Как окрашиваются и герметизируются пленки из анодированного алюминия?

Окрашивание анодных оксидных пленок

Только что анодированную пленку можно сразу же окрасить для улучшения внешнего вида и повышения коррозионной стойкости. Окрашивание с последующим герметизированием позволяет получить широкую гамму цветов и повысить коррозионную и износостойкость.

Химическое окрашивание анодированного алюминия основано на адсорбции красящего вещества пористой пленкой. Диаметр пор обычно составляет от 0,01 до 0,03 мкм, тогда как размер молекул красителя в растворе воды — от 0,0015 до 0,0030 мкм. Краситель адсорбируется на поверхности пор, диффундирует и накапливается внутри пор, а также связывается с оксидом алюминия посредством ионных и водородных связей. Герметизация фиксирует краситель в порах.

Окрашивание неорганическими пигментами

Окрашивание с использованием неорганических пигментов происходит в основном за счет физической адсорбции: молекулы пигмента заполняют микропоры и адсорбируются на их поверхности. Цвета получаются неяркими, а адгезия к основанию — слабой, однако светостойкость хорошая. Используются два раствора. После тщательного промывания анодированный металл погружают в раствор № 1 на 10–15 минут, промывают, а затем погружают в раствор № 2 на 10–15 минут до тех пор, пока соли в пленке не вступят в реакцию с образованием количества пигмента, достаточного для получения требуемого оттенка.

Окрашивание органическими красителями

Окрашивание органическими красителями сопровождается физической адсорбцией и химическими реакциями. Оксид алюминия может образовывать ковалентные связи с сульфоновыми группами, водородные связи с фенольными группами или комплексы с молекулами красителя. Органические красители обеспечивают яркие цвета и широкую цветовую гамму, но обладают низкой светостойкостью. Предпочтительно использовать дистиллированную или деионизированную воду, поскольку ионы кальция и магния в водопроводной воде образуют комплексы с молекулами красителя и могут испортить красящую ванну. Краситель растворяют в теплой воде, нагревают почти до кипения и фильтруют, если остаются взвешенные частицы или осадок. Необходимо контролировать и корректировать pH красящей ванны. Подходящими материалами для емкостей являются керамика, нержавеющая сталь и полипропилен.

Электролитическое окрашивание

Анодированный алюминий подвергается электролизу в растворе металлических солей. В результате электрохимических реакций ионы тяжелых металлов, проникающие в микропоры, восстанавливаются до атомов металла, которые осаждаются в пористом слое на дне пор. Различия в типе ионов, осаждаемом металле, размере частиц и их распределении приводят к избирательному поглощению и отражению излучения на разных длинах волн и, следовательно, к появлению различных цветов.

Интегральное окрашивание

Алюминий и алюминиевые сплавы можно подвергать анодированию в электролите, содержащем органические вещества, благодаря чему одновременно происходит окрашивание. Мелкие частицы, распределенные вдоль стенок пор, рассеивают падающий свет и создают различные цвета. Эти частицы происходят из подложки или являются продуктами разложения органических соединений электролита. Насыщенность цвета напрямую зависит от толщины пленки. Высокая плотность анодного тока и напряжение делают этот процесс энергоемким.

Герметизация анодных оксидных пленок

Анодные пленки обладают пористой, высокоактивной поверхностью. В поры могут проникать загрязнения и коррозионные вещества, а пигменты — вымываться, что снижает эксплуатационные характеристики поверхности. Поэтому анодированный алюминий, независимо от того, окрашен он или нет, необходимо незамедлительно герметизировать. Герметизация фиксирует красящее вещество в микропорах, предотвращает выцветание и улучшает износостойкость, светостойкость, коррозионную стойкость и электрическую изоляцию.

Герметизация горячей водой

Герметизация горячей водой основана на гидратации аморфного Al₂O₃:

[ПРОВЕРИТЬ: в исходном тексте отсутствует уравнение гидратации]

В исходном тексте n равно 1 или 3. Когда Al₂O₃ гидраты до моногидрата оксида алюминия, Al₂O₃·H₂O, его объём увеличивается примерно на 33%. Образование тригидрата оксида алюминия, Al₂O₃·3H₂О, почти вдвое увеличивает объём. Гидратация Al₂O₃ на поверхности пленки и стенках пор, в результате чего материал расширяется, а поры закрываются.

При герметизации горячей водой используется вода температурой от 90 до 100 °C с pH от 6 до 7,5 в течение 15–30 минут. Необходимо использовать дистиллированную или деионизированную воду, поскольку накипь из водопроводной воды может адсорбироваться в порах и ухудшать прозрачность и качество цвета. Нейтральная дистиллированная вода может привести к помутнению и снижению блеска; слабокислая дистиллированная вода обеспечивает лучший результат герметизации. Паровая герметизация работает по тому же принципу и является более эффективной, но и более дорогостоящей.

Герметизация дихроматным раствором

Алюминиевые изделия помещают в раствор дихромата калия, обладающий сильным окислительным действием, при повышенной температуре, чтобы пленка оксида вступила в реакцию с дихроматом. Когда анодированная деталь погружается в раствор, оксид алюминия в пленке и стенках пор вступает в реакцию с водным раствором дихромата калия. [ПРОВЕРИТЬ: в исходном тексте отсутствует уравнение реакции.]

Образующиеся осадки основного хромата алюминия и основного дихромата алюминия, а также моногидрат и тригидрат оксида алюминия, получаемые в результате гидратации горячей водой, закрывают микропоры. Ванна содержит от 50 до 70 г/л дихромата калия и работает при температуре от 90 до 95 °C в течение 15–25 минут при pH от 6 до 7. Обработанная пленка имеет желтый цвет и обладает хорошей коррозионной стойкостью. Данный метод подходит для защитного анодирования, но не для получения декоративных цветных пленок.

Герметизация методом гидролиза

Когда пленка адсорбирует очень разбавленные растворы солей никеля или кобальта, происходит гидролиз. [ПРОВЕРИТЬ: в исходном тексте отсутствуют уравнения гидролиза.] Образующийся гидроксид никеля или кобальта выпадает в осадок и закупоривает микропоры. Небольшие количества этого осадка практически бесцветны и прозрачны, что делает данный метод особенно подходящим для цветных защитно-декоративных пленок. Гидроксиды также образуют комплексы с органическими красителями и повышают светостойкость.

Пропитка и герметизация

Анодные оксидные пленки также можно герметизировать с помощью органических материалов, таких как прозрачный лак, расплавленный парафин, различные смолы и высыхающие масла.