探究铝件及铝合金阳极氧化膜的常规封闭技术

  前面我们就阳极氧化膜采用的封闭方法进行了初步的讨论（导读：铝件阳极氧化膜最常采用的封闭方法）那么接下来我们一起探究阳极氧化膜的常规封闭技术有哪些：

  1.水合封闭

  水合封闭的原理是利用氧化膜表面和孔壁中的氧化铝与水发生水合反应,使其本身体积增大而将微孔封闭,其反应式如下:

  Al2O3+H2O→2AlO(OH)→Al2O3?H2O

  水合封闭包括沸水封闭和蒸汽封闭,蒸汽封闭的效果比沸水封闭好,一般适用于装饰性阳极氧化膜的封闭,但其需要高压容器,不适合大型制品和流水线生产使用.沸水封闭是使用最为普遍的一种封闭方法,只需将氧化膜置于80～100℃的水中即可进行封闭,操作非常简便,但存在如下缺点.

  (1)封孔温度高,能耗大,实际操作温度在95℃以上,同时封孔时间较长.

  (2)水质要求高,不能含有各种金属盐,同时封孔液pH值必须严格控制在515～615之间,造成槽液维护困难.

  (3)易产生粉霜,封孔品质难以保证.

  2.重铬酸盐封闭法

  此法是在强氧化性的重铬酸钾溶液中,并在较高温度下进行的.封孔的原理为氧化膜和孔壁的氧化铝与水溶液中的重铬酸钾发生下列反应.

  2Al2O3+3K2Cr2O7+5H2O=2AlOHCrO4+2AlOHCr2O7+6KOH

  生成的碱式铬酸铝与重铬酸铝沉淀和热水分子与氧化铝生成的一水合氧化铝及三水合氧化铝一起封闭了氧化膜的微孔.在重铬酸盐封闭过程中氧化膜的外层孔是张开的,孔内充满了Cr6+,Cr6+对腐蚀具有抑制作用.特别对于阳极氧化后残留的H2SO4溶液部位,用K2Cr2O7封闭后能减缓H2SO4对Al的腐蚀,此封闭工艺对硬铝和高强度铝合金的抗应力腐蚀性能是有益的.

  重铬酸盐封闭技术简便易行,耐蚀性能好,适用于以防护为目的铝合金阳极氧化膜的封闭,但其具有致命的缺点,Cr6+剧毒且致癌,各国政府都在逐渐限制或禁止使用.

  3.水解盐封闭法

  水解盐封闭主要用于防护装饰性阳极氧化膜染色后的封闭,其封孔原理为金属盐水溶液进入阳极氧化膜微孔内发生水解,产生金属盐氢氧化物沉淀将微孔封闭.所用金属盐有Ti、Ni、Cd、Zn、Cu、Al、Pb的醋酸盐、硝酸盐、硫酸盐等.封孔过程包括下面3种反应:

  (1)水合反应产物将孔封住;

  (2)加水分解,在微孔中产生氢氧化物沉淀;

  (3)金属与染料分子发生化学反应,形成金属络合物.

  4.低温(常温)金属盐封闭法

  低温金属盐封闭技术是20世纪80年代初意大利等国开发的镍氟体系低温封闭技术.其封孔机理是基于吸附阻化原理,包括氧化膜的水合作用、金属的水解沉淀作用和形成化学转化膜作用,反应机理如下:

  Al2O3+12F-+3H2O=2AlF63-+6OH-

  (1)AlF63-+Al2O3+H2O=Al3(OH)3F6+3OH-

  (2)Ni2+2OH-=Ni(OH)2

  (3)式(1)是快反应,式(2)是慢反应,反应生成的OH-与Ni2+生成Ni(OH)2沉积于孔中,但沉积物中化学结晶沉淀的氟化物和氢氧化物比例因配合组成不同而不同.低温封闭技术是我国建筑铝型材阳极氧化占绝大多数的封孔方法.

  低温封闭技术具有处理速度快、能耗低、封孔效果好等优点.缺点是低温封闭槽液的pH值和氟离子频繁调整,给工艺稳定性带来极大危害,由于氟化物的使用,还会对环境造成污染.




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