CN104988556A - 一种铝型材电解着色液及其制备方法、应用和应用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铝型材电解着色液及其制备方法、应用和应用方法，属于铝型材表面处理技术领域。其中，铝型材电解着色液由纯硫酸、硫酸亚锡、硫酸镍、着色添加剂和水组成，所述的纯硫酸的质量浓度为15～18g/L，硫酸亚锡的质量浓度为8～12g/L，硫酸镍的质量浓度为15～30g/L，着色添加剂的质量浓度为20～30g/L；所述的着色添加剂由D-酒石酸、邻苯二酚、硼酸和氨基磺酸组成，各组分的质量百分比分别为：D-酒石酸30％～40％，邻苯二酚30％～40％，硼酸20％～30％，氨基磺酸5％～10％。本发明能产生由浅古铜到深古铜再到黑色的一系列亮丽色泽，铝型材着色均匀、光亮、色差小、重现性好，且槽液可长时间保持清澈透明，有较强分散能力，锡离子稳定性高，消耗量低。

Description

一种铝型材电解着色液及其制备方法、应用和应用方法

技术领域

本发明属于铝型材表面处理技术领域，更具体地说，涉及一种铝型材电解着色液及其制备方法、应用和应用方法。

背景技术

铝合金挤压型材应用日益广泛，其表面处理技术取得了迅猛快速发展，为提高铝合金型材的保护、装饰性能，需要对铝合金材料进行阳极氧化、着色处理。铝合金氧化后的着色方法，一般有化学染色法、自然上色法及电解着色法。在60年代，日本的浅田发明了二次电解着色法，该法着色膜的耐光性、耐热性、耐磨性及耐蚀性均比染色法等有显著提高，从而迅速扩大了着色铝合金的应用范围。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。

如中国专利申请号：201010197685.5，申请日：2010年6月11日的一种铝合金建筑型材电解着色溶液，它的组成为，每升水含有：CuSO₄·5H₂O 15-20g、H₂SO₄ 10-15g、酒石酸5-7g、Au(NO₃)₃ 0.1-0.3g、SnSO₄ 1-3g、CaSO₄ 1-2g和甲酚4-5g；该溶液应用于铝合金型材经过阳极氧化处理后的交流电解着色，经过着色处理后的产品可以获得含紫色调的红色表面，该方案解决铜盐着色均匀性差和产品耐蚀差的问题，并非用于古铜色系和青铜色系铝型材的着色处理，并且Au为贵重金属元素，成本高，Au(NO₃)₃难以获得，使用成本太高，此外，SnSO₄易水解成不溶性的Sn(OH)₄，使溶液变得浑浊，无法再用，着色反应不应控制。

又如，中国专利申请号：201410604874.8，申请日：2014年10月31日的一种新型铝合金锡盐着色工艺及着色液，其工艺包括如下技术步骤：a、除油；b、碱洗；c、中和；d、阳极氧化；e、着色。其中，着色液包括如下组份：重量浓度为10—20g/L的硫酸镁，重量浓度为3—10g/L的酒石酸，重量浓度为1—10g/L的硼酸，重量浓度为1—5g/L的对氨基苯酚，其余为去离子水。但该方案铝合金着色不易控制掌握，操作复杂，且着色范围窄，色泽不够均匀。

发明内容

1、要解决的问题

针对现有铝型材电解着色中着色反应不易控制，设备复杂，操作繁琐，着色范围窄，色泽不够光亮均匀，以及含有贵重金属元素等问题，本发明提供一种铝型材电解着色液及其制备方法、应用和应用方法，其不含贵重金属，使用成本低，并且操作简单，着色反应易于掌握，着色范围宽广，可产生由浅古铜到深古铜再到黑色一系列亮丽色泽，铝型材着色均匀、光亮、色差小、重现性好；采用本发明的槽液清澈透明，有较强分散能力，锡离子稳定性高，消耗量低。

2、技术方案

为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。

一种铝型材电解着色液，由纯硫酸、硫酸亚锡、硫酸镍、着色添加剂和水组成，所述的纯硫酸的质量浓度为15～18g/L，硫酸亚锡的质量浓度为8～12g/L，硫酸镍的质量浓度为15～30g/L，着色添加剂的质量浓度为20～30g/L；所述的着色添加剂由D-酒石酸、邻苯二酚、硼酸和氨基磺酸组成，各组分的质量百分比分别为：D-酒石酸30％～40％，邻苯二酚30％～40％，硼酸20％～30％，氨基磺酸5％～10％。

优选地，所述的纯硫酸的质量浓度为16g/L，硫酸亚锡的质量浓度为10g/L，硫酸镍的质量浓度为20g/L，着色添加剂的质量浓度为25g/L。

优选地，所述的着色添加剂各组分的质量百分比为：D-酒石酸40％，邻苯二酚30％，硼酸25％，氨基磺酸5％。

上述的一种铝型材电解着色液的制备方法，其步骤为：

(1)将D-酒石酸、邻苯二酚、硼酸和氨基磺酸的固体粉末按比例混合均匀，得到所述的着色添加剂；

(2)在反应槽中加入槽体容积3/5的纯水，按槽体容积4/5的纯水体积计算纯硫酸质量，搅拌并缓慢加入纯硫酸；

(3)按反应槽4/5的容积计算步骤(1)中着色添加剂的质量，并将其加入到步骤(2)的槽液中，搅拌均匀；

(4)按反应槽4/5的容积分别计算硫酸亚锡和硫酸镍的质量，并将它们分散加入到步骤(3)的槽液中，搅拌，使硫酸亚锡和硫酸镍完全溶解，

(5)待反应槽中溶液回复常温后，搅拌，并加入纯水，使溶液体积达到槽体容积的4/5，即得到所述的铝型材电解着色液。

进一步地，所述的电解着色液的pH为0.8～1。

上述的一种铝型材电解着色液在铝型材表面处理工艺中的应用。

上述一种铝型材电解着色液在铝型材表面处理工艺中的应用方法，其步骤为：

(a)经阳极氧化的铝型材，水洗后，放置于铝型材电解着色液中静置30～50秒；

(b)在槽液中放置石墨棒作为电极，对铝型材电解着色液通交流电，通电电压为5±1V，并保持30～40秒；

(c)逐渐升高铝型材电解着色液的通电电压至17±2V，此过程耗时30～40秒；

(d)电解反应；

(e)断电，取出铝型材，纯水水洗两次后，进入下道处理工序。

进一步地，所述步骤(d)的电解反应时间为1-15分钟，温度为10-25℃。

3、有益效果

相比于现有技术，本发明的有益效果为：

(1)本发明的铝型材电解着色液可在铝型材表面产生香槟色、浅古铜色、深古铜色和黑色一些列亮丽色泽，着色范围宽广，且铝型材着色均匀，色差小，重现性好，金属离子在氧化膜针孔的底部析出，生成的颜色有很好的耐光性和耐候性；

(2)本发明的铝型材电解着色液中15～18g/L浓度的纯硫酸配合20～30g/L的着色添加剂使用，溶液的分散能力好，对杂质不敏感，设备要求简单，在电解着色反应时操作也容易；

(3)本发明的铝型材电解着色液，着色添加剂中，相应浓度的D-酒石酸和邻苯二酚配合使用，能够有效的稳定硫酸亚锡，硫酸亚锡自然分解率每月小于0.5g/L，以及规定浓度的硼酸使用，稳定溶液pH值，溶液长时间保持清澈透明，无浑浊或稍有浑浊，这样，保证Sn²⁺的浓度相对稳定，铝型材着色速度快而又不会增加着色液的带出量，氨基磺酸可以调整最终铝型材着色的色泽；

(4)本发明的铝型材电解着色液，在制备及使用过程中，控制溶液pH在0.8～1之间，在保证铝型材着色质量的前提下，极少腐蚀铝型材表面氧化膜；

(5)本发明的铝型材电解着色液在铝型材表面处理工艺中的应用方法，严格控制通电电压和通电时间，同时控制电解反应温度在10-25℃，即能使反应速度达到最快，又能获得最佳的色调，不会出现浮色，能量消耗小，降低成本；

(6)本发明的铝型材电解着色液在铝型材表面处理工艺中的应用方法，通过控制电解反应时间可以得到不同的色调。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。

实施例1

本实施的一种铝型材电解着色液，由纯硫酸、硫酸亚锡、硫酸镍、着色添加剂和水组成，其中，纯硫酸的质量浓度为15g/L，硫酸亚锡的质量浓度为8g/L，硫酸镍的质量浓度为15g/L，着色添加剂的质量浓度为20g/L；上述的着色添加剂由D-酒石酸、邻苯二酚、硼酸和氨基磺酸组成，各组分的质量百分比分别为：D-酒石酸30％，邻苯二酚40％，硼酸20％，氨基磺酸10％。

本实施例将制备160L的上述铝型材电解着色液，并采用如下的步骤进行制备：

(1)分别称取取960g的D-酒石酸、1280g的邻苯二酚、640g的硼酸和320g的氨基磺酸的固体粉末混合均匀，制成着色添加剂；

(2)准备一个容积为200L的反应槽，并且在槽体的120L和160L位置分别做刻度标记；

(3)在上述反应槽中加入纯水达到120L刻度位置，再向槽体中缓慢加入2.4Kg的纯硫酸，边加边搅拌，由于硫酸溶于水以后释放大量的热，会产生大量水蒸气，所以在硫酸加完后，向槽体中补充纯水，使其体积达到120刻度标记位置；

(4)将步骤(1)中着色添加剂加入到步骤(3)的槽液中，搅拌均匀；

(5)分别称取1.28Kg的硫酸亚锡和2.4Kg硫酸镍的质量，并将它们分散加入到步骤(4)的槽液中，搅拌，使硫酸亚锡和硫酸镍完全溶解；

(6)待反应槽中溶液回复到室温后，搅拌，并加入纯水，使溶液体积达到槽体的160L刻度位置，即得到了铝型材电解着色液。

对上述所得铝型材电解着色液检测酸碱度，得pH为0.9，测量室温为21℃，现取一件重5Kg的铝型材，经阳极氧化后，检测表面膜厚10um，对其进行电解着色处理，采用石墨棒作为电极，其具体操作步骤如下：

(a)将经阳极氧化处理的上述铝型材，水洗后，放置于铝型材电解着色液中静置30秒；

(b)对铝型材电解着色液通交流电，通电电压为5V，并保持30秒，在此时间段内电压波动不大于1V；

(c)逐渐升高通电电压至17V，此过程耗时30秒，在此时间段内电压波动不大于2V；

(d)电解反应1分钟；

(e)断电，取出铝型材，纯水水洗两次后，进行后续的封闭处理。

在上述电解着色过程中，控制溶液温度始终保持在10-25℃，并且通过添加硫酸，控制溶液pH在0.8～1之间。

经过本实施例的上述电解反应后，得到铝型材表面呈现香槟色，整体色彩均匀，且着色后检测铝型材氧化膜厚度在9.5±0.2um，可见对于氧化膜的腐蚀极少，同时，反应后槽液依然清澈透明。此外，对相同质量大小的铝型材，采用上述电解着色液连续处理150天后，槽液依然清晰无浑浊，在230天后，着色效果依然良好，着色液稍有浑浊，且整个过程中硫酸亚锡自然分解率每月均小于0.5g/L，硫酸镍自然分解率每月小于0.18g/L；每着色一吨的铝型材，消耗着色添加剂约1.55公斤，能量消耗少，降低了作业费用；其所需设备及操作简单，不含有毒物质，有利于环境保护。

实施例2

本实施的一种铝型材电解着色液，由纯硫酸、硫酸亚锡、硫酸镍、着色添加剂和水组成，其中，纯硫酸的质量浓度为16g/L，硫酸亚锡的质量浓度为10g/L，硫酸镍的质量浓度为20g/L，着色添加剂的质量浓度为25g/L；上述的着色添加剂由D-酒石酸、邻苯二酚、硼酸和氨基磺酸组成，各组分的质量百分比分别为：D-酒石酸40％，邻苯二酚30％，硼酸25％，氨基磺酸5％。

本实施例将制备160L的上述铝型材电解着色液，并采用如下的步骤进行制备：

(1)分别称取取1.6Kg的D-酒石酸、1.2Kg的邻苯二酚、1Kg的硼酸和200g的氨基磺酸的固体粉末混合均匀，制成着色添加剂；

(2)准备一个容积为200L的反应槽，并且在槽体的120L和160L位置分别做刻度标记；

(3)在上述反应槽中加入纯水达到120L刻度位置，再向槽体中缓慢加入2.56Kg的纯硫酸，边加边搅拌，由于硫酸溶于水以后释放大量的热，会产生大量水蒸气，所以在硫酸加完后，向槽体中补充纯水，使其体积达到120刻度标记位置；

(4)将步骤(1)中着色添加剂加入到步骤(3)的槽液中，搅拌均匀；

(5)分别称取1.6Kg的硫酸亚锡和3.2Kg硫酸镍的质量，并将它们分散加入到步骤(4)的槽液中，搅拌，使硫酸亚锡和硫酸镍完全溶解；

(6)待反应槽中溶液回复到室温后，搅拌，并加入纯水，使溶液体积达到槽体的160L刻度位置，即得到了铝型材电解着色液。

对上述所得铝型材电解着色液检测酸碱度，得pH为0.87，测量室温为20℃，现取一件重5Kg的铝型材，经阳极氧化后，检测表面膜厚9.7um，对其进行电解着色处理，采用石墨棒作为电极，其具体操作步骤如下：

(a)将经阳极氧化处理的上述铝型材，水洗后，放置于铝型材电解着色液中静置30秒；

(b)对铝型材电解着色液通交流电，通电电压为5V，并保持30秒，在此时间段内电压波动不大于1V；

(c)逐渐升高通电电压至17V，此过程耗时30秒，在此时间段内电压波动不大于2V；

(d)电解反应4分钟；

(e)断电，取出铝型材，纯水水洗两次后，进行后续的封闭处理。

在上述电解着色过程中，控制溶液温度始终保持在10-25℃，并且通过添加硫酸，控制溶液pH在0.8～1之间。

经过本实施例的上述电解反应后，得到铝型材表面呈现古铜色，整体色彩均匀，且着色后检测铝型材氧化膜厚度在9.2±0.4um，可见对于氧化膜的腐蚀极少，同时，反应后槽液依然清澈透明。此外，对相同质量大小的铝型材，采用上述电解着色液连续处理180天后，槽液依然清晰无浑浊，在270天后，着色效果依然良好，着色液稍有浑浊，且整个过程中硫酸亚锡自然分解率每月均小于0.4g/L，硫酸镍自然分解率每月小于0.23g/L；每着色一吨的铝型材，消耗着色添加剂约1.4公斤，能量消耗少，降低了作业费用；其所需设备及操作简单，不含有毒物质，有利于环境保护。

实施例3

本实施的一种铝型材电解着色液，由纯硫酸、硫酸亚锡、硫酸镍、着色添加剂和水组成，其中，纯硫酸的质量浓度为18g/L，硫酸亚锡的质量浓度为12g/L，硫酸镍的质量浓度为30g/L，着色添加剂的质量浓度为30g/L；上述的着色添加剂由D-酒石酸、邻苯二酚、硼酸和氨基磺酸组成，各组分的质量百分比分别为：D-酒石酸32％，邻苯二酚31％，硼酸30％，氨基磺酸7％。

本实施例将制备160L的上述铝型材电解着色液，并采用如下的步骤进行制备：

(1)分别称取取1536g的D-酒石酸、1488g的邻苯二酚、1440g的硼酸和336g的氨基磺酸的固体粉末混合均匀，制成着色添加剂；

(2)准备一个容积为200L的反应槽，并且在槽体的120L和160L位置分别做刻度标记；

(3)在上述反应槽中加入纯水达到120L刻度位置，再向槽体中缓慢加入2.88Kg的纯硫酸，边加边搅拌，由于硫酸溶于水以后释放大量的热，会产生大量水蒸气，所以在硫酸加完后，向槽体中补充纯水，使其体积达到120刻度标记位置；

(4)将步骤(1)中着色添加剂加入到步骤(3)的槽液中，搅拌均匀；

(5)分别称取1.92Kg的硫酸亚锡和4.8Kg硫酸镍的质量，并将它们分散加入到步骤(4)的槽液中，搅拌，使硫酸亚锡和硫酸镍完全溶解；

(6)待反应槽中溶液回复到室温后，搅拌，并加入纯水，使溶液体积达到槽体的160L刻度位置，即得到了铝型材电解着色液。

对上述所得铝型材电解着色液检测酸碱度，得pH为0.85，测量室温为23℃，现取一件重5Kg的铝型材，经阳极氧化后，检测表面膜厚10.2um，对其进行电解着色处理，采用石墨棒作为电极，其具体操作步骤如下：

(a)将经阳极氧化处理的上述铝型材，水洗后，放置于铝型材电解着色液中静置30秒；

(b)对铝型材电解着色液通交流电，通电电压为5V，并保持30秒，在此时间段内电压波动不大于1V；

(c)逐渐升高通电电压至17V，此过程耗时30秒，在此时间段内电压波动不大于2V；

(d)电解反应15分钟；

(e)断电，取出铝型材，纯水水洗两次后，进行后续的封闭处理。

在上述电解着色过程中，控制溶液温度始终保持在10-25℃，并且通过添加硫酸，控制溶液pH在0.8～1之间。

经过本实施例的上述电解反应后，得到铝型材表面呈现黑色，整体色彩均匀，且着色后检测铝型材氧化膜厚度在9.3±0.5um，可见对于氧化膜的腐蚀极少，同时，反应后槽液依然清澈透明。此外，对相同质量大小的铝型材，采用上述电解着色液连续处理160天后，槽液依然清晰无浑浊，在255天后，着色效果依然良好，着色液稍有浑浊，且整个过程中硫酸亚锡自然分解率每月均小于0.5g/L，硫酸镍自然分解率每月小于0.2g/L；每着色一吨的铝型材，消耗着色添加剂约1.5公斤，能量消耗少，降低了作业费用；其所需设备及操作简单，不含有毒物质，有利于环境保护。

本发明所述实例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计思想的前提下，本领域工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种铝型材电解着色液，由纯硫酸、硫酸亚锡、硫酸镍、着色添加剂和水组成，所述的纯硫酸的质量浓度为15～18g/L，硫酸亚锡的质量浓度为8～12g/L，硫酸镍的质量浓度为15～30g/L，着色添加剂的质量浓度为20～30g/L；所述的着色添加剂由D-酒石酸、邻苯二酚、硼酸和氨基磺酸组成，各组分的质量百分比分别为：D-酒石酸30％～40％，邻苯二酚30％～40％，硼酸20％～30％，氨基磺酸5％～10％。

2.根据权利要求1所述的一种铝型材电解着色液，其特征在于：所述的纯硫酸的质量浓度为16g/L，硫酸亚锡的质量浓度为10g/L，硫酸镍的质量浓度为20g/L，着色添加剂的质量浓度为25g/L。

3.根据权利要求1所述的一种铝型材电解着色液，其特征在于：所述的着色添加剂各组分的质量百分比为：D-酒石酸40％，邻苯二酚30％，硼酸25％，氨基磺酸5％。

4.权利要求1所述的一种铝型材电解着色液的制备方法，其步骤为：

(1)将D-酒石酸、邻苯二酚、硼酸和氨基磺酸的固体粉末按比例混合均匀，得到所述的着色添加剂；

(2)在反应槽中加入槽体容积3/5的纯水，按槽体容积4/5的纯水体积计算纯硫酸质量，搅拌并缓慢加入纯硫酸；

(3)按反应槽4/5的容积计算步骤(1)中着色添加剂的质量，并将其加入到步骤(2)的槽液中，搅拌均匀；

(4)按反应槽4/5的容积分别计算硫酸亚锡和硫酸镍的质量，并将它们分散加入到步骤(3)的槽液中，搅拌，使硫酸亚锡和硫酸镍完全溶解，

(5)待反应槽中溶液回复常温后，搅拌，并加入纯水，使溶液体积达到槽体容积的4/5，即得到所述的铝型材电解着色液。

5.权利要求4所述的一种铝型材电解着色液的制备方法，其特征在于：所述的电解着色液的pH为0.8～1。

6.权利要求1所述的一种铝型材电解着色液在铝型材表面处理工艺中的应用。

7.权利要求6所述的一种铝型材电解着色液在铝型材表面处理工艺中的应用方法，其步骤为：

(a)经阳极氧化的铝型材，水洗后，放置于铝型材电解着色液中静置30～50秒；

(b)在槽液中放置石墨棒作为电极，对铝型材电解着色液通交流电，通电电压为5±1V，并保持30～40秒；

(c)逐渐升高铝型材电解着色液的通电电压至17±2V，此过程耗时30～40秒；

(d)电解反应；

(e)断电，取出铝型材，纯水水洗两次后，进入下道处理工序。

8.根据权利要求7所述的一种铝型材电解着色液在铝型材表面处理工艺中的应用方法，其特征在于：所述步骤(d)的电解反应时间为1-15分钟，温度为10-25℃。