江富誠，張政乾*

（臺(tái)灣永光化學(xué)工業(yè)股份有限公司，臺(tái)灣 033759）

隨著鋁材質(zhì)的大量使用，越來越多地區(qū)開始設(shè)置陽極廠。鑒于取得水質(zhì)的成本考慮，許多偏遠(yuǎn)地區(qū)小廠僅使用地下水或自來水，所用水質(zhì)的差別可能會(huì)產(chǎn)生封孔效果的差異。因此，本研究探討了 3種不同水質(zhì)對鋁合金陽極氧化膜封孔效果的影響。

參考鋁陽極相關(guān)期刊與論文，發(fā)現(xiàn)國內(nèi)外大多針對鋁陽極氧化工藝進(jìn)行探討。有關(guān)封孔方面的研究，則大多針對表面強(qiáng)度、耐磨性、耐蝕性等進(jìn)行討論，有關(guān)水質(zhì)與封孔之間關(guān)系的研究卻僅有少數(shù)，如《哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)》2003年第35卷第11期《鋁及鋁合金陽極氧化膜的封閉技術(shù)》[1]一文所討論的封孔技術(shù)內(nèi)容相當(dāng)豐富，但僅指出水合封閉對水質(zhì)的要求很高，有關(guān)水質(zhì)的具體影響效果仍缺乏實(shí)際運(yùn)用作輔證。因此，本文著重研究封孔水質(zhì)對色光和封孔效果的影響。

在探討水質(zhì)造成的封孔差異之前，必須先了解封孔處理的原理和優(yōu)缺點(diǎn)。陽極氧化處理后，基體表面成分溶解和沉積形成管胞狀組織，充滿孔隙，且含有大量水分，再經(jīng)封孔處理，組織結(jié)構(gòu)由非晶變?yōu)樵俳Y(jié)晶并持續(xù)一段時(shí)間后，管胞即被完全填封，成為致密的膜層，耐腐蝕能力提高。目前業(yè)界常用的封孔方法有沸水封孔、金屬鹽封孔和水蒸氣封孔等[2]。其優(yōu)缺點(diǎn)如表1所示。

表1 不同封孔方式的優(yōu)缺點(diǎn)比較Table 1 Comparison of advantages and disadvantages of different sealing methods

1 實(shí)驗(yàn)

1. 1 實(shí)驗(yàn)裝置

直流電源整流供應(yīng)器(Human)，冷卻水循環(huán)裝置(勝興儀器)，G-20恒溫槽(DENG YNG)，XS 625M電子天平(Precisa)；ICA-200AS離子層析儀(日本TOA-DKK)，Color-Eye 3100測色儀(Macbeth)。

1. 2 基材及水質(zhì)

基體材料為40.0 mm × 50.0 mm × 0.5 mm的1050鋁片。水種類為RO水(反滲透純水機(jī)制得)、地下水(臺(tái)灣桃園大園工業(yè)區(qū)地下抽取)、自來水(臺(tái)灣桃園平鎮(zhèn)自來水廠提供)。

1. 3 工藝流程

1. 3. 1 前處理

將鋁片浸泡于由10 g/L NaOH和20 g/L Na2CO3組成的溶液中，于55 °C下脫脂3 min。水洗后，在室溫下用20%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))HNO3溶液中和30 s，隨后取出并水洗。

1. 3. 2 陽極氧化

將前處理過的鋁片置于 20%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))硫酸溶液中，在電流密度1.3 A/dm2、溫度 20 °C下陽極氧化30 min(用于封孔變褪色試驗(yàn))或40 min(用于點(diǎn)滴試驗(yàn))后，取出并洗凈。

1. 3. 3 染色

(1) 染色1：EVERANOD BLACK L-01(黑色偶氮性染料)5 g/L，pH 5.5，55 °C，15 min，用于點(diǎn)滴試驗(yàn)。

(2) 染色2：EVERANOD ORANGE 02(橘色偶氮性染料)3 g/L，pH 5.5，55 °C，3 min，用于封孔變褪色試驗(yàn)。

1. 3. 4 封孔處理

將鋁片置于5 g/L Z700(醋酸鎳系列封孔劑)的封孔液中，70 °C下處理10 min后取出并水洗。

1. 4 性能檢測

目前許多報(bào)道僅提及水質(zhì)對封孔效果有影響卻無實(shí)際的試驗(yàn)研究，本文通過 2種方法來驗(yàn)證水質(zhì)對封孔效果的影響。

1. 4. 1 染色點(diǎn)滴試驗(yàn)

參考GB/T 8753.4-2005《鋁及鋁合金陽極氧化 氧化膜封孔質(zhì)量的評定方法 第4部分：酸處理后的染色斑點(diǎn)法》，對鋁片進(jìn)行陽極氧化并封孔處理后，其中一組直接水洗并烘干，另一組按1.3.3染色1工藝進(jìn)行染色，取出并水洗后烘干，采用測色儀對二者進(jìn)行測色，通過計(jì)算色差(ΔE)比較染色與未染色鋁片的顏色差異。

1. 4. 2 封孔變褪色試驗(yàn)

[3]，將鋁片陽極氧化并按 1.3.3染色 2工藝進(jìn)行染色后，其中一組鋁片直接水洗并烘干，另一組鋁片則用Z700封孔處理，隨后水洗并烘干，采用測色儀對二者進(jìn)行測色，通過計(jì)算色差比較封孔與未封孔鋁片的顏色差異。

2 結(jié)果與討論

2. 1 不同溫度下水質(zhì)對染色點(diǎn)滴試驗(yàn)的影響

表2為在90 °C和70 °C下封孔時(shí)，水質(zhì)對鋁片染色點(diǎn)滴試驗(yàn)的影響。從表2可知，采用70 °C熱水封孔時(shí)，自來水的點(diǎn)滴試驗(yàn)優(yōu)于RO水和地下水。

表2 90 °C與70 °C下封孔時(shí)不同水質(zhì)對染色點(diǎn)滴試驗(yàn)前后試樣色差的影響Table 2 Effect of water quality on color difference of the samples sealed at 70 °C or 90 °C before and after dye spot test

根據(jù)表2結(jié)果，采用統(tǒng)計(jì)軟件JMP 4.0進(jìn)行相關(guān)性分析，相關(guān)度＜ 0.3為低度相關(guān)，0.3≤相關(guān)度＜ 0.7為中度相關(guān)，0.7≤相關(guān)度≤1.0為高度相關(guān)。計(jì)算結(jié)果表明，采用未添加封孔劑的熱水封孔時(shí)，RO水、自來水、地下水與溫度之間的相關(guān)度分別為-0.13、0.31、-0.49，分別屬于低度負(fù)相關(guān)、中度正相關(guān)和中度負(fù)相關(guān)。說明溫度對自來水和地下水的封孔效果有一定的影響。

有無添加封孔劑對應(yīng)到不同水質(zhì)的統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，RO水、自來水及地下水與封孔劑的相關(guān)度分別為0.95、0.93和0.70，均屬于高度正相關(guān)。因此，采用封孔劑封閉處理時(shí)，水質(zhì)對封孔效果有很大影響。

2. 2 水質(zhì)對封孔變褪色試驗(yàn)的影響

表3為在90 °C和70 °C下不同水質(zhì)對封孔變褪色試驗(yàn)的影響。

表3 90 °C與70 °C下封孔后不同水質(zhì)對試樣在變褪色試驗(yàn)前后色差的影響Table 3 Effects of different water on color difference of the samples sealed at 70 °C or 90 °C before and after discoloration test

使用90 °C熱水封孔時(shí)，RO水與地下水皆優(yōu)于自來水，使用封孔劑封孔后，3種水質(zhì)的封孔變褪色皆落在5.0 ～ 5.6之間，較為接近。而使用70 °C熱水封孔時(shí)，RO水優(yōu)于自來水與地下水，使用封孔劑后，封孔變褪色皆落在5.0 ～ 6.0之間，三者相近。

由上述結(jié)果可知，若使用封孔劑封孔，3種水質(zhì)的點(diǎn)滴試驗(yàn)和封孔變褪色試驗(yàn)結(jié)果皆相當(dāng)，而單純使用熱水封孔時(shí)，不同水質(zhì)在90 °C下的封孔效果大多會(huì)優(yōu)于70 °C封孔。

進(jìn)一步以統(tǒng)計(jì)手法進(jìn)行相關(guān)性分析，發(fā)現(xiàn)在不使用封孔劑的情況下，RO水和自來水與溫度之間的相關(guān)度分別為0.28和0.19，均屬于低度正相關(guān)；地下水與溫度之間的相關(guān)度為-0.61，屬于中度負(fù)相關(guān)?？芍獑渭冇脽崴饪讜r(shí)，溫度僅對地下水的封孔變褪色有一定的影響。

有無添加封孔劑對應(yīng)到不同水質(zhì)的統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，RO水與封孔劑屬于高度正相關(guān)(0.89)，自來水與封孔劑屬于高度負(fù)相關(guān)(-0.96)，地下水與封孔劑屬于中度負(fù)相關(guān)(-0.53)，說明用封孔劑封孔時(shí)，封孔劑對每種水質(zhì)的封孔效果都有很大影響。

單純使用 90 °C或 70 °C熱水封孔時(shí)，RO水的變褪色程度皆優(yōu)于自來水和地下水。但不同溫度下的點(diǎn)滴試驗(yàn)結(jié)果則有較大的差異，推測水中的離子可能會(huì)影響封孔效果，升溫可能會(huì)導(dǎo)致水中的離子組成改變，進(jìn)而使封孔效果改變。根據(jù)上述結(jié)論，推測封孔變褪色試驗(yàn)和點(diǎn)滴試驗(yàn)結(jié)果的差異大可能與水質(zhì)硬度或離子組成有關(guān)，因此進(jìn)行2.3和2.4試驗(yàn)。

2. 3 水質(zhì)硬度對染色點(diǎn)滴和封孔變褪色試驗(yàn)的影響

表4為不同水質(zhì)的鈣離子含量。由表4可知，地下水的Ca2+含量高于RO水。若在RO水中添加一定含量的鈣離子，則會(huì)使 RO水的硬度增大。因此研究了不同條件下水質(zhì)硬度對試樣封孔效果的影響，結(jié)果見表5。由表5可知，使用封孔劑封孔時(shí)，封孔效果不受水質(zhì)硬度的影響。使用RO水封孔時(shí)，增大其中的Ca2+含量，點(diǎn)滴試驗(yàn)級數(shù)和封孔變褪色級數(shù)稍有降低，變化幅度不大，說明 Ca2+含量并非影響試樣封孔變褪色級數(shù)的主要因素，因此進(jìn)行2.4試驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證。

表4 不同水質(zhì)的Ca2+、Mg2+質(zhì)量濃度Table 4 Mass concentrations of Ca2+ and Mg2+ in different water

表5 90 °C封孔時(shí)，水質(zhì)硬度對試樣在染色點(diǎn)滴試驗(yàn)和變褪色試驗(yàn)前后色差的影響Table 5 Effect of water hardness on color difference of sample sealed at 90 °C before and after dye spot test and discoloration test

2. 4 Cl-、濃度對封孔變褪色試驗(yàn)的影響

表6 不同水質(zhì)的Cl-、質(zhì)量濃度Table 6 Mass concentrations of Cl- and in different water

圖1 Cl-和 含量對RO水封孔試樣變褪色試驗(yàn)后色差的影響Figure 1 Effects of Cl- and contents on color difference of the RO water-sealed sample after discoloration test

3 結(jié)論

(1) 使用封孔劑封孔時(shí)，封孔效果不受水質(zhì)的影響。而封孔溫度明顯影響封孔效果，提高封孔溫度有助于提升封孔效果。

(2) 采用不含封孔劑的地下水高溫封孔時(shí)，地下水溫度從70 °C升至90 °C時(shí)，染色點(diǎn)滴試驗(yàn)的色差從51.0大幅降至8.8，表明地下水的封孔效果可借由高溫封孔來提升。

(3) 不同離子對熱水(不含封孔劑)封孔效果的研究表明，水中硫酸根離子的存在會(huì)導(dǎo)致封孔變褪色級數(shù)降低，隨硫酸根離子含量增大，影響程度加劇。

參考文獻(xiàn)：

[1] 周育紅, 韓喜江, 周德瑞, 等. 鋁及鋁合金陽極氧化膜的封閉技術(shù)[J].哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2003, 35 (11)： 1325-1327.

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[3] LóPEZ V, OTERO E, BAUTISTA A, et al. Sealing of anodic films obtained in oxalic acid baths [J]. Surface and Coatings Technology, 2004,124 (1)： 76-84.