铝的染色

【原理】经过染色处理的铝制品，颜色鲜艳、美观，抗腐蚀性强，它的耐磨性和绝缘性都高于一般的铝制品。铝根据阳极氧化法原理染色。以硫酸为电解液，铝制品作阳极，经过一段时间的通电，铝的表面就会被氧化。阳极氧化的实质是水的放电，生成的初生态氧对铝电极发生氧化，反应式可以简单表示如下。
　　
　　H2O=[O]+2H++2e
　　
　　2Al+3[O]=Al2O3
　　
　　形成的氧化膜厚度可达几十到近百微米，孔隙率是10～15％。这样新生成的多孔氧化膜，有强烈的吸附能力，能吸附各种色素，因此能染制成各种颜色的铝制品。
　　
　　多孔氧化膜的保护性不强，只有经过封闭处理，才能提高氧化膜的抗蚀能力和绝缘性，还能起保护颜色的作用。氧化膜的孔隙可借沸水或水蒸气的作用来封闭，使电解时生成的氧化铝转化成水合氧化铝（Al2O3·H2O或Al2O3·3H2O）。水合氧化铝呈透明状，当氧化铝水化成一水合物后，体积增大33％，水化成三水合物时，体积几乎增加100％。这是铝的氧化膜水化后能封闭孔隙的原因。
　　
　　【操作】
　　
　　（1）除去铝制品表面的油污把铝制品浸入60～70℃含碳酸钠30～40g/L和磷酸三钠50～60g/L的溶液中，不断翻动，直到油污被除尽。新的铝制品只要浸2～3分钟。处理后分别用热水和冷水清洗。
　　
　　（2）碱液浸蚀把去油污后的铝制品浸入60～70℃含氢氧化钠60～80g/L的溶液中，这时铝的表面有大量气泡生成。浸蚀时间不应超过半分钟，随即分别用热水和冷水清洗。浸蚀后，铝制品表面洁净光亮，适宜做阳极氧化处理。
　　
　　（3）阳极氧化用180～200g/L的硫酸作电解液，以铝板或石墨作阴极，铝制品作阳极，接上13～24V的电源。开始时，阳极电流密度应控制在0.5A/dm2左右，1分钟后把电流密度加大到0.8～1.5A/dm2。电解温度保持在13～26℃范围内，经30～40分钟氧化完成。
　　
　　（4）染色氧化后的铝制品，用冷的（不能用热的）蒸馏水仔细清洗，再用1％的氨水（用蒸馏水配制）浸几秒钟，中和可能残留在孔隙中的酸液。然后立即浸入事先准备好的染色溶液中染色。染料可选用专门染丝、毛织物的一些有机染料，也可选用无机颜料。有机染料配成染色液的浓度、温度、酸度（pH值）和染色时间可参阅下表。染色液的pH值可以用氨水或醋酸调节。染色的深浅可以通过染色时间的长短来控制。有机染料染色液的配制方法是：先将染料用少量蒸馏水调成糊状，然后加适量水，煮沸15～20分钟。滤去不溶物，倒入染色容器中，用蒸馏水稀释到所需要的浓度，再按规定调节好pH值就能使用。无机颜料一般分甲液和乙液两种浸液，通常先投入甲液浸5～10分钟，再投入乙液浸5～10分钟。几种无机颜料的浓度配比可参阅下页上的表。
　　
　　（5）封闭从染料液中取出铝制品，用蒸馏水洗去表面的染色液。如果用的是有机染料，放入煮沸的蒸馏水中在95℃以上的温度下保持20分钟，就能完成封闭处理。如果用无机颜料，只要在60～80℃温度下烘干。
　　
　　【说明】
　　
　　（1）阳极氧化的温度不能过高，过高对形成氧化膜不利。阳极氧化反应是放热的，在氧化时溶液的温度会不断升高。为了不使温度升高过快，电解液可适当多配一些。如果氧化件面积是1dm2，电解液的体积不应小于3L。
　　
　　（2）电解液中不能含有铅、铜等杂质离子，否则会影响铝表面的光泽。
　　
　　（3）阳极氧化的电源也可以用交流电，用交流电得到的氧化膜，硬度和耐磨性虽然差一些，但是膜的透明度比较好，可以获得满意的光泽。
　　
　　（4）原料和染料都要选用纯度高的产品。有些产品中含有元明粉、糊精等，用来染色效果不好。
　　
　　（5）氧化后不能用热水清洗，原因是为了防止孔隙封闭，影响染色效果。清洗和染色要用蒸馏水，不能用普通水，以免普通水里的钙、镁离子进入空隙，影响染色封闭质量。
　　
　　（6）如果染色不匀想要除去，可以用1％的次氯酸钠溶液为清洗液除色。
　　
　　（7）用上述原理还可进行多色染色。例如铝件要染黄、红两种颜色，先按上述步骤染上黄色，再用毛笔蘸清漆或火棉胶液薄薄地涂刷在要保留黄色的地方。待漆膜干后，把铝件浸入稀铬酸溶液里，褪去未涂刷清漆部分的黄色。取出后用蒸馏水洗净，再重新染红色。如果要染第三、四色，仍照上法操作。几种颜色都染好了，用溶剂除去漆膜后再一起作封闭处理。
　　
　　（8）本实验在去油污以后的各步操作中，手指和脏物不能接触氧化件，以保证制品质量。