使用阳极氧化单镍盐着色生产黑色铝型材的方法及铝型材与流程

本发明涉及铝型材加工技术领域，具体涉及一种使用阳极氧化单镍盐着色生产黑色铝型材的方法及铝型材。

背景技术：

金属着色属于表面处理技术，它是为防止金属腐蚀，同时达到装饰的目的，对金属表面进行的着色处理。金属经处理后，表面呈现的颜色是由光的反射、折射或干涉引起的。薄膜的厚度、化合物颗粒大小等因素的不同，对光线的反射、干涉、折射不同，从而呈现不同的颜色。

金属着色作为一种表面处理技术，已经得到了广泛的应用，成为表面工程技术非常活跃的一个领域。金属在改变部件外观的同时，也提高了部件的耐蚀性，因此在建筑领域和装饰领域具有重要的作用。

铝及其合金电解着色技术起源于上世纪四十年代的欧洲，是铝表面防护及装饰性处理的一种重要途径。在铝合金着色处理技术中，着真黑色氧化膜层占据着重要地位，近年来已逐渐成为欧美市场的流行趋势。大量实践证明铝合金表面电解着色膜的耐腐性、耐候性、耐旋光性和使用寿命都比染色膜要好的多，但是黑色氧化膜外观的色度、均匀性和耐候性等方面常常不尽人意，要获得均匀稳定的黑色氧化膜尤其是深黑色氧化膜难度很大。传统铝合金阳极氧化后电解着黑色的电压范围窄，着色得到的黑色氧化膜常出现黑色不纯正、发灰或发褐色等缺点。

单镍盐着色常用于生产香槟系列浅色系阳极氧化铝型材产品，且有较为成熟稳定的生产工艺，但不易于生产出纯黑色阳极氧化铝型材产品，或生产黑色阳极氧化铝型材产品不稳定。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明提供了一种使用阳极氧化单镍盐着色生产黑色铝型材的方法及铝型材，可以在获得纯正、稳定黑色阳极氧化铝型材。

为实现上述技术方案，本发明提供了一种使用阳极氧化单镍盐着色生产黑色铝型材的方法，具体包括如下步骤：

s1、铝型材表面预处理：使用日用洗涤剂对铝型材表面的油脂、污垢进行清洁，用去离子水冲洗干净；然后在15-20v的直流电压下，以铝型材作为阳极，置于体积比为1:5-8的高氯酸与无水乙醇混合溶液中进行电化学抛光2-5min，反应温度为25℃，去除铝型材表面的划痕，提高铝型材表面的光滑度；

s2、铝型材表面阳极化处理：以经过表面预处理后的铝型材作为阳极，石墨电极作为阴极，在室温下，放置于含有1-2g/lal2(so4)3、80-150g/lh2so4、5-15g/lh3bo3、1-3g/l苹果酸的阳极氧化液中进行阳极氧化40-60min，氧化电压为直流15-20v，电流密度控制在1-3a/dm²，阳极化处理完成后，取出铝型材，并用去离子水进行表面冲洗；

s3、交流电解着色：以铅板为阳极，经过阳极氧化后的铝型材作为阴极，进行交流电解着色处理，着色液的组成为：10-30g/lsnso4、10-15g/lniso4、6-12g/lc4h6o4·co、3-8g/lh3bo3和2-5g/l(nh4)2so4，分三阶段对铝型材进行着色处理，严格控制黑色氧化膜层的厚度为11～14μm，着色电压控制在18-22v之间。

s4、封闭：将着色处理后的铝型材取出放入沸水中，沸水封孔20min，取出，冷风吹干。

优选的，所述步骤s3中，分三阶段对铝型材进行着色处理的工艺参数具体如下：

第一着色阶段，静置600-700s，然后在40s内将着色电压由0v匀速上升至+18.5v，然后在+18.5v的电压下着色60s，然后断电10s，然后在250s内将着色电压由0v匀速下降至-20v，最后在-20v的电压下着色200-250s，并且反复1次；

第二着色阶段，静置600-700s，然后在120s内将着色电压由0v匀速上升至+18v，然后在+18v的电压下着色30s，然后断电10s，然后在130s内将着色电压由0v匀速下降至-20v，最后在-20v的电压下着色230-270s，并且反复4次；

第三着色阶段，静置600-700s，然后在120s内将着色电压由0v匀速上升至+18v，然后在+18v的电压下着色30s，然后断电10s，然后在130s内将着色电压由0v匀速下降至-22v，最后在-22v的电压下着色170-270s，并且反复1次。

优选的，所述步骤s1中，电化学抛光过程中，直流电压为18v，高氯酸与无水乙醇混合溶液的体积比为1:6，电化学抛光时间为3min。

优选的，所述步骤s2中，阳极氧化液的具体组分为：1.5g/lal2(so4)3、100g/lh2so4、10g/lh3bo3和2g/l苹果酸，阳极氧化的时间为50min，氧化电压为直流18v，电流密度控制在2a/dm²。

优选的，所述步骤s3中，着色液的组成为：20g/lsnso4、12g/lniso4、8g/lc4h6o4·co、5g/lh3bo3和3g/l(nh4)2so4。

本发明还提供了一种黑色铝型材，通过如上述步骤s1、s2、s3和s4制得。

本发明提供的一种使用阳极氧化单镍盐着色生产黑色铝型材的方法的有益效果在于：

1)本使用阳极氧化单镍盐着色生产黑色铝型材的方法都是在常温的环境下进行，消耗能源量小，阳极氧化后得到一层致密的阳极氧化膜，其表面光洁度高，通过三阶段着色处理可以生产出连续、稳定的纯黑色阳极氧化铝型材产品；

2)通过本发明方法生产出来的纯黑色铝型材表面得到的着色膜层呈纯正的黑色，表面均匀光亮，色差小，装饰效果佳，黑色氧化膜层的厚度可厚达11～14μm，具有良好的抗锈蚀、耐盐水性、耐盐雾性、耐湿热性和耐热耐寒性和抗刮擦性；

3)本使用阳极氧化单镍盐着色生产黑色铝型材的方法，采用三阶段着色处理的方式，通过有规律的调节着色电压，可以加大镍离子电泳能力，降低槽液电阻，使ni²⁺沉积速度加快，增加加氧化膜厚度，色调的重现性好。

附图说明

图1为本发明的流程示意图。

图2为本发明着色处理工艺参数示意图。

图3为本发明覆膜后的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，均属于本发明的保护范围。

实施例1：一种使用阳极氧化单镍盐着色生产黑色铝型材的方法。

参照图1所示，一种使用阳极氧化单镍盐着色生产黑色铝型材的方法，具体包括如下步骤：

s1、铝型材表面预处理：使用日用洗涤剂对铝型材表面的油脂、污垢进行清洁，用去离子水冲洗干净；然后在18v的直流电压下，以铝型材作为阳极，置于体积比为1:6的高氯酸与无水乙醇混合溶液中进行电化学抛光3min，反应温度为25℃，去除铝型材表面的划痕，提高铝型材表面的光滑度，通过铝型材表面预处理可以有效提高后续铝型材进行阳极化处理及着色效果；

s2、铝型材表面阳极化处理：以经过表面预处理后的铝型材作为阳极，石墨电极作为阴极，在室温下，放置于含有1.5g/lal2(so4)3、100g/lh2so4、10g/lh3bo3、2g/l苹果酸的阳极氧化液中进行阳极氧化50min，氧化电压为直流18v，电流密度控制在2a/dm²，阳极化处理完成后，取出铝型材，并用去离子水进行表面冲洗，经过含有al³⁺的硫酸阳极氧化处理后的膜层具有无色透明、吸附能力强，极易染色等特点，但是阳极氧化所用h2so4浓度应该控制在80-150g/l，同时al2(so4)3溶液的浓度也应该控制在1-2g/l之间，如果h2so4浓度过低或者al2(so4)3浓度过低时，则能快速地生成氧化膜，膜层具有良好的硬度和反光性，但是孔隙率很低，着色效果不佳；如果h2so4浓度过高或者al2(so4)3浓度过高时，铝表面的氧化膜生成较慢，膜层的孔隙率较高，并且具有良好的吸附性，可以提高着色的深度，但是膜层的耐磨性和硬度较差，实验证明当硫酸浓度为100g/l且al2(so4)3浓度为1.5g/l时生成的氧化膜质量最佳；

s3、交流电解着色：以铅板为阳极，经过阳极氧化后的铝型材作为阴极，进行交流电解着色处理，着色液的组成为：20g/lsnso4、12g/lniso4、8g/lc4h6o4·co、5g/lh3bo3和3g/l(nh4)2so4，通过本配方着色后的产品图片如图3所示，通过对比劳尔色卡，通过本配方着色后，着色后的氧化膜颜色为ral9011graphiack石墨黑，并且氧化膜颜色均匀，呈黑亮色，表面无起皮等不良现象，在实际的研发过程中偶然发现，在电解着色液中适量加入c4h6o4·co，有助于增加黑色的效果，使氧化膜色泽更加均匀、稳定、纯正，但若添加过多，反而会使得着色后的黑色变得不纯正；

本发明中分三阶段对铝型材进行着色处理，严格控制黑色氧化膜层的厚度为13μm，着色电压控制在18-22v之间，其中分三阶段对铝型材进行着色处理的工艺参数具体如下(参照图2所示)：

第一着色阶段，静置650s(t0)，然后在40s(t1)内将着色电压由0v匀速上升至+18.5v(v1)，然后在+18.5v(v1)的电压下着色60s(t2-t1)，然后断电10s(t3)，然后在250s(t4)内将着色电压由0v匀速下降至-20v(v2)，最后在-20v(v2)的电压下着色230s(t5-t4)，并且反复1次；

第二着色阶段，静置600s(t0)，然后在120s(t1)内将着色电压由0v匀速上升至+18v(v1)，然后在+18v(v1)的电压下着色30s(t2-t1)，然后断电10s(t3)，然后在130s(t4)内将着色电压由0v匀速下降至-20v(v2)，最后在-20v(v2)的电压下着色250s(t5-t4)，并且反复4次；

第三着色阶段，静置700s(t0)，然后在120s(t1)内将着色电压由0v匀速上升至+18v(v1)，然后在+18v(v1)的电压下着色30s(t2-t1)，然后断电10s(t3)，然后在130s(t4)内将着色电压由0v匀速下降至-22v(v2)，最后在-22v(v2)的电压下着色200s(t5-t4)，并且反复1次；

通过有规律的控制电压为渐变，即从一相对较低的起始电压逐渐上升至一较高的终止电压，可以加大镍离子电泳能力，降低槽液电阻，使ni²⁺沉积速度加快，并且使得铝型材表面形成的黑色氧化膜其表层与里层具有不同的厚度和完全不同的结构，表层在相比终止电压低，且逐渐上升的渐变电压下形成，为一渐变层，膜孔较多，而里层在终止电压下形成，膜孔较少，硬度较大，自黑色氧化膜表层至黑色氧化膜里层，膜孔分布逐渐减少，硬度逐渐增大；这样，黑色氧化膜表层由于膜孔较多，吸附性好，满足装饰作用，同时，黑色氧化膜里层膜厚、膜孔少、硬度大，使得铝型材更耐刮伤、碰伤、擦伤，并且通过三次不同阶段的反复镀膜，可以使得黑色氧化膜的最终厚度高达13μm，具有良好的耐磨性和色调重现性；

s4、封闭：将着色处理后的铝型材取出放入沸水中，沸水封孔20min，取出，冷风吹干。

实施例2：一种使用阳极氧化单镍盐着色生产黑色铝型材的方法。

参照图1所示，一种使用阳极氧化单镍盐着色生产黑色铝型材的方法，具体包括如下步骤：

s1、铝型材表面预处理：使用日用洗涤剂对铝型材表面的油脂、污垢进行清洁，用去离子水冲洗干净；然后在18v的直流电压下，以铝型材作为阳极，置于体积比为1:5的高氯酸与无水乙醇混合溶液中进行电化学抛光2min，反应温度为25℃，去除铝型材表面的划痕，提高铝型材表面的光滑度，通过铝型材表面预处理可以有效提高后续铝型材进行阳极化处理及着色效果；

s2、铝型材表面阳极化处理：以经过表面预处理后的铝型材作为阳极，石墨电极作为阴极，在室温下，放置于含有1g/lal2(so4)3、80g/lh2so4、8g/lh3bo3、3g/l苹果酸的阳极氧化液中进行阳极氧化60min，氧化电压为直流20v，电流密度控制在3a/dm²，阳极化处理完成后，取出铝型材，并用去离子水进行表面冲洗；

s3、交流电解着色：以铅板为阳极，经过阳极氧化后的铝型材作为阴极，进行交流电解着色处理，着色液的组成为：10g/lsnso4、15g/lniso4、6g/lc4h6o4·co、3g/lh3bo3和5g/l(nh4)2so4，分三阶段对铝型材进行着色处理，严格控制黑色氧化膜层的厚度为11μm，着色电压控制在18-22v之间，其中分三阶段对铝型材进行着色处理的工艺参数具体如下(参照图2所示)：

第一着色阶段，静置600s(t0)，然后在40s(t1)内将着色电压由0v匀速上升至+18.5v(v1)，然后在+18.5v(v1)的电压下着色60s(t2-t1)，然后断电10s(t3)，然后在250s(t4)内将着色电压由0v匀速下降至-20v(v2)，最后在-20v(v2)的电压下着色250s(t5-t4)，并且反复1次；

第二着色阶段，静置650s(t0)，然后在120s(t1)内将着色电压由0v匀速上升至+18v(v1)，然后在+18v(v1)的电压下着色30s(t2-t1)，然后断电10s(t3)，然后在130s(t4)内将着色电压由0v匀速下降至-20v(v2)，最后在-20v(v2)的电压下着色280s(t5-t4)，并且反复4次；

第三着色阶段，静置700s(t0)，然后在120s(t1)内将着色电压由0v匀速上升至+18v(v1)，然后在+18v(v1)的电压下着色30s(t2-t1)，然后断电10s(t3)，然后在130s(t4)内将着色电压由0v匀速下降至-22v(v2)，最后在-22v(v2)的电压下着色270s(t5-t4)，并且反复1次；

s4、封闭：将着色处理后的铝型材取出放入沸水中，沸水封孔20min，取出，冷风吹干。

实施例3：一种使用阳极氧化单镍盐着色生产黑色铝型材的方法。

参照图1所示，一种使用阳极氧化单镍盐着色生产黑色铝型材的方法，具体包括如下步骤：

s1、铝型材表面预处理：使用日用洗涤剂对铝型材表面的油脂、污垢进行清洁，用去离子水冲洗干净；然后在18v的直流电压下，以铝型材作为阳极，置于体积比为1:8的高氯酸与无水乙醇混合溶液中进行电化学抛光5min，反应温度为25℃，去除铝型材表面的划痕，提高铝型材表面的光滑度，通过铝型材表面预处理可以有效提高后续铝型材进行阳极化处理及着色效果；

s2、铝型材表面阳极化处理：以经过表面预处理后的铝型材作为阳极，石墨电极作为阴极，在室温下，放置于含有2g/lal2(so4)3、120g/lh2so4、15g/lh3bo3、1g/l苹果酸的阳极氧化液中进行阳极氧化40min，氧化电压为直流15v，电流密度控制在1a/dm²，阳极化处理完成后，取出铝型材，并用去离子水进行表面冲洗；10-30g/lsnso4、10-15g/lniso4、6-12g/lc4h6o4·co、3-8g/lh3bo3和2-5g/l(nh4)2so4，

s3、交流电解着色：以铅板为阳极，经过阳极氧化后的铝型材作为阴极，进行交流电解着色处理，着色液的组成为：30g/lsnso4、10g/lniso4、12g/lc4h6o4·co、8g/lh3bo3和2g/l(nh4)2so4，分三阶段对铝型材进行着色处理，严格控制黑色氧化膜层的厚度为14μm，着色电压控制在18-22v之间，其中分三阶段对铝型材进行着色处理的工艺参数具体如下(参照图2所示)：

第一着色阶段，静置600s(t0)，然后在40s(t1)内将着色电压由0v匀速上升至+18.5v(v1)，然后在+18.5v(v1)的电压下着色60s(t2-t1)，然后断电10s(t3)，然后在250s(t4)内将着色电压由0v匀速下降至-20v(v2)，最后在-20v(v2)的电压下着色250s(t5-t4)，并且反复1次；

第二着色阶段，静置700s(t0)，然后在120s(t1)内将着色电压由0v匀速上升至+18v(v1)，然后在+18v(v1)的电压下着色30s(t2-t1)，然后断电10s(t3)，然后在130s(t4)内将着色电压由0v匀速下降至-20v(v2)，最后在-20v(v2)的电压下着色200s(t5-t4)，并且反复4次；

第三着色阶段，静置650s(t0)，然后在120s(t1)内将着色电压由0v匀速上升至+18v(v1)，然后在+18v(v1)的电压下着色30s(t2-t1)，然后断电10s(t3)，然后在130s(t4)内将着色电压由0v匀速下降至-22v(v2)，最后在-22v(v2)的电压下着色260s(t5-t4)，并且反复1次；

s4、封闭：将着色处理后的铝型材取出放入沸水中，沸水封孔20min，取出，冷风吹干。

对比例1：未经步骤s1、s2、s3和步骤s4处理的铝型材原材。

对比例2：步骤s3中着色液的组成为：10g/lsnso4、15g/lniso4、3g/lh3bo3和5g/l(nh4)2so4(未添加c4h6o4·co)，其余步骤与实施例1相同。

对实施例1、实施例2、实施例3、对比例1和对比例2中得到的铝型材进行检测，具体数据如表1所示：

表1铝型材性能测试数据表

从表1中可以看出，采用实施例1、实施例2和实施例3中方法制作的铝型材，具有良好的抗锈蚀、耐盐水性、耐盐雾性、耐湿热性和耐热耐寒性，并且氧化膜颜色为纯正的黑晶色(如图3所示)，黑色氧化膜具有良好的附着力，对比实施例1和对比例2可以发现，在电解着色液中适量加入c4h6o4·co，有助于增加黑色的效果，使氧化膜色泽更加均匀、稳定、纯正。

以上所述为本发明的较佳实施例而已，但本发明不应局限于该实施例和附图所公开的内容，所以凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本发明保护的范围。