CN107177875B - 一种紫铜色铝材电解着色槽液 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种紫铜色铝材电解着色槽液，包括五水硫酸铜、七水硫酸镍、硫酸、添加剂和水；所述五水硫酸铜的质量浓度为10‑15g/L,所述七水硫酸镍的质量浓度为2‑4g/L,所述硫酸的质量浓度为16‑22g/L,所述添加剂的质量浓度为10‑15g/L。采用本发明，可在铝材上均匀着色，且着色牢固稳定。
Description
技术领域
本发明涉及金属表面处理领域，尤其涉及一种紫铜色铝材电解着色槽液。
背景技术
在大自然环境中铝材与氧气发生缓慢的氧化还原反应，在铝材表面形成氧化铝膜，但是这种氧化铝膜结构松散，不利于保护铝或铝合金。现有的铝材表面处理工艺步骤中一般先阳极氧化，后电解着色，能改善铝材的耐候性，耐磨性，耐光性以及耐热性。
目前，用于建筑型材的着色铝合金主要是着古铜色系和青铜色系，所用的电解液一般是锡盐、镍盐或钴盐等系列，槽液的分散能力相好，对杂质不太敏感，膜层色调均匀、稳定，色差小，且对环境污染的影响相对较小。而着玫瑰红色的电解液一般采用硫酸铜，但是铜离子在电解时停留在氧化铝膜孔洞的表层，着色不牢；另外，孔洞较大的还原生成铜原子聚集多，造成颜色不均匀，需要一种新的红色系电解着色槽液来解决上述技术问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种紫铜色铝材电解着色槽液，可在铝材上均匀着色。
本发明所要解决的技术问题还在于，提供一种紫铜色铝材电解着色槽液，着色牢固稳定。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种紫铜色铝材电解着色槽液，包括五水硫酸铜、七水硫酸镍、硫酸、添加剂和水；所述五水硫酸铜的质量浓度为10-15g/L, 所述七水硫酸镍的质量浓度为2-4g/L,所述硫酸的质量浓度为16-22g/L,所述添加剂的质量浓度为10-15g/L。
作为所述紫铜色铝材电解着色槽液的优选技术方案，所述添加剂按重量百分比计包括以下原料：
酒石酸 8-15%；
柠檬酸 5-10%；
硼酸 5-10%；
邻苯二酚 1-5%；
甲基对苯二酚 1-5%；
水 余量。
作为所述紫铜色铝材电解着色槽液的优选技术方案，所述着色槽液在使用时需实时监控五水硫酸铜和添加剂的浓度，当低于五水硫酸铜和添加剂浓度范围，按五水硫酸铜：添加剂=1：1的浓度配比添加至所述着色槽液。
作为所述紫铜色铝材电解着色槽液的优选技术方案，所述着色槽液的使用温度为18-20℃。
作为所述紫铜色铝材电解着色槽液的优选技术方案，采用交直流电源电解着色，着色电压为14-18V。
实施本发明，具有如下有益效果：
本发明所述紫铜色铝材电解着色槽液加入七水硫酸镍可有效地提高槽液的电导率，有利于铜离子还原成铜原子，即使在多孔质层孔洞尺寸较小处也很容易发生氧化还原反应，从而提高在多孔质层孔洞尺寸较小处铜原子含量，在宏观上表现为铝材的表层紫铜色更均匀；另一方面，由于槽液的电导率提高了，比现有同类配方相比生成铜原子的位置也更接近氧化铝膜的活性层，铜原子难以脱落出来，铜原子的附着力增强，着色牢固稳定。
另外，在其他添加剂的配合下，使得着色槽液具有防沉淀，防止还原剂氧化特性的稳定槽液。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明作进一步地详细描述。
铝材经过阳极氧化处理后在表面形成一层氧化铝膜，氧化铝膜表面是多孔质层，氧化铝膜的底层与铝基体相连接触，则是致密的氧化膜薄层，也称为活性层或阻挡层。而将浸入某种金属盐的电解液中，并作为一个电极 ( 因用交流电 )，而另一极可以用与电解液所含金属盐相同的纯金属板或石墨、不锈钢板等。当两极同时通以交流电时，( 一般在低电压和低电流密度的条件下 )，铝制品就自动地变成阴极，而且从其上面释放出氢气，同时金属溶液中的金属离子在铝制品附近形成强烈的离子浓度差，并通过多孔质层深入到活性层上，交替地承受剧烈的还原作用和缓慢的氧化作用，也即活性层强烈地吸引金属离子，并与在那里产生的负静电荷反复发生放电和析出金属微粒或金属氧化物，并沉积在氧化膜微细孔的底部3-6μm处。这些微粒通常呈毛发状、球状或粒状，在光线作用下这些金属微粒发生衍射，就使氧化膜呈现各种颜色，此为电解着色。
常用的紫铜色系的电解着色槽液中电解主盐为硫酸铜，通过在铝型材氧化膜孔中电解沉积金属铜的方式得到紫铜色铝型材，紫铜色铝型材被普遍用于高档建筑的室内装饰材料。但现有紫铜色系的电解着色槽液存在以下两个问题：（1）铜原子在多孔质层孔径大的孔洞沉积较多，而孔洞尺寸较小的则难以沉积，孔洞尺寸较小处铜原子沉积厚度也不如孔洞尺寸较大处铜原子沉积厚度，导致着色不均匀；（2）铜原子沉积位置较浅，难以到达活性层，容易脱落，造成着色不牢固稳定。
为解决现有的技术问题，本发明提供一种紫铜色铝材电解着色槽液，包括五水硫酸铜、七水硫酸镍、硫酸、添加剂和水；所述五水硫酸铜的质量浓度为10-15g/L, 所述七水硫酸镍的质量浓度为2-4g/L,所述硫酸的质量浓度为16-22g/L,所述添加剂的质量浓度为10-15g/L。其中五水硫酸铜与七水硫酸镍的浓度配比为2.5-7.5:1，试剂用量小，颜色均匀，着色稳定。本发明人发现当七水硫酸镍的质量浓度超出2-4g/L范围时电导率都出现明显下降，因此该范围是优选选择。
本发明所述七水硫酸镍是铜离子还原成铜原子的促进剂。在槽液中加入七水硫酸镍可有效地提高槽液的电导率，有利于铜离子还原成铜原子，即使在多孔质层孔洞尺寸较小处也很容易发生氧化还原反应，从而提高在多孔质层孔洞尺寸较小处铜原子含量，在宏观上表现为铝材的表层紫铜色更均匀；另一方面，由于槽液的电导率提高了，比现有同类配方相比生成铜原子的位置也更接近氧化铝膜的活性层，铜原子难以脱落出来，测试发现铜原子的附着力变强，着色牢固稳定。
需要说明的是，所述添加剂按重量百分比计包括以下原料：
酒石酸 8-15%；
柠檬酸 5-10%；
硼酸 5-10%；
邻苯二酚 1-5%；
甲基对苯二酚 1-5%；
水 余量。
其中，添加剂中酒石酸和柠檬酸为络合剂，能稳定槽液中的金属离子浓度，起到防沉淀的作用。而硼酸为缓冲剂，邻苯二酚和甲基对苯二酚可防止还原剂氧化，防老化。
下面通过具体实验进一步说明：
1、实验对象：
试样1： 采用本发明抛光液电解着色后的铝材；
试样2：抛光液比试样1的抛光液缺少添加硫酸镍，采用该抛光液电解着色后的铝材。
2、电解条件
将试样1和试样2的铝材在温度为18-20℃，16V的交流电下电解3分钟。
3、测试项目
测试试样1和试样2电解前着色槽液的电导率、铜原子粒径、铜原子在氧化铝膜多孔质层的位置。
4、实验结果
从上表可知，加了少量硫酸镍后所述着色槽液电导率显著提高，而铜原子与氧化铝膜活性层的最短距离从5.2μm减少至1.3μm，着色稳定性明显提高。
本发明所述着色电解槽液的使用方法：将铝材置于电解着色槽液，在温度为18-20℃，14-18V的交直流电下电解1-5分钟，具体电解时间视电镀颜色深浅而定，浅色的产品电解时间短，深色的产品电解时间长。
所述着色电解槽液在电解过程中会损耗硫酸铜和添加剂，改变着色电解槽液离子浓度，从而影响着色效果，为此使用过程中需实时监控五水硫酸铜和添加剂的浓度，当低于五水硫酸铜和添加剂浓度范围，按五水硫酸铜：添加剂=1：1的浓度配比添加至所述着色槽液。所述五水硫酸铜和添加剂浓度范围为初始抛光液浓度比。
下面通过具体实施例进一步说明：
实施例1
紫铜色铝材电解着色槽液包括五水硫酸铜、七水硫酸镍、硫酸、添加剂和水；所述五水硫酸铜的质量浓度为12g/L, 所述七水硫酸镍的质量浓度为3g/L,所述硫酸的质量浓度为18g/L,所述添加剂的质量浓度为12g/L；所述添加剂按重量百分比计包括以下原料：9%酒石酸，7%柠檬酸，8%硼酸，2%邻苯二酚，3%甲基对苯二酚，余量为水。
实施例2
紫铜色铝材电解着色槽液包括五水硫酸铜、七水硫酸镍、硫酸、添加剂和水；所述五水硫酸铜的质量浓度为14g/L, 所述七水硫酸镍的质量浓度为2g/L,所述硫酸的质量浓度为20g/L,所述添加剂的质量浓度为13g/L；所述添加剂按重量百分比计包括以下原料：10%酒石酸，6%柠檬酸，7%硼酸，1%邻苯二酚，2%甲基对苯二酚，余量为水。
实施例3
紫铜色铝材电解着色槽液包括五水硫酸铜、七水硫酸镍、硫酸、添加剂和水；所述五水硫酸铜的质量浓度为11g/L, 所述七水硫酸镍的质量浓度为4g/L,所述硫酸的质量浓度为17g/L,所述添加剂的质量浓度为11g/L；所述添加剂按重量百分比计包括以下原料：12%酒石酸，8%柠檬酸，6%硼酸，3%邻苯二酚，1%甲基对苯二酚，余量为水。
实施例4
紫铜色铝材电解着色槽液包括五水硫酸铜、七水硫酸镍、硫酸、添加剂和水；所述五水硫酸铜的质量浓度为12g/L, 所述七水硫酸镍的质量浓度为3g/L,所述硫酸的质量浓度为21g/L,所述添加剂的质量浓度为14g/L；所述添加剂按重量百分比计包括以下原料：13%酒石酸，6%柠檬酸，9%硼酸，4%邻苯二酚，2%甲基对苯二酚，余量为水。
实施例5
紫铜色铝材电解着色槽液包括五水硫酸铜、七水硫酸镍、硫酸、添加剂和水；所述五水硫酸铜的质量浓度为13g/L, 所述七水硫酸镍的质量浓度为4g/L,所述硫酸的质量浓度为19g/L,所述添加剂的质量浓度为14g/L；所述添加剂按重量百分比计包括以下原料：10%酒石酸，3%柠檬酸，8%硼酸，4%邻苯二酚，4%甲基对苯二酚，余量为水。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种紫铜色铝材电解着色槽液，其特征在于，包括五水硫酸铜、七水硫酸镍、硫酸、添加剂和水；所述五水硫酸铜的质量浓度为10-15g/L,所述七水硫酸镍的质量浓度为2-4g/L,所述硫酸的质量浓度为16-22g/L,所述添加剂的质量浓度为10-15g/L；
所述添加剂按重量百分比计包括以下原料：
所述着色槽液在使用时需实时监控五水硫酸铜和添加剂的浓度，当低于五水硫酸铜和添加剂浓度范围，按五水硫酸铜：添加剂＝1：1的浓度配比添加至所述着色槽液。
2.如权利要求1所述紫铜色铝材电解着色槽液，其特征在于，所述着色槽液的使用温度为18-20℃。
3.如权利要求1所述紫铜色铝材电解着色槽液，其特征在于，采用交直流电源电解着色，着色电压为14-18V。
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