鋁陽極化染黑工藝中的故障處理

1　前言

　　某電鍍廠新增鋁陽極化染黑工藝生產線，出現不少質量問題。如工件顏色有深有淺，有黑中顯青，有黑中顯紅，有黑中留白，有灰黑混一等等。經細細辨別，筆者很快找出了故障起因並提出瞭解決方法。現將其整理如下，有誤之處請廣大同行批評指正。

2　故障原因分析及解決方法

　　2.1　顏色黑中顯青
　　通常是由如下4種原因引起的:
　　①陽極氧化溶液溫度過低
　　②陽極氧化時間過短
　　③電壓過低
　　④染色溶液pH值接近中性
　　經分析，該廠所出現的質量問題是由於陽極氧化溶液溫度過低而沒有相應地延長陽極化時間和提高電壓而引起的。
　　原來該廠初上此工藝時正當夏季，陽極化溶液的溫度高達28～30℃。當時開槽的師傅把陽極化染黑件的氧化時間定為30～40min，這在當時的溫度條件下是正確的，然而，隨溶液溫度的變化，須改變陽極時間，由於操作者沒有這方面的經驗，4個多月之後，進入冬季，陽極化溶液的溫度由28～30℃降至近10℃，而此時陽極化時間仍保持在30～40min，電壓也仍維持在12V，從而導致了上述故障，當把陽極化時間延長到90～100 min，並相應增大電壓。問題很快得到解決。
　　2.2　表面發花，類似大理石狀的花紋表面發花多出現在大麵積工件，其原因可能為:
　　①工件在預處理碱洗不夠徹底
　　當工件碱洗不徹底時，基體表面原有的氧化膜不能除淨，該處也就難以生成人工氧化膜，導致染不上色，而原有的氧化膜除淨處有人工氧化膜生成，染上了色，從而形成不規則的花紋；此外，有的雖經充分碱洗，但沒有及時在硝酸中出光，並在空氣中又擱置過久后才轉入陽極化槽，這種情況下所獲的氧化膜染色后也可能出現花紋現象。
　　陽極化前的預處理質量優劣是獲得氧化膜質量的關鍵，要認真對待。
　　②染色溶液溫度過低
　　染色溶液溫度過低時，染色性能降低，染色速度緩慢，應延長染色時間，並頻頻晃動染色件，以保証色澤均勻。
　　在可能的條件下染色液應予以加溫，以保証染色件的質量。
　　③染色溶液表面有油污
　　染色液表面的油膜是由顏料帶人的，為除去這層油膜，溶液配成后應經過濾紙過濾，或用粗制紙片拖吸。
　　為避免工件進入染色液時這層油膜覆蓋其表面而引起色澤不均勻和發花，通常的做法是工件進入染色液后在液面下晃動几下，使吸附在工件表面的油膜脫離下來。
　　由上述后二種原因引起的染色層質量問題可在鉻酸溶液或硝酸溶液中退除后再次染色。
　　2.3　局部染不上色
　　從現場的返修件中看到這方面的質量問題比較嚴重，主要原因有以下幾個方面:
　　2.3.1　氧化膜接觸了油污或碱性物質
　　工件經陽極化后在染色之前要防止與油污或碱性物質接觸，以避免氧化膜在染色過程中與染色液隔離或受到破坏。發現該廠操作工人裝夾時手上的油污污染工件，而使有油污的部位染不上色，建議先裝夾再碱洗。
　　2.3.2　夾具的位置或陽極化時工件的懸挂角度不當
　　夾具的位置與陽極化工件的懸挂角度對氧化膜的質量有很大影響，尤其是因此而產生窩氣的更不是少見，為避免這一問題，除在裝夾和懸挂工序中需要特別注意之外，在陽極化和染色過程中還應多次搖晃工件，使工件的凹入部位在此工序中所產生的氣體能及時排除。
　　2.3.3　染色時工件間互相貼合
　　因染色時互相貼合而形成的“陰陽面”多出現在平面件上，出現這種情況的工件應在乾燥之前先挑出來，在鉻酸或硝酸溶液中退色后重新染色。
　　為避免工件在染色時相互貼合，可採取下述方法:
　　①工件染色時不要從夾具上拆下來，帶夾具染色，並在染色過程中把夾具上下抖動幾次，以防夾具的接觸處因頂氣而產生過大的白點痕跡。
　　②從夾具上拆下后放人塑料籃筐內染色，染色時在液面以下輕輕抖動多次也能獲得均勻一致的外觀質量，要注意的是只能在染色液中輕輕抖動，否則工件會被擦毛而顯現白色道痕。
　　2.4　表面有浮灰
　　2.4.1　染色溶液溫度偏高
　　當染色溶液溫度偏高時，上色速度加快，結果酸性元青中分子較小的酸性橙Ⅱ成分“捷足先登”因而引起酸性元青中的另一成分酸性藍黑IOB被“排擠在外”，從而產生浮灰。所獲得的染色層也因此而顯得偏紅。
　　2.4.2　陽極化溶液溫度偏高
　　當陽極化溶液溫度偏高時，氧化膜的溶解速度加快，結果所生成的氧化膜因溶解而產生粉末狀物質，也就是“浮灰”。
　　為避免高溫季節浮灰加重，維持陽極化溶液的溫度在正常的工藝規範之內，以確保產品質量。筆者提出了以下解決方法:
　　①調整工作班次
　　將白天班改為夜間班，一般情況下夜間氣溫比白天低5～10℃。
　　②多槽輪流工作
　　經一次或多次陽極化后，因焦耳效應，溶液溫度上升，當超過工藝允許的溫度時應停止工作，讓其自然冷卻，下一槽的工件在另一只陽極化槽中進行，這樣輪流操作既不影響生產，又可避開高溫溶液時對陽極化膜的影響。
　　③更換大容積槽子
　　增大陽極槽的容積，對於加工同樣表面積的工件，溶液的升溫度會相應減緩。
　　④減少一次裝載量
　　槽內裝載量減少后，陽極時產生的焦耳熱亦相應減少，可降低溶液的升溫速度。
　　⑤繼息式工作
　　當溶液溫度超過允許值時停止工作，待溫度降至工藝範圍時再繼續工作。
　　⑥水冷法
　　宜用井水，因井水具有冬暖夏涼的特點，能起到一定的控溫作用；而水塔上的儲備水是冬涼夏暖，不適宜作冷卻水用。
　　2.5　染出顏色黑中顯紅
　　這種情況主要是由於未能控制好染色液的pH值，據瞭解，酸性元青是由酸性藍黑IOB和酸性橙Ⅱ組成，在一定的pH範圍內這兩種組分進入膜孔的比例符合陽極化膜染色純黑的要求，而當pH值超過或低於這個最佳範圍時，進入膜孔中的兩組分比例失調，染上的顏色黑中顯青或黑中顯紅。試驗發現，染色液的pH值與鋁陽極化膜上染出色調的關係見下表1。
　　表1　染色液pH值與鋁陽極化膜染色色調的關係

　　解決方法:定量測定pH值，工作中要防止酸、碱性物質的混入，進入染色槽的工件要徹底沖洗乾淨。
　　2.6　工件下端近邊緣處染不上色
　　其原因為工件未染上色的部位沒有生成氧化膜。經瞭解，工件在陽極化之前一天進行碱洗，且碱洗后的中和和水洗均不充分，並讓其自然晾乾，這使得鋁件表面帶碱性的游離水緩慢地往下流，流至盡頭時集成水珠且久久不消失，水珠中的酸或碱性物質且接與鋁件發生反應<特別是水珠的週圍易吸納氧的部位>，陽極化時未能被擊穿，阻止了陽極化過程中人工氧化膜的生成。
　　解決方法:
　　①要認真執行預處理工藝，決不可怕麻煩而簡化工藝過程:
　　②對於帶有盲孔的工件，在預處理的每一工序中都要將盲孔內殘留的溶液甩乾淨；
　　③預處理后不能用壓縮空氣吹干，也不可用烘箱烘烤；
　　④在自然晾乾過程中要時時用潔淨的毛巾吸去水珠，以防水珠中的酸、碱物質與該處起反應。
　　⑤自然晾乾時要選擇環境較好的場所，以防酸、碱、油煙，對工件的浸蝕。

3　小結

　　經過一段時間的處理，該廠陽極化染黑工藝所出現的質量問題基本得到解決，至於能否長期保持還很難說，因為上面所出現的問題有技術上的不足，也有操作者的責任心不強等主觀因素。筆者認為:在加強工人技術培訓的同時還要加強對工人的職業操守教育。此外，對工藝的制訂與管理也需要不斷完善，否則還是難以徹底解決故障隱患。