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通俗法解说铝合金阳极氧化着色工艺

   日期:2015-11-23     来源:知乎    浏览:1180    评论:0    
     由苹果领先的智能手机iphone、平板ipad,笔记本电脑Air book等电子产品的普及,让人们对铝合金外壳及外壳的颜色处理产生好奇,铝合金阳极氧化着色工艺的原理及制作过程是怎样呢

下面转自知乎的一网友济楚详细的回复:

“阳极氧化铝处理过的材料”……翻译真的是坑死人了。
anodized aluminum,被翻译成了“阳极氧化铝”,好像造成了很多误会。
或者英文单词摆在这里,你就会知道,就是铝啊,阳极氧化处理过的铝(及铝合金)
阳极氧化铝处理过的材料是个病句。
另外,感谢万能的苹果公司,阳极氧化真是倍受关注(与别的处理方法比……)……

阳极氧化是铝合金表面处理最好的方法,没有之一。
各种表面处理请参考:铝合金阳极氧化与表面处理技术 (豆瓣)
铝合金阳极氧化膜的着色在朱祖芳先生的书里用了两章的内容写,第10章 铝阳极氧化膜的电解着色,第11章 铝阳极氧化膜的的染色。

题目要求“尽量简明的阐述一下吧…”…好的呀!
阐述如下:
第一,阳极氧化膜可以自然发色,电解过程中调整参数使铝合金中的合金元素氧化,如Fe,Mn等,这种着色比较基础,颜色很少,实用性不好。
所以呢,有进阶方案,在槽液中加金属盐或者其它酸,使氧化膜发色。
总之呢,这个方法就是阳极氧化的过程中就让膜层有颜色。
颜色单调,一般呢,颜色也比较浅,用得不多。
不是重点。

第二,电解着色。第10章的内容,重点。
电解着色是在自然发色的基础上开发出来的,又叫二次电解膜。先在酸液中氧化,一般是硫酸,形成的膜层是透明的,继而在金属盐槽液中第二次电解,染上目标颜色。
电解着色的槽液以Ni盐和Sn盐,Ni-Sn混合盐为主,其它有工业应用的有Fe,Mn,Cu盐等,颜色还是以浅色调为主,深色的有古铜色、枣红色等颜色,但是不多。
不过电解着色的颜色很稳固,耐晒,毕竟是盐么,是无机成分。在建筑型材上用得很多。
不明艳,做不出大家在相机、手机、登山杖等上常见的氧化膜那种颜色。

具体的机理是第一次处理,在酸液中获得的是有规律的、可控制的微孔。在酸性溶液中,阳极氧化膜天生是个多孔膜,控制氧化参数可以控制孔的尺寸。
参见这个图:
铝合金表面在高浓度硫酸中形成的阳极氧化膜放大图
图为:铝合金表面在高浓度硫酸中形成的阳极氧化膜放大
(啊哈哈哈,被自己蠢哭。有个PDF的书,这一页糊成了上面那样,对着书拍照拍成了下面那样……真是太开心了……)
这张TEM的照片放大倍数约45000倍,这些孔我们是完全看不见的,而且电解着色以后会封孔,再封住……请不要怕。
得到这个多孔膜以后,第二次处理也即着色时,孔的底部沉积非常细的金属或/和氧化物颗粒,由于光的散射效应,呈现出不同的颜色。
(具体的沉积过程还有需要听吗?再议。)

第三,染色法。第11章的内容,重中之重。苹果等公司用的就是这种方法……所以……我抓的重点抓住了吗?
同样需要得到那样多孔的膜层。清洗过后直接放到含有染料的槽液里,让染料吸附在孔壁上。
这个要求孔隙率够高,同时孔的内壁有一定的吸附活性。所以,还是在硫酸氧化膜上做的偏多,硫酸氧化膜的膜孔比较大,颜色也比较透明,容易得到更纯粹的染色膜。

听上去是不是很简单?
其实不然。看到那些孔了吗?非常多。一般的膜没有这么厚,孔的长径比会小一些。但是,这依旧是一个个深洞,要把颜色填到洞里、还很均匀,就比较难了。
阳极氧化彩膜超耐磨,超耐蚀,但是不幸的是比较脆,不耐磕,有个磕磕碰碰,分分钟碎裂。

由于需要简单解释,所以总结一下:
铝合金放入酸性槽液中,通过控制电压、电流密度、槽液成分及浓度等参数,可以获得孔径尺寸在10~100nm,厚度几个μm,孔密度范围10的九次方~10的十一次方个/平方厘米的多孔膜,然后在这些孔里电沉积金属(金属氧化物)或者吸附染料,最后封孔,可以获得耐蚀、耐磨、具有丰富色彩的表面防护及装饰层。

 
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