CN111218704A - 一种用于竖吊式电解槽的单锡盐电解着色方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于竖吊式电解槽的单锡盐电解着色方法，所述方法包括工艺步骤：步骤S1.铝制品的表面净化处理；步骤S2.氧化膜的制备：将表面净化处理后的铝制品置于氧化槽中，所述氧化槽中硫酸浓度为170～180g/L，铝离子浓度为12～16g/L，氧化温度为16～17℃、电压为12.0～18.0V，进行阳极氧化30～60min；步骤S3.电解着色：将氧化后铝制品置于电解槽中，其中单锡盐电解液的pH为0.5～0.8，电解温度为18～20℃，交流电源的电压为16～18V，铝制品在循环的单锡盐电解液中电解着色200～250S；步骤S4.水洗后处理。本发明提供的用于竖吊式电解槽的单锡盐电解着色方法，能得到颜色鲜艳均匀、金属质感强的香槟色铝制品，且大大减少含镍废水及废渣的排放，降低企业排污成本。

Description

一种用于竖吊式电解槽的单锡盐电解着色方法

技术领域

本发明涉及铝制品表面处理技术领域，特别涉及一种用于竖吊式电解槽的单锡盐电解着色方法。

背景技术

电解着色是铝制品表面处理的常用方法，通过电解着色，不但能使铝制品具有装饰效果，还能提高铝制品的耐腐蚀性。现有的铝制品电解着色工艺中，通常采用竖吊式氧化电泳着色生产线，竖吊式氧化电泳着色生产线的电解槽体高度7米、长9米、宽3米，其体积一般约200立方，要保证铝合金型材在竖吊式氧化生产线电解着色生产颜色均匀、稳定比较困难。以长度为6.5米的铝合金型材为例，要确保同一型材质检以及同一根型材上、下两端电解着色后颜色均匀一致才能算成品，否则就是废品。为了保证颜色的均匀性，现有技术中常采用传统的锡-镍混合盐作为电解液进行电解着色，这主要是因为锡-镍混合盐电解着色的工艺成熟、稳定，生产过程容易控制，但是传统的锡-镍混合盐电解着色工艺中含有重金属“镍离子”，而在电解着色工艺中镍离子作用主要是和亚锡离子竞争放电，但并没有像亚锡离子一样沉积到铝合金型材氧化膜孔内，几乎都随铝材水洗后排放掉。重金属镍对环境和人体危害极大，镍极其化合物对人皮肤黏膜和呼吸道有刺激作用，可引起皮炎和气管炎，甚至发生肺炎，镍盐毒性强，特别是羧基镍有非常强的毒性，因为它容易挥发，又易溶于脂肪组织，很容易进入细胞膜内，而且与蛋白质及核酸结合力很强，据相关文献报道：镍具有积存作用，在肾、脾、肝中积存最多，可诱发鼻咽癌和肺癌。

现有技术中，也有采用单锡盐作为电解液进行电解着色，但通常采用卧式电解槽，而对于竖吊式电解槽，由于电解槽的体积较大，采用单锡盐作为电解液常存在着色不均匀，产品质量不稳定的问题，进一步导致铝制品的耐候性差。

可见，现有技术还有待改进和提高。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种用于竖吊式电解槽的单锡盐电解着色方法，旨在解决现有技术中铝制品的着色氧化工艺中，采用竖吊式电解槽时，单锡盐电解液着色存在着色不均匀，产品质量不稳定，铝制品的耐腐蚀性变差的缺陷。

为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：

一种用于竖吊式电解槽的单锡盐电解着色方法，其中，所述方法包括工艺步骤：

步骤S1.铝制品的表面净化处理：包括脱脂、碱洗及水洗；

步骤S2.氧化膜的制备：将表面净化处理后的铝制品置于氧化槽中，阳极氧化30～60min，所述氧化槽中硫酸浓度为170～180g/L，铝离子浓度为12～16g/L，氧化温度为16～17℃，氧化电压为12.0～18.0V；

步骤S3.电解着色：将氧化后的铝制品置于含单锡盐电解液的电解槽中电解着色200～250s，其中，电解液的pH为0.5～0.8，电解温度为18～20℃，交流电源的电压为16～18V；

步骤S4.水洗后处理：将电解着色后的铝制品用水冲洗干净，得到单锡盐电解着色后的铝制品。

所述用于竖吊式电解槽的单锡盐电解着色方法中，所述步骤S3中，交流电源的正半波与负半波的工作时长比值为2～4∶1。

所述用于竖吊式电解槽的单锡盐电解着色方法中，所述交流电源的正半波与负半波的工作时长比值为2∶1。

所述用于竖吊式电解槽的单锡盐电解着色方法中，所述步骤S3中，锡盐电解液的循环速度为6～8次/h。

所述用于竖吊式电解槽的单锡盐电解着色方法中，所述步骤S3中，锡盐电解液包括：硫酸亚锡6～10g/L，游离硫酸20～25g/L，添加剂10～15g/L。

所述用于竖吊式电解槽的单锡盐电解着色方法中，所述添加剂包括络合剂、缓冲剂、抗氧化剂、表面活性剂。

所述用于竖吊式电解槽的单锡盐电解着色方法中，所述抗氧化剂包括硫酸亚铁和硫酸联氨。

所述用于竖吊式电解槽的单锡盐电解着色方法中，所述步骤S2中，氧化温度为16±0.2℃，氧化电压为16.0V。

有益效果：

本发明提供了一种用于竖吊式电解槽的单锡盐电解着色方法，采用单锡盐电解液进行着色，通过优化工艺步骤及参数，能得到颜色鲜艳均匀、金属质感强的香槟色铝制品，且大大减少含镍废水及废渣的排放，降低企业排污成本，并且整个方法步骤简单，电解着色后无需进行封孔，减少了工艺环节，节约能源和时间。与现有技术相比，具有以下有益效果：

(1)改变电解着色工艺中交流电源的正负弦波的工作时长，使正半波与负半波的工作时长约为2-4:1，从而延长正弦波的工作时长，使阴极附近金属离子能更好的扩散均匀，避免因阴极附近浓度梯度大造成的着色不均；

(2)加大电解槽中电解液的循环速度，将槽液的循环速度提高到原来的三倍以上，使槽液浓度上下均匀，从而改善着色效果的均匀性；

(3)添加硫酸亚铁作为抗氧化剂，一方面提高锡盐的稳定性，另一方面促进溶液的导电性能和金属离子的扩散速度，从而弱化电流的边角效应；

(4)优化氧化膜的制备步骤，通过调整温度及氧化电压，使制备的氧化膜孔径均匀，大小适中，并且能控制孔径大小在20nm左右，适合金属离子的扩散通过，提高后续的着色效果及产品的耐候性。

具体实施方式

本发明提供一种用于竖吊式电解槽的单锡盐电解着色方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

一种用于竖吊式电解槽的单锡盐电解着色方法，所述方法包括工艺步骤：

步骤S1.铝制品的表面净化处理：包括脱脂、碱洗及水洗。所述脱脂为将铝制品置于13％～15％的硫酸槽液中3～5min，然后用清水冲洗干净。所述碱洗为将脱脂后的铝制品置于4.0％～5％的氢氧化钠槽液中5～10min，然后用大量清水冲洗干净。通过表面净化处理，可将铝制品表面的油脂、污渍进行去除，从而使铝制品表面洁净，便于后续氧化膜的制备。

步骤S2.氧化膜的制备：将表面净化处理后的铝制品置于氧化槽中，所述氧化槽中硫酸浓度为170～180g/L，铝离子浓度为12～16g/L，氧化槽液温度为16～17℃、电源电压为12.0～18.0V，进行阳极氧化30～60min，可得到表面覆盖有氧化膜的铝制品。

上述步骤S2得到的覆盖于铝制品表面的氧化膜，其外表面为多孔质层，而氧化膜的底层与铝基体相连接触的地方为活性层。所述多孔质层的孔径大小及分布情况，是影响铝制品表面电解着色效果的关键因素之一，而多孔质层直径的大小及均匀程度与氧化槽液的温度及氧化电压的大小密切相关，温度越高，则形成的氧化膜的孔径越大，反之则小，而电压越高，则形成的氧化膜的孔越小，太低则无法氧化成膜，但是温度及电压的高低同时也会影响氧化膜的极限厚度及硬度，当控制氧化温度为16～17℃，电压为12.0～18.0V时，可获得孔径大小适合，且氧化膜的硬度适中的氧化膜。优选的，当氧化温度为16±0.2℃、电压为16.0V时，可获得孔径为20nm的氧化膜。

步骤S3.电解着色：将氧化后的铝制品置于含单锡盐电解液的电解槽中，其中，单锡盐电解液的pH为0.5～0.8，并控制交流电源的电压为16～18V，温度为18～20℃，在单锡盐电解液不断循环的条件下，将铝制品电解着色200～250s，可得到色泽鲜艳、金属质感强的香槟色铝制品。

具体的，上述步骤S3中，所述锡盐电解液包括：硫酸亚锡6～10g/L，游离硫酸20～25g/L，添加剂10～15g/L。所述添加剂包括：络合剂、缓冲剂、抗氧化剂、表面活性剂。所述络合剂为酒石酸，所述缓冲剂为硼酸，所述抗氧化剂包括硫酸联氨，所述表面活性剂包括十二烷苯磺酸钠、酚磺酸或萘磺酸中的一种。优选的，所述抗氧化剂还包括硫酸亚铁，而硫酸亚铁具有较好的抗氧化性，一方面可使硫酸亚锡更为稳定性，另一方面，硫酸亚铁是很好的中性导电盐，能加强着色液的导电性能，却不参与沉积，可极大地提高着色液的分散性，弱化电流的边缘效应，从而提高电解着色的效果，使底色酷似双盐，饱满鲜艳，颜色稳定均匀、沟槽和平面颜色一致，避免亚锡电解沉积时产生的“相框”现象。

上述电解着色过程中，带有阳极氧化膜的铝制品是作为阴极，单锡盐电解液中的金属离子在铝制品附近形成强烈的离子浓度差，并通过多孔质层深入到活化层上，交替地承受剧烈的还原作用和缓慢的氧化作用，即，活性层强烈地吸引金属离子，并与在那里产生的负静电荷反复发生放电和析出金属微粒或金属氧化物，并沉积在氧化膜微细孔的底部3-6μm处。在这个过程中，一方面是电解液的不断循环，使得金属离子能快速扩散，另一方面，是交流电的负半波促使金属离子沉积到氧化膜孔里，而交流电的正半波没有发生电解作用，只是使槽液中的金属离子向阴极扩散，起到保证浓度梯度均匀的作用，而浓度梯度均匀的程度是保证着色均匀的关键因素，在不改变其他工艺参数的情况下，要使金属离子的浓度梯度均匀，则必须使金属离子有足够的时间在阴极附近进行扩散分配。本发明通过控制着色电源的正半波及负半波的工作时长，来均化金属离子的浓度梯度，将正半波及负半波工作时长比值调整为2～4∶1，从而能使金属离子有足够时间进行扩散，提高其浓度梯度均匀程度，使同一批铝制品之间颜色均匀。优选的，交流电源的正半波与负半波的工作时长比值为2∶1，阴极附近金属离子的浓度梯度均匀，着色效果最为均匀。具体实施过程中，通过电解槽的着色交流电源控制装置，可控制交流电源正弦波和负弦波的工作时长。

进一步的，步骤S3中，所述锡盐电解液的循环速度为6～8次/h。由于本方法采用竖吊式氧化着色生产线，电解槽的容量约为200m³，槽体容积大，而槽液的均匀度直接依赖循环的速度，因此电解液的循环速度将直接影响铝制品表面着色的均匀程度，因此必须要保证足够快的槽液循环速度才能使槽液上下浓度均匀、统一。步骤S3中，通过控制锡盐电解液的循环速度为6～8次/h，使得电解槽上下的槽液浓度均匀，从而获得均匀的着色效果。具体实施过程中，通过对电解槽进行加泵处理，由原来的一组循环泵，增加至三组循环泵，并且调整循环泵的位置及频率，使得电解槽中的锡盐电解液能得到很好的循环。

上述步骤S3中，通过调整锡盐电解的成分配比，并添加硫酸亚铁作为抗氧化剂，使金属离子的分散性、稳定性更好，避免了“相框”现象的产生，另一方面，调整交流电源的正半波与负半波的工作时长比值，使金属离子有足够的时间在阴极表面进行扩散迁移，使浓度梯度均一化，从而使电解着色更为稳定均匀，再者，通过针对竖吊式电解槽的特征，加快循环速度，使电解液分布均匀，弱化因溶液不均一导致的着色效果上的差异，提高着色效果，得到的铝制品表面色泽鲜艳均匀，金属质感强。

步骤S4.水洗后处理：将电解着色后的铝制品用水冲洗干净，然后用去离子水和即可得到单锡盐电解着色后的铝制品。

实施例1

一种用于竖吊式电解槽的单锡盐电解着色方法，所述方法包括工艺步骤：

步骤S1.铝制品的表面净化处理：先将铝制品置于13％的硫酸槽液中5min脱脂，用清水冲洗干净后，将铝制品置于4.0％的氢氧化钠槽液中碱洗10min，然后用大量的清水冲洗干净。

步骤S2.氧化膜的制备：将表面净化处理后的铝制品置于氧化槽中，氧化槽中硫酸浓度为170g/L，铝离子浓度为16g/L，氧化温度为16℃、电压为18.0V，进行阳极氧化30min；

步骤S3.电解着色：将氧化后的铝制品置于竖吊式电解槽中，电解液为单锡盐电解液，包括：硫酸亚锡6g/L，游离硫酸25g/L，添加剂15g/L，所述添加剂包括：酒石酸4.5g/L、硼酸2.25g/L、硫酸联氨4.5g/L、十二烷苯磺酸钠1.2g/L及硫酸亚铁2.55g/L，电解液的pH为0.5，温度18℃，交流电源的电压为18V，交流电源的正半波与负半波的工作时长比值为2:1，电解液的循环速度为8次/h，电解着色时长为200S；具体实施过程中，要求铝制品进入和移出电解槽时不施加电压。

步骤S4.水洗后处理：将电解着色后的铝制品用水冲洗干净，即可得到单锡盐电解着色后的铝制品。

实施例2

一种用于竖吊式电解槽的单锡盐电解着色方法，所述方法包括工艺步骤：

步骤S1.铝制品的表面净化处理：先将铝制品置于15％的硫酸槽液中3min脱脂，用清水冲洗干净后，将铝制品置于5％的氢氧化钠槽液中碱洗5min，然后用大量的清水冲洗干净。

步骤S2.氧化膜的制备：将表面净化处理后的铝制品置于氧化槽中，氧化槽中硫酸浓度为180g/L，铝离子浓度为12g/L，氧化温度为17℃、电压为12.0V，进行阳极氧化60min；

步骤S3.电解着色：将氧化后的铝制品置于竖吊式电解槽中，电解液为单锡盐电解液，包括：硫酸亚锡10g/L，游离硫酸20g/L，添加剂10g/L，所述添加剂包括：酒石酸3.0g/L、硼酸1.5g/L、硫酸联氨3.0g/L、酚磺酸0.8g/L及硫酸亚铁1.7g/L，电解液的pH为0.8，温度20℃，交流电源的电压为16V，交流电源的正半波与负半波的工作时长比值为3:1，电解液的循环速度为6次/h，电解着色时长为250s；具体实施过程中，要求铝制品进入和移出电解槽时不施加电压。

步骤S4.水洗后处理：将电解着色后的铝制品用水冲洗干净，即可得到单锡盐电解着色后的铝制品。

实施例3

一种用于竖吊式电解槽的单锡盐电解着色方法，所述方法包括工艺步骤：

步骤S1.铝制品的表面净化处理：先将铝制品置于14％的硫酸槽液中4min脱脂，用清水冲洗干净后，将铝制品置于4.8％的氢氧化钠槽液中碱洗8min，然后用大量的清水冲洗干净。

步骤S2.氧化膜的制备：将表面净化处理后的铝制品置于氧化槽中，氧化槽中硫酸浓度为175g/L，铝离子浓度为14g/L，氧化温度为16℃、电压为16.0V，进行阳极氧化40min；

步骤S3.电解着色：将氧化后的铝制品置于竖吊式电解槽中，电解液为单锡盐电解液，包括：硫酸亚锡8g/L，游离硫酸22g/L，添加剂14g/L，所述添加剂包括：酒石酸4.2g/L、硼酸2.1g/L、硫酸联氨3.9g/L、萘磺酸1.12g/L及硫酸亚铁2.0g/L，电解液的pH为0.6，温度19℃，交流电源的电压为17V，交流电源的正半波与负半波的工作时长比值为2:1，电解液的循环速度为7.5次/h，电解着色时长为240S；具体实施过程中，要求铝制品进入和移出电解槽时不施加电压。

步骤S4.水洗后处理：将电解着色后的铝制品用水冲洗干净，即可得到单锡盐电解着色后的铝制品。

通过实施例1-3所述方法，均可在竖吊式电解槽中制备得到香槟色铝制品，表面色泽鲜艳均匀，金属质感强，并且耐候性好。

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种用于竖吊式电解槽的单锡盐电解着色方法，其特征在于，所述方法包括工艺步骤：

步骤S1.铝制品的表面净化处理：包括脱脂、碱洗及水洗；

步骤S2.氧化膜的制备：将表面净化处理后的铝制品置于氧化槽中，阳极氧化30～60min，所述氧化槽中硫酸浓度为170～180g/L，铝离子浓度为12～16g/L，氧化温度为16～17℃，氧化电压为12.0～18.0V；

步骤S3.电解着色：将氧化后的铝制品置于含单锡盐电解液的电解槽中电解着色200～250s，其中，电解液的pH为0.5～0.8，电解温度为18～20℃，交流电源的电压为16～18V；

步骤S4.水洗后处理：将电解着色后的铝制品用水冲洗干净，得到单锡盐电解着色后的铝制品。

2.根据权利要求1所述的用于竖吊式电解槽的单锡盐电解着色方法，其特征在于，所述步骤S3中，交流电源的正半波与负半波的工作时长比值为2～4∶1。

3.根据权利要求2所述的用于竖吊式电解槽的单锡盐电解着色方法，其特征在于，所述交流电源的正半波与负半波的工作时长比值为2∶1。

4.根据权利要求1所述的用于竖吊式电解槽的单锡盐电解着色方法，其特征在于，所述步骤S3中，锡盐电解液的循环速度为6～8次/h。

5.根据权利要求1所述的用于竖吊式电解槽的单锡盐电解着色方法，其特征在于，所述步骤S3中，锡盐电解液包括：硫酸亚锡6～10g/L，游离硫酸20～25g/L，添加剂10～15g/L。

6.根据权利要求5所述的用于竖吊式电解槽的单锡盐电解着色方法，其特征在于，所述添加剂包括络合剂、缓冲剂、抗氧化剂、表面活性剂。

7.根据权利要求6所述的用于竖吊式电解槽的单锡盐电解着色方法，其特征在于，所述抗氧化剂包括硫酸亚铁和硫酸联氨。

8.根据权利要求1所述的用于竖吊式电解槽的单锡盐电解着色方法，其特征在于，所述步骤S2中，氧化温度为16±0.2℃，氧化电压为16.0V。