CN1181426A - 铝及铝合金的电解发色方法 - Google Patents

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Abstract

铝及铝合金的电解发色方法,是一种将铝或铝合金经交流电电解发色成为灰色铝材的方法,该方法是将铝或铝合金材料经脱脂、水洗;碱蚀(etching)、水洗;中和、水洗;阳极电解处理、水洗;电解发色、水洗及封孔处理过程而得到灰色铝材,该电解发色方法的特点是,在常温下,采用交流电进行电解发色,电解液中含有锌和锡的金属盐类。

Description

铝及铝合金的电解发色方法
本发明属于电解工艺方法，尤其涉及一种铝及铝合金的电解发色方法。
已有的使用锌锡合金的电解发色方法，由于锌和锡的氧化还原电位差距很大，若直接使用阴极电解发色产生合金在实施方法上有困难，解决这个问题需要通过降低Sn+2的氧化还原电位、升高锌Zn+2的氧化还原电位或者加大锌和锡的离子浓度比来加以解决，如英国专利(Brit.pat.1408859)，电解液中使用的硫酸亚锡在5克/升以上，所以PH值必须控制在1至1.5之间方可产生灰色，由于调整PH值，使电解液的导电度(Conductivity)升高，不易控制，从而导致产生如下问题，1、产品表面硬质皮膜产生软化松落，2、颜色深浅变化快，不利于控制。
本发明的目的在于提供一种铝及铝合金的电解发色方法，使该方法的工艺条件便于控制及操作，可降低电解液的原料成本，电解发色效果好，以提高铝及铝合金灰色系列产品的质量。
本发明采用如下技术方案：
本发明的铝及铝合金的电解发色方法，包括脱脂、清水洗；碱蚀、清水洗；中和、清水洗；阳极处理、清水洗；电解发色、清水洗过程以及封孔过程，该方法采用交流电电解，电解液是由硼酸、硫酸锌、硫酸亚锡、硫酸、硫酸亚锡稳定剂和水组成，电解发色温度为常温，该方法采用30％的硝酸进行脱脂，采用10％的氢氧化钠进行碱蚀，采用10％的硝酸进行中和，阳极处理是在180克/升浓度的硫酸溶液中，于18℃和17V直流电压的条件下进行，处理时间为25分钟，电解液中硼酸的组分为20至50克/升，其最佳组份为30至50克/升，硫酸锌组分为30至90克/升，其最佳组分为40至70克/升，硫酸亚锡的组分为0.5至4.5克/升，其最佳组分为1.5至4.5克/升，硫酸的组分为10至50克/升，其最佳组分为15至35克/升，硫酸亚锡稳定剂的组分为1至15克/升，其最佳组分为3至8克/升，所用交流电的电压在10V至20V间，电解发色时间为6至15分钟，硫酸亚锡稳定剂可以是脂肪族多元有机酸，可以是芳香族有机酸，也可以是磺酸，还可以是将Sn+4还原为Sn+2的有机酸，脂肪族多元有机酸可以是酒石酸，芳香族有机酸可以是苯二甲酸，磺酸可以是甲基磺酸，封孔过程可以是在85℃的热水中浸30分钟进行的热封孔，也可以是在含镍量为2克升的水溶液中浸泡5至15分钟进行的封孔处理。
本发明的铝及铝合金的电解发色方法，使用交流电电解发色，电解液中加入锌和锡的金属盐类化合物，通过硼酸和硫酸锌的作用，生成锌的复盐，提高了锌(Zn+2)的浓度，同时通过加大硫酸锌的使用量，减少硫酸亚锡的的使用量，来提高Zn+2/Sn+2的离子浓度比，使Zn+2/Sn+2的离子浓度比为8∶1，从而使该方法的电解工艺条件便于控制，进而提高了铝和铝合金灰色系列产品的质量。
本发明电解槽液受硼酸溶解度的限制，所以计算各组分的使用量时以硼酸为基点，再求出其他组分的使用量，硼酸在常温下的溶解度，大约在50克/升，为了操作上的方便，采用30至40克/升的硼酸浓度，由此计算出硫酸锌(ZnSO4·7H2O)的使用浓度为50至70克/升，硫酸锌浓度再增加，对灰色的发色无多大帮助，反而增加成本，硫酸亚锡的浓度控制在5克升以下，有利于生产出均一灰色系列的电解铝或铝合金，电解槽液中加入硫酸，是为了增加电解发色时的电镀能力(Throwing power)，以使电解发色中电流分布均匀，硫酸浓度控制在10至50克/升之间，如果少于10克/升，会使阴极效率过低，而导致著色时间过长且著色不均匀的问题产生，如果硫酸浓度高于50克/升，则会使产品氧化皮膜松化，发色后水洗前有退色现象，电解槽液中加入硫酸亚锡的安定剂是为了避免锡(Sn+2)的不安定性，硫酸亚锡安定剂可以是脂肪族多元有机酸、芳香族有机酸以及磺酸，其浓度在4克/升以下。
本发明的电解发色方法采用常温下操作，电压控制在10至20V之间，电流密度在0.4至1.4A/dm2之间，若低于0.4A/dm2时，发色时间过长而影响产量，若大于1.4A/dm2时，会造成产品硬质皮膜破裂。
本发明电解发色的工艺条件，由于单位时间颜色变化小，在生产时容易控制产品的均一颜色，其从电解到开始呈现灰色需要6分钟，由开始呈现灰色到呈现黑色需要12分钟，而英国专利GB1408859的工艺方法，由于单位时间颜色变化大，在生产时不容易控制产品的均一颜色，且发色时间过长，铝的表面氧化皮膜易于产生松化及脱落，其从电解到开始呈现灰色需要27分钟，由开始呈现灰色到呈现黑色只需要3分钟。
下面具体叙述实施例：
实施例一：
将表面积为19cm2的铝先经30％硝酸脱脂、清水洗以后，使用10％氢氧化钠碱蚀再清水洗，然后用10％硝酸中和后再次清水洗备用，将阳极放在180克/升的硫酸溶液中，在18℃和直流电压17V的条件下，处理25分钟，用清水洗后备用，在电解槽中加入硼酸40克、硫酸锌60克、硫酸25克、硫酸亚锡2.5克以及酒石酸1.5克，然后加水至1升，放入阳极及对应的碳电极，对铝进行电解发色，电解发色的条件是，使用交流电，电压控制在18V，电流密度控制在0.8A/dm2，温度为25℃，发色时间控制在9分钟，将经电解发色后的铝从电解槽中取出，用清水洗后浸入85℃的热水中，浸泡30分钟进行封孔处理，得到需要的灰色铝品。
实施例二：
将表面积为18cm2的铝合金先经30％硝酸脱脂，清水洗后，用10％氢氧化钠碱蚀再清水洗，然后用10％硝酸中和后再次清水洗备用，将阳极放在180克升的硫酸溶液中，在18℃和直流电压17V的条件下，处理25分钟，用清水洗后备用，在电解槽中加入硼酸30克、硫酸锌50克、硫酸30克、硫酸亚锡3克、磺化水扬酸3克，然后加水至1升，放入阳极及对应的不锈钢电极，对铝进行电解发色，电解发色条件是，使用交流电，电压控制在17.4V，电流密度控制在0.7A/dm2，温度为25℃，发色时间控制在10分钟，将经电解发色后的铝从电解槽中取出，用清水洗后浸入85℃的热水中，浸泡30分钟进行封孔处理，得到需要的灰色铝合金产品。
实施例三：
将表面积为16cm2的铝先经30％硝酸脱脂，清水洗以后，使用10％氢氧化钠碱蚀再清水洗，然后用10％硝酸中和后再次清水洗备用，将阳极放在180克/升的硫酸溶液中，在18℃和直流电压17V的条件下，处理25分钟，用清水洗后备用，在电解槽中加入硼酸30克、硫酸锌50克、硫酸20克、硫酸亚锡1.5克、柠檬酸3克，然后加水至1升，放入阳极及对应的碳电极，对铝进行电解发色，电解发色的条件是，使用交流电，电压控制在18V，电流密度控制在0.8A/dm2，温度为25℃，发色时间控制在9分钟，将经电解发色后的铝从电解槽中取出，用清水洗后浸入含镍量为2克/升的水溶液中，浸泡10分钟进行封孔处理，得到需要的灰色铝品。
综上所述，本发明的铝及铝合金的电解发色方法，工艺条件设计合理，可操作性好，生产中容易控制，产品质量好，克服传统工艺方法的缺陷，达到预期的设计目的。

Claims (11)

1、一种铝及铝合金的电解发色方法，其特征在于，该方法包括脱脂、清水洗；碱蚀、清水洗；中和、清水洗；阳极处理、清水洗；电解发色、清水洗过程以及封孔过程，该方法采用交流电电解，电解液由硼酸、硫酸锌、硫酸亚锡、硫酸、硫酸亚锡稳定剂组成，电解发色温度为常温。
2、根据权利要求1所述的铝及铝合金的电解发色方法，其特征在于，所述脱脂过程是采用30％的硝酸进行脱脂。
3、根据权利要求1所述的铝及铝合金的电解发色方法，其特征在于，所述碱蚀过程采用10％的氢氧化钠进行碱蚀。
4、根据权利要求1所述的铝及铝合金的电解发色方法，其特征在于，所述中和过程采用10％的硝酸进行中和。
5、根据权利要求1所述的铝及铝合金的电解发色方法，其特征在于，所述阳极处理是在180克/升浓度的硫酸溶液之中，于18℃和17V直流电压的条件下进行，处理时间为25分钟。
6、根据权利要求1所述的铝及铝合金的电解发色方法，其特征在于，所述电解液中硼酸的组分为20至50克/升，其最佳组份为30至50克/升，硫酸锌的组分为30至90克/升，其最佳组分为40至70克/升，硫酸亚锡组分为0.5至4.5克/升，其最佳组分为1.5至4.5克/升，硫酸的组分为10至50克/升，其最佳组分为15至35克/升，硫酸亚锡稳定剂的组分为1至15克/升，其最佳组分为3至8克/升。
7、根据权利要求1所述的铝及铝合金的电解发色方法，其特征在于，所述交流电的电流密度为0.4至1.4A/dm2，其最佳的电流密度为0.6至1.0A/dm2，交流电压在10V至20V之间。
8、根据权利要求1所述的铝及铝合金的电解发色方法，其特征在于，所述电解发色时间为6至15分钟。
9、根据权利要求1所述的铝及铝合金的电解发色方法，其特征在于，所述封孔过程可以是在85℃的热水中浸30分钟进行的热封孔，也可以是在含镍量为2克/升的水溶液中浸泡5至15分钟进行的封孔处理。
10、根据权利要求1、6所述的铝及铝合金的电解发色方法，其特征在于，所述的硫酸亚锡稳定剂可以是脂肪族多元有机酸，可以是芳香族有机酸，也可以是磺酸，还可以是能将Sn+4还原为Sn+2的有机酸。
11、根据权利要求9所述的铝及铝合金的电解发色方法，其特征在于，所述脂肪族多元有机酸可以是酒石酸，芳香族有机酸可以是苯二甲酸，磺酸可以是甲基磺酸。
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