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在实际生产过程中,氧化膜单元结构模型并非是理想中的整齐排列、深浅一致,由于膜厚差异或者膜厚不均,膜结构的多孔层深浅不一;由于槽液成分差别,膜孔结构大小也不相同,这些情况都能够使Ni或Sn粒子的沉积量受到影响。
因此,铝材电解着色差的产生,与着色机理、氧化膜厚度、电解着色速度有着最为直接的关系。色差缺陷分为色差深浅不一致、两头色、阴阳面、染不上色、白头、逃色等。如何解决这一问题,确保产品批次之间色调一致,色差在与客户双方确认的范围内,是型材生产必须研究和防范的问题。
1.通过控制着色槽液减少色差
首先着色配槽时,着色液的配制必须采用去离子水,如果是单锡盐,则先加H2SO4和稳定剂,充分溶解后再加SnSO4以防止Sn2+氧化和水解;如果是双盐,则可以在镍盐溶液中加入SnSO4,槽液配制完毕直至正常生产过程中,还必须按照一定的频率对槽液成分取样分析,根据分析结果以及添加相应的药剂稳定槽液,槽液的控制范围也须稳定,添加量须少量多次。
槽液中各成分的浓度对色差有直接影响。一般来说,主盐浓度升高,着色速度加快,色调变深;溶液添加硫酸是为了保持着色稳定性,浓度过高则槽体、零部件容易附着氢氧化物,浓度过低则H+浓度过高而竞争还原,导致着色速度下降,甚至不上色;H3BO3在膜孔中起缓冲作用,在锡盐溶液中不加硼酸则锡不能析出,导致型材色差和色散;促进剂在镍盐溶液中起催化作用,保证Ni2+在溶液pH为1左右时能够顺利析出,保持良好的着色均匀性和稳定性;稳定剂由络合剂、还原剂、抗氧剂以及电极氧化阻止剂组成,防止亚锡氧化和水解,保持着色稳定性。
对槽液的搅拌有利于色差的均匀性和重现性。通常单镍盐溶液可以通压缩空气进行搅拌,但是单锡盐或双盐则不能使用压缩空气搅拌,可以考虑通惰性气体搅拌,也可以采用机械搅拌方式,防止亚锡离子的氧化。对着色液进行循环过滤,也是保持溶液稳定的一种方式。
2.通过氧化着色工艺控制减少色差
电压对着色速度有很大影响。电压过低,阴极峰值电流很小,几乎只能用于阻挡层充电以及弥补电损耗,沉积金属的法拉第电流小,因此着色较浅。
随着电压升高,电流增大,着色速度加快,型材颜色变化顺序为:轻微上色→香槟色→咖啡色→古铜色→褐色→黑色。
当电压升到一定值的时候,着色反而变浅。这是因为,电压过高超过氧化电压范围时,阻挡层被击穿,着色膜脱落,从而颜色变浅。
与控制电压参数相关的操作还包括上挂以及进入着色槽阶段,上挂前检查导电杆,磨掉与型材相接触的部位以保证通电良好,上挂时必须控制绑料面积,每挂料的总表面积必须通过计算,不能超出范围;绑料不能太松动以防止某些型材不上色,每挂料的型材断面最好保持一致或者相近,否则容易出现同挂型材之间的色差;进入着色槽时型材必须保证一定的倾斜度,同时保证料与料之间的间距相等,否则容易出现阴阳色;
着色时间也对型材色差影响较为明显,当着色时间过短,色调偏浅,时间长则颜色偏深,但是当时间过长时,还需考虑型材表面氧化膜的稳定性。
槽液的温度也是影响色差的因素,一般情况下,溶液的温度升高,金属离子扩散速度快,在膜孔中还原的机会增加,型材色调加深;温度低则着色较慢。但温度过高则加速亚锡的氧化水解,甚至破坏氧化膜孔结构,反而对着色不利,一般槽液温度控制在18℃至22℃。
3.通过规范人为操作减少色差
人为因素是影响色差的一个重要原因,当操作工责任心不强或者经验不足时,很容易导致型材上色工艺波动,导致明显的色差。
其中上排工、行车手、调色员是影响色差的关键。型材的绑料前后检查,以及绑料松紧程度,型材面积计算是上排人员必须掌握的技巧,这些技巧可以通过培训以及现场教授经验获得,并以此保证上排质量。
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