铝型材阳极氧化膜的化学染色是基于多孔膜层有如纺织纤维一样的吸附染料能力而得以进行的。一般阳极氧化膜的孔隙直径为0.01-0.03μm，而染料在水中分离成单分子，直径为0.0015-0.0030μm，染色时染料被吸附在孔隙表面上并向孔内扩散、堆积，而且与氧化铝进行离子键、氢键结合而使膜层着色，经封孔处理，染料被固定在孔隙内。化学染色法工艺简单、控制容易、效率高、成本低、设备投资少、染色色域宽、色泽鲜艳等优点而用于室内装饰。
众所周知,阳极氧化膜是由大量垂直于金属表面的六边形晶胞组成,每个晶胞中心有一个膜孔,并具有极强的吸附力,当氧化过的铝制品浸入染料溶液中,染料分子通过扩散作用进入氧化膜的膜孔中,同时与氧化膜形成难以分离的共价键和离子键.这种键结合是可逆的,在一定条件下会发生解吸附作用.因此,染色之后,必须经过封孔处理,将染料固定在膜孔中,同进增加氧化膜的耐蚀、耐磨等性能.
1 试验方法
1.1 染料的选择
用于铝制品染色的染料品种繁多，依据不同用途和产品要求选择适合的染料。如染料类别有酸性染料、酸性络合染料、酸性媒介染料、直接染料、分散染料、可溶性还原染料、活性染料、碱性染料、醇溶染料、油溶染料等。根据它们的成分、溶解度、色牢度、上染率，消耗率，PH值等性能选择性能相近的染料，并结合棕色的要求,最后选择600灰色染料和900黄色染料按一定的比例进行混合，配槽浓度为：4.8g/L。混合前同样浓度的 600灰色染料PH值为：7.3，而900黄色染料的PH值为：5.4，混合后的染料PH值为：6.2。在此染料配比条件下,铝阳极氧化膜可以染出带红黄底色的棕色。
1.2 试验材料与工艺流程
试验材料是6063铝合金,按照试样制备→脱脂→两级清洗→碱蚀→两级清洗→出光→两级清洗→阳极氧化→两级清洗→混合染色→两级清洗→封闭→两级清洗→外观和封孔质量检测的工艺流程进行试验。
1.3 脱脂工艺与注意事项
选用浸泡式脱脂, 化学脱脂规范: 硫酸浓度100～150g/L； AC脱脂剂浓度30～60g/L；
温度: 20～30℃,处理时间: 4～6分钟。脱脂可以除掉铝材表面的油污及洗脱自然氧化膜，如果脱脂处理不好，容易导致铝材表面有油斑印和腐蚀点的产生而导致型材报废。
1.4 碱蚀工艺与注意事项
碱蚀规范: 氢氧化钠浓度50～80g/L；ADD添加剂浓度10～30g/L；温度: 50～70℃, 处理时间: 7～13分钟。碱蚀时间的控制对染色后颜色的鲜艳度有很大的影响，当碱蚀时间过短，表面砂面小，光泽高，染色后，颜色过于鲜艳，达不到柔和光泽的效果；而当碱蚀时间过长，表面的砂面过大，又会导致表面颜色发暗发哑。所以在批量生产时,每一天需要根据当天碱槽的碱腐蚀速度，对照标准色板的砂面选择具体的碱蚀时间，以达到最佳的表面效果。
1.5 阳极氧化工艺
1.5.1 电流密度
电流密度的高低直接影响着氧化膜的孔径结构和氧化膜孔的数量，当电流密度越高其孔径就越大，反而氧化膜孔的数量就越小；反之，当电流密度越低其孔径就越小，反而氧化膜孔的数量就越多。氧化膜孔的数量越多，染色速度会越快。也就是说，电流密度的高低直接影响染料的上色速度。我们在生产实践中证实，当电流密度由0.8A/dm2增加到1.6A/dm2时，随着电流密度升高，染料的上色速度减慢。根据颜色要求和考虑生产效率,选择出对应的上色速度，最后确定电流密度为1.2A/dm2来生产，染色的色泽效果比较美观。
1.5.2 氧化槽液温度
在试验中，氧化槽液温度对染色的影响非常明显，当温度在18℃以下时其上色时间很长，甚至不能达到标准色板的底色要求或颜色深浅要求；而当温度在21℃以上，其上色速度很快，染两分钟其颜色就出现红黑底色, 造成色差而需要返工。当温度在18至21℃氧化时，染色时间在8至12分钟，可以得到底色稳定的棕色。原因是氧化温度升高，会对氧化膜的孔径有扩孔作用，进而提高其对染料的吸附能力,所以在选择好合适的电流密度后，也就是说定了氧化膜孔的数量，还需要确定适合的氧化温度。通过多次对比试验，最后将温度定在18--21℃进行氧化。
1.5.3 硫酸浓度
硫酸浓度控制在170～200g/L，这样有利于槽液导电使铝材表面氧化膜均匀，不会使氧化膜溶解过快而且可以起到扩大氧化膜孔孔径的作用。硫酸浓度如果过低，会导致染色困难。
1.6 水洗与注意事项
阳极氧化后，表面水洗尤为重要，也是最容易被忽略的一环。通常的做法都是经过两道的溢流水洗，第一道水洗的PH值一般为3～5之间，而第二道水洗为5～7之间。但是混合染料对酸特别敏感，水洗处理不好容易导致的染色缺陷有：染不上色、白点、露白、色浅、色差等；因此染色前的水洗槽PH值需要特别管理：在保持溢流的情况下，用氨水进行调整，将其PH值控制在6～8之间，这样容易将氧化膜表面的酸液清洗干净，有利于预防染色不良。
1.7 染色工艺与注意事项
1.7.1 染料配比
600灰色染料是一种碱性染料,而900黄色染料是一种酸性染料,根据标准色板的要求,这两种染料的混合比例是: 600染料：900染料=3 ：1。
1.7.2 染料浓度
当600和900的混合染料浓度高于6.5g/L时，颜色会改变:偏青灰；当600和900的混合染料浓度低于3.5g/L时，颜色也会改变: 偏黄。当混合染料浓度在4～6g/L时，可以得到红黄底色的稳定棕色,所以选择浓度在4.8g/L的色板作为生产的标准色板，通过控制染色时间的长短,混合染料中的红、黄、橙、棕色成分逐步吸附在氧化膜孔中，封孔处理后铝材的染色表面在光照下会形成彩虹般色彩。
1.7.3 染料添加方法
通过试验得出，600灰色染料的上色速度比900黄色染料慢。这代表两个染料在染色过程的消耗量是不同的，所以为了控制染色的颜色一致性，必须按照单个染料的各自消耗量进行补充添加，使混合染料的色调维持稳定。
1.8 封孔工艺
采用的是镍盐封孔剂进行封孔，封孔规范:镍离子浓度0.9～1.2g/L；封孔添加剂浓度10～20g/L；温度: 45～55℃,其封孔时间为10分钟(15μm)。普通阳极氧化膜的封孔时间按照1μm /分钟的封孔速度。但是，铝材阳极氧化染色膜如果也这样封孔, 其表面会很容易起彩。通过多次试验，确定染色膜的封孔速度控制在1.5μm /分钟。
2 染色效果和封孔质量检测
2.1 染色效果
酸性600灰色染料和碱性900黄色染料按照3：1混合后，铝阳极氧化膜经过该混合染料的染色后，能得到一种带红黄底色的棕色，由于两种染料的结构，颜色，感光性能不同，所以在光照下能产生彩虹色的视觉效果。
2.2 封孔质量检测
混合染色后的阳极氧化棕色铝型材，经(硝酸预浸)的磷-铬酸失重测试，其失重结果在15mg/dm2以下,封孔质量合格。
3 结论
一种由碱性和酸性染料混合的铝材阳极氧化的化学染色工艺，其颜色为略带红黄底色的棕色，通过用不同光线照射和不同角度的观察，其底色也各异，在灯光照射下在不同角度可以看到似彩虹色般的变化，颜色美观,装饰效果较好。该工艺有别于其它的染色工艺，由于是酸性染料和碱性染料混合染色，它的颜色比较独特，装饰效果非常美观。在批量生产时,混合染料会比单一染料更容易产生染色缺陷，但是只要根据染料的特性严格管理染色工艺和正确添加染料，也会取得满意的染色效果。
