80V。 最终电压关系到发色膜色泽的深度，异常高的电压会发生边缘烧熔的情况，工业上宜采用“定电流一定电压”的方式(电解时定电流后，当电压达到最高电压就定电压电解)。 ⑤电解时间30～90min。 ⑥膜层厚度15～40pm。 ⑦典型的溶液成分： a．磺基水杨酸+硫酸； b．邻苯二甲酸+硫酸； C．顺丁烯二酸+草酸+硫酸； d．脂肪酸+芳香族酸； e．苯酚磺酸+硫酸。 如在顺丁烯二酸一硫酸混合液中，含铝99．9％的纯铝可氧化成金色；含铝99％的铝氧化成黄棕色；铝一镁合金氧化成黄棕色；铝一锰合金氧化成黑色。氧化膜的色调随时间的延长而越来越深。 ⑧电解液发色法参考配方：． a．青铜色
b．黄褐色
C．黄一红
d．蓝一黑
e．军绿色
以上工艺操作若采用直流电，工件挂在阳极；若采用交流电就不存在阴极和阳极了。 2．金属盐电解着色铝材进行阳极氧化后，在金属盐的电解液中进行第二次电解着 色，或者在阳极氧化的电解液中添加金属盐，这样在阳极氧化膜生成的同时膜也着上色了，这种电解液中的金属盐在电解时以金属或化合物的形式，在多孔膜中沉积成着色膜的方法称“金属盐电解着色”。 目前，应用最广的是交流电解着色法。这个方法是在阳极氧化(第一次电解)后，再在含金属盐的电解液中交流电解(第二次电解)着色。此法的代表技术是日本开发的浅田法(也有称Anolok法)。它的概况如下。 (1)阳极氧化(第一次电解)处理技术硫酸膜、磷酸膜和草酸膜都适用。但膜无色透明、着色性好的硫酸氧化膜最适用，也得到普遍使用。像通常的硫酸膜处理条件一样，必须加强对电解液的温度、电流密度和电解时间等有可能影响着色的各因素的管理，才能得到均匀的着色膜。 (2)电解着色(第二次电解)处理技术 电解液应有下列组成。 ①金属盐(如NiS04等)或金属氧化物酸盐(如Na2Se03等) 阳极氧化后浸到不同金属盐中着色，得到不同色泽，如在二价铜溶液中得到浅红色至黑色；在镍盐中得到琥珀色至黑色；在钴盐中得到绿色；在银盐中得到淡黄色至黑色；在铅盐中得到古铜色；在锡盐中得到浅青铜至黑色；在钼盐中得到金黄色；在硒盐中得到亮金色等。 若在两种不同的金属盐溶液中交替电解处理，可得到更多的颜色组合。如先在铜盐再在镍盐中电解，可得到巧克力色；先在银盐再在镍盐溶液中电解，得到青莲色；先在银盐再在铜盐溶液中电解，可得到绿色。 这种交流电解适用的金属盐有：AgN03，Cd(Ac)2，CuS04，SnS04， Zn(Ac)2， MnS04， MgS04， NiClz，Pb(Ac)2，FeS04等。 ②附加剂 在着色电解液中加入附加剂，其作用主要是防止着色氧化膜产生斑点或局部产生裂纹。其原因可能是由于氧化膜电阻不均匀，也可能是剧烈放氢所造成的后果，加入附加剂对这种现象有明显的抑制作用，从而能形成均匀的深色膜。常用的附加剂有硫酸镁、氯化镍、硫酸铝、硫代硫酸铵、硫氰酸铵、草酸铵、磺酸、羧酸及葡萄糖等。 此外，某些电解液在室温形成结晶，加入氯化镍可以消除这个缺点。而硫酸铵、酒石酸等附加剂可明显提高电解液的电导率。常用交流电解着色的成分与工作规范见表4。 表4常用交流电解着色的成分与工作规范
③其他色调深浅，可通过调整电压与处理时间取得。电解时间长，膜层由浅变深，但时间一般最多不超过10min。电流密度大，色调深。电压高，色调也深，但电压过高会击穿氧化膜。电解槽内辅助极板导电性不同，色调深浅也会不同，如用铝板或不锈钢板着出的色调就不一样。 金属盐的浓度越高，色调越深。电解液的温度和pH对色调的深浅也有一定影响。交流电解着色，可同时挂两排工件，不用辅助极板。 除了交流电解着色法外，还有直流电解法、直流一交流变换法和特殊波形法，由于采用新的电源方式，取得质量和产量都提高的效果。 无论用何种方法着色，着色后都要进行封闭。 3．双重着色 铝材自然发色或交流电解着色后，色泽持久并对室外环境的日晒夜露有良好的抗蚀力，但美中不足的是这些工艺色调少，且以暗色为主。 能不能在保持良好耐蚀耐候性能的前提下得到更多的色调呢?前几年开发了先电解着色再染料染色的双重着色法，这种新的组合色调可达几十种。 双重着色的工艺流程如下： 硫酸直流阳极氧化→水洗→交流电解着色→水洗→染料染色→水洗→封闭处理→干燥。 需要注意的是，应该按先电解着色再染色的次序，这个次序不能颠倒，不能先染色后电解着色，若先染色再着色，氧化膜内吸附的染料将阻碍电解着色物质的沉积，而且电解着色的溶液往往呈强酸性，又会使染料渗出，造成色泽不均匀，耐光性、耐候性都要降低。 整个工艺过程的严格管理，对保证双重着色法的质量非常重要。其工艺条件与注意事项如下。 (1)直流阳极氧化工艺 铝材的色泽是由电解着色、染色和表面吸附的染料浓度决定的，而染色的关键是阳极氧化膜的质量(构造、厚度等)，因此氧化膜的质量对耐光性、耐蚀性起决定性的作用。 常用阳极氧化溶液成分与工作规范如下：
以上条件若变动过大，则膜的质量也受影响。 (2)阳极氧化后的水洗 阳极氧化后，应用冷的流动水彻底清洗，防止带入铝离子和残存硫酸造成着色的故障。可简便地根据膜上酸性程度来了解有没有洗净。流动水的水温也不能太高，高了会造成膜的封闭而着不上色。 (3)交流电解着色工艺交流电解着色的成分与工作规范见表4。 (4)电解着色后的水洗 电解着色溶液的金属盐不能进入染色液，因此彻底水洗十分必要。一般先在流动冷水中洗10min左右， 再在去离子水或蒸馏水中洗2～3min。 (5)染色工艺 染色的染料一般用水溶性酸性染料或中性染料。平时要控制好温度、pH、时间及上色率等。上色率很重要，因为易受下列原因干扰： ①从阳极氧化液水洗不彻底带入的铝离子和硫酸根离子； ②染料本身包含的盐析剂，如硫酸钠等； ③调节pH加入的酸和碱； ④染色液中工件氧化膜溶解生成的铝离子； ⑤其他不纯物的带入(如夹具、篮筐等)。 特别是铝离子的增加，它能与染料分子结合，降低氧化膜的吸附性能，即使提高染料浓度也无济于事。 (6)封闭处理经双重着色后，在流动水中清洗，然后进行封闭处理。可采用蒸汽封闭或封闭液封闭。常用封闭工艺如下：
配制时应使用去离子水或蒸馏水，pH控制在5．3～5．6。 (7)干燥按一般工艺进行。 4．漂油法着色 为了得到更多花色，采用阳极铝氧化后，先进行第一次交流电解着色，一般着浅色，然后水洗吹干，再在表面漂有植物油的另一个电解槽中进行第二次交流电解着色，一般是深色，由于漂油无规则地封闭了一部分铝氧化微孔，使第二次交流电解出来的工件表面呈现层次分明抽象的花色图案。 漂油法着色的工艺流程如下： 硫酸直流阳极氧化→水洗→第一次交流电解着色→水洗→40℃热风吹干→第二次在表面有漂油的电解槽进行交流电解着色→水洗→封闭处理→千燥。 操作要注意下列两点。 ①第一次交流电解着色后，要吹干，用40℃左右热风吹，温度过高会封闭氧化膜微孔，影响第二次交流电解着色效果。 ②第二次着色槽表面的漂油采用植物油(菜油或豆油)，用喷雾器喷在着色液表面，还要按着色液表面积，每平方米喷8～16ml。 |
