W jaki sposób barwi się i uszczelnia folie z anodowanego aluminium?

Barwienie warstw tlenku anodowego

Świeżo anodowaną warstwę można natychmiast poddać barwieniu w celu poprawy wyglądu i odporności na korozję. Barwienie, a następnie uszczelnianie pozwala uzyskać szeroką gamę kolorów oraz zwiększa odporność na korozję i zużycie.

Barwienie chemiczne anodowanego aluminium opiera się na adsorpcji przez porowatą warstwę. Typowa średnica porów wynosi od 0,01 do 0,03 μm, podczas gdy cząsteczki barwnika w roztworze wodnym mają wielkość od 0,0015 do 0,0030 μm. Barwnik jest adsorbowany na powierzchniach porów, dyfunduje i gromadzi się w ich wnętrzu, a następnie wiąże się z tlenkiem glinu poprzez wiązania jonowe i wodorowe. Uszczelnienie utrwala barwnik w porach.

Barwienie pigmentami nieorganicznymi

Barwienie pigmentami nieorganicznymi opiera się głównie na adsorpcji fizycznej: cząsteczki pigmentu wypełniają powierzchnię mikroporów i adsorbują się na niej. Kolory nie są intensywne, a przyczepność do podłoża jest słaba, ale odporność na światło jest dobra. Stosuje się dwa roztwory. Po dokładnym wypłukaniu metal anodowany zanurza się w roztworze 1 na 10–15 minut, wypłukuje, a następnie zanurza w roztworze 2 na 10–15 minut, aż sole w warstwie powłoki zareagują, tworząc wystarczającą ilość pigmentu, aby uzyskać wymagany odcień.

Barwienie barwnikami organicznymi

Barwienie barwnikami organicznymi polega na adsorpcji fizycznej i reakcjach chemicznych. Tlenek glinu może tworzyć wiązania kowalencyjne z grupami sulfonowymi, wiązania wodorowe z grupami fenolowymi lub kompleksy z cząsteczkami barwnika. Barwniki organiczne zapewniają żywe kolory i szeroką gamę barw, ale charakteryzują się słabą odpornością na światło. Preferowana jest woda destylowana lub dejonizowana, ponieważ jony wapnia i magnezu zawarte w wodzie z kranu tworzą kompleksy z cząsteczkami barwnika i mogą zepsuć kąpiel barwiącą. Barwnik rozpuszcza się w ciepłej wodzie, podgrzewa się ją niemal do wrzenia, a następnie filtruje, jeśli pozostały w niej zawiesiny lub osad. Należy monitorować i regulować pH kąpieli barwiącej. Odpowiednie materiały, z których wykonane są zbiorniki, to ceramika, stal nierdzewna i polipropylen.

Barwienie elektrolityczne

Anodowane aluminium poddaje się elektrolizie w roztworze soli metali. W wyniku reakcji elektrochemicznych jony metali ciężkich, które przedostają się do mikroporów, są redukowane do atomów metalu, które osadzają się w warstwie porowatej na dnie porów. Różnice w rodzaju jonów, rodzaju osadzonego metalu, wielkości cząstek i ich rozmieszczeniu powodują selektywną absorpcję i odbicie promieniowania o różnych długościach fal, a tym samym powstają różne kolory.

Barwienie integralne

Aluminium i stopy aluminium można poddawać anodowaniu w elektrolicie zawierającym związki organiczne, co pozwala na jednoczesne uzyskanie zabarwienia. Drobne cząstki rozproszone wzdłuż ścianek porów rozpraszają padające światło i tworzą różne kolory. Cząstki te pochodzą z podłoża lub z produktów rozkładu związków organicznych zawartych w elektrolicie. Głębia koloru jest bezpośrednio związana z grubością warstwy. Wysoka gęstość prądu anodowego i napięcie sprawiają, że proces ten jest energochłonny.

Uszczelnianie warstw tlenku anodowego

Warstwy anodowe charakteryzują się porowatą, wysoce aktywną powierzchnią. Zanieczyszczenia i substancje korozyjne mogą przedostawać się do porów, a pigmenty mogą z nich uciekać, co obniża właściwości powierzchniowe. Niezależnie od tego, czy jest barwione, czy nie, anodowane aluminium należy zatem niezwłocznie poddać uszczelnieniu. Uszczelnienie utrwala barwnik w mikroporach, zapobiega wyciekaniu barwnika oraz poprawia odporność na zużycie, światłotrwałość, odporność na korozję i izolację elektryczną.

Zgrzewanie na gorącą wodę

Zgrzewanie gorącą wodą opiera się na hydratacji amorficznego Al₂O₃:

[DO SPRAWDZENIA: w tekście źródłowym brakuje równania dotyczącego nawodnienia]

W kodzie źródłowym n wynosi 1 lub 3. Gdy Al₂O₃ wody do monohydratu tlenku glinu, Al₂O₃·H₂O, jego objętość wzrasta o około 33%. Powstaje trihydrat tlenku glinu, Al₂O₃·3H₂O, prawie podwaja objętość. Hydratacja Al₂O₃ na powierzchni powłoki i ściankach porów, co powoduje rozszerzenie się materiału i zamknięcie porów.

W procesie uszczelniania gorącą wodą stosuje się wodę o temperaturze od 90 do 100 °C i pH od 6 do 7,5 przez 15 do 30 minut. Konieczne jest użycie wody destylowanej lub dejonizowanej, ponieważ osad z wody z kranu może zostać zaadsorbowany w porach, co zmniejsza przejrzystość i pogarsza jakość koloru. Neutralna woda destylowana może powodować zmętnienie i zmniejszać połysk; lekko kwaśna woda destylowana zapewnia lepsze uszczelnienie. Uszczelnianie parowe działa na tej samej zasadzie i jest bardziej skuteczne, ale też droższe.

Uszczelnianie dichromianem

Wyroby aluminiowe umieszcza się w silnie utleniającym roztworze dichromianu potasu w podwyższonej temperaturze, tak aby warstwa tlenku weszła w reakcję z dichromianem. Gdy element poddany anodowaniu zostanie zanurzony w roztworze, tlenek glinu zawarty w warstwie oraz ścianki porów wchodzą w reakcję z wodnym roztworem dichromianu potasu. [DO SPRAWDZENIA: w źródle brakuje równania reakcji.]

Powstałe osady zasadowego chromianu glinu i zasadowego dichromianu glinu, wraz z monohydratem i trihydratem tlenku glinu powstałymi w wyniku hydratacji gorącą wodą, zamykają mikroporowatość. Kąpiel zawiera od 50 do 70 g/l dichromianu potasu i działa w temperaturze od 90 do 95°C przez 15 do 25 minut przy pH od 6 do 7. Obrobiona warstwa ma kolor żółty i charakteryzuje się dobrą odpornością na korozję. Metoda ta nadaje się do anodowania ochronnego, ale nie do uzyskiwania dekoracyjnych, barwnych warstw.

Uszczelnianie hydrolityczne

Gdy warstwa adsorbuje bardzo rozcieńczone roztwory soli niklu lub kobaltu, zachodzi hydroliza. [DO SPRAWDZENIA: w tekście źródłowym brakuje równań hydrolizy.] Powstały wodorotlenek niklu lub kobaltu wytrąca się i zamyka mikroporowatość powłoki. W niewielkich ilościach jest on niemal bezbarwny i przezroczysty, co sprawia, że metoda ta nadaje się szczególnie do barwionych powłok ochronno-dekoracyjnych. Wodorotlenki tworzą również kompleksy z barwnikami organicznymi i poprawiają odporność na światło.

Impregnacja i uszczelnianie

Warstwy tlenku anodowego można również uszczelnić za pomocą materiałów organicznych, takich jak przezroczysty lakier, stopiona parafina, różne żywice oraz oleje schnące.