探究鋁件及鋁合金陽極氧化膜的常規封閉技術

  前面我們就陽極氧化膜采用的封閉方法進行了初步的討論（導讀：鋁件陽極氧化膜最常采用的封閉方法）那么接下來我們一起探究陽極氧化膜的常規封閉技術有哪些：

  1.水合封閉

  水合封閉的原理是利用氧化膜表面和孔壁中的氧化鋁與水發生水合反應,使其本身體積增大而將微孔封閉,其反應式如下:

  Al2O3+H2O→2AlO(OH)→Al2O3?H2O

  水合封閉包括沸水封閉和蒸汽封閉,蒸汽封閉的效果比沸水封閉好,一般適用于裝飾性陽極氧化膜的封閉,但其需要高壓容器,不適合大型制品和流水線生產使用.沸水封閉是使用最為普遍的一種封閉方法,只需將氧化膜置于80～100℃的水中即可進行封閉,操作非常簡便,但存在如下缺點.

  (1)封孔溫度高,能耗大,實際操作溫度在95℃以上,同時封孔時間較長.

  (2)水質要求高,不能含有各種金屬鹽,同時封孔液pH值必須嚴格控制在515～615之間,造成槽液維護困難.

  (3)易產生粉霜,封孔品質難以保證.

  2.重鉻酸鹽封閉法

  此法是在強氧化性的重鉻酸鉀溶液中,并在較高溫度下進行的.封孔的原理為氧化膜和孔壁的氧化鋁與水溶液中的重鉻酸鉀發生下列反應.

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

  生成的堿式鉻酸鋁與重鉻酸鋁沉淀和熱水分子與氧化鋁生成的一水合氧化鋁及三水合氧化鋁一起封閉了氧化膜的微孔.在重鉻酸鹽封閉過程中氧化膜的外層孔是張開的,孔內充滿了Cr6+,Cr6+對腐蝕具有抑制作用.特別對于陽極氧化后殘留的H2SO4溶液部位,用K2Cr2O7封閉后能減緩H2SO4對Al的腐蝕,此封閉工藝對硬鋁和高強度鋁合金的抗應力腐蝕性能是有益的.

  重鉻酸鹽封閉技術簡便易行,耐蝕性能好,適用于以防護為目的鋁合金陽極氧化膜的封閉,但其具有致命的缺點,Cr6+劇毒且致癌,各國政府都在逐漸限制或禁止使用.

  3.水解鹽封閉法

  水解鹽封閉主要用于防護裝飾性陽極氧化膜染色后的封閉,其封孔原理為金屬鹽水溶液進入陽極氧化膜微孔內發生水解,產生金屬鹽氫氧化物沉淀將微孔封閉.所用金屬鹽有Ti、Ni、Cd、Zn、Cu、Al、Pb的醋酸鹽、硝酸鹽、硫酸鹽等.封孔過程包括下面3種反應:

  (1)水合反應產物將孔封住;

  (2)加水分解,在微孔中產生氫氧化物沉淀;

  (3)金屬與染料分子發生化學反應,形成金屬絡合物.

  4.低溫(常溫)金屬鹽封閉法

  低溫金屬鹽封閉技術是20世紀80年代初意大利等國開發的鎳氟體系低溫封閉技術.其封孔機理是基于吸附阻化原理,包括氧化膜的水合作用、金屬的水解沉淀作用和形成化學轉化膜作用,反應機理如下:

  Al2O3+12F-+3H2O=2AlF63-+6OH-

  (1)AlF63-+Al2O3+H2O=Al3(OH)3F6+3OH-

  (2)Ni2+2OH-=Ni(OH)2

  (3)式(1)是快反應,式(2)是慢反應,反應生成的OH-與Ni2+生成Ni(OH)2沉積于孔中,但沉積物中化學結晶沉淀的氟化物和氫氧化物比例因配合組成不同而不同.低溫封閉技術是我國建筑鋁型材陽極氧化占絕大多數的封孔方法.

  低溫封閉技術具有處理速度快、能耗低、封孔效果好等優點.缺點是低溫封閉槽液的pH值和氟離子頻繁調整,給工藝穩定性帶來極大危害,由于氟化物的使用,還會對環境造成污染.




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