鋁合金拉鏈無鉻化學氧化著黑色工藝的研究

謝靜靜 唐春保

摘 要：本文開發了一種鋁合金拉鏈化學氧化著黑色的工藝及溶液配方，探討了化學著色前的預處理對著色效果的影響，研究了著色液組成、pH值、著色溫度及著色時間等因素對鋁合金拉鏈化學著黑色效果的影響。經過試驗探究得出最佳著色液配方及工藝條件為：鉬酸銨15～20g·L-1，氯化銨5～10g·L-1，氟化氫銨2～3g·L-1，pH6～7，溫度40～60℃，時間4～10min。該工藝設備簡單、操作方便、成本低、環境污染小、應用前景好。

關鍵詞：鋁合金拉鏈;化學氧化;化學著色

1 前言

鋁合金拉鏈經著色以后可得到多種顏色，黑色是其中一種量大而面廣的顏色，可用于服裝和箱包[1]。目前鋁及鋁合金材料氧化膜著色技術主要有兩種：化學染色法和電解著色法[2]。這兩者的著色工藝處理設備復雜、耗能高、成本高且不適合拉鏈這種小工件。化學氧化著色技術，設備簡單，能耗低，適合小工件的著色裝飾。目前鋁合金化學氧化著色法的研究，在國內外都有不少的文獻報導，但是，現有的化學氧化著色工藝中，大多數都是使用六價鉻氧化而獲得的鉻酸鹽轉化膜[3]。眾所周知，鉻（VI）具有很大的毒性，是致癌物質，長期跟人體接觸會對人體造成傷害。本文采用無鉻化學氧化技術在鋁合金拉鏈上制得黑色的膜層，裝飾效果好，且綠色環保，對人體無害。

2 實驗部分

實驗儀器及主要試劑：

①實驗儀器：天平，燒杯，玻璃棒，量筒，容量瓶，移液管，pH廣泛試紙，恒溫槽，電吹風，棉簽;

②主要試劑：鉬酸銨（AR.汕頭市西隴化工），氟化氫銨（AR.廣東光華化學廠），氨水（CP.天津市廣成化學試劑有限公司）磷酸鈉（CP.廣東光華化學廠），氯化銨（AR.廣東光華化學廠），碳酸鈉（AR.廣東光華化學廠），氫氧化鈉（AR.廣東光華化學廠），表面活性劑（CP.廣州市帝業化工有限公司）;

③實驗試樣：5號鋁合金拉鏈。

3 化學著色配方及工藝條件

①工藝流程：鋁合金拉鏈→化學除油→水洗→化學氧化發黑→水洗→干燥→上清漆→烘烤固化→成品;

②化學除油：磷酸鈉：10～20g·L-1，氫氧化鈉：2～10g·L-1，碳酸鈉：10～30g·L-1，表面活性劑：1～5g·L-1，溫度：50℃，時間：0.5-2min;

③發黑著色：鉬酸銨：15～20g·L-1，氯化銨：5～10g·L-1，氟化氫銨：2～3g·L-1，pH：6～7，溫度：40～60℃，時間：4～10min。

4 結果與討論

4.1 預處理的影響

鋁合金表面上的油污及其在空氣中形成的氧化膜對后續的著色會產生影響，所以首先要對鋁合金進行預處理。一般采用的是堿性化學除油，主要是除去鋁合金表面的油污，以改善鋁合金表面的不均勻狀況，增加鋁合金拉鏈的表面光潔度。因鋁是兩性金屬，所以化學除油時間不宜過長，一般為1min左右，以防過腐蝕，除油后一定要用水清洗徹底。除油是表面預處理的重要部分，如果除油不夠充分，直接影響到化學著色的效果。

4.2 著色液組成及工藝參數的影響

4.2.1 鉬酸銨的影響

鉬酸銨是著色液的主要成分，是主要成膜物質。如果鉬酸銨濃度過低時發黑速度慢，且膜層顏色不均勻;隨著其用量的增加，膜的黑度及上色速度都有所提高，拉鏈著色比較均勻;濃度繼續提高時，著色速度加快，膜層均勻、黑色純正，但放置一段時間后，形成的膜層不穩定，顏色開始泛黃褪色，因此鉬酸銨的最佳濃度為15～20g·L-1。

4.2.2 氯化銨的影響

氯化銨可以促進發黑膜的形成，該體系的最佳濃度為5～10g·L-1。含量偏低，發黑速度慢;含量過高，不利于膜層的穩定性，放置一段時間后，膜層會出現褪色的現象。

4.2.3 氟化氫銨的影響

氟化氫銨影響黑色膜層的形成，若著色液中不加氟化氫銨時，不能使鋁合金拉鏈著上黑色膜。加入氟化氫銨可促使鋁合金基體腐蝕，有利于生成黑色膜層。隨著氟化氫銨濃度的提高，發黑速度加快，但氟化氫銨的水溶液呈酸性，氟化氫銨用量越高，需要氨水中和的用量也越高，綜合成本考慮，氟化氫銨的用量為2～3g·L-1。

4.2.4 pH值的影響

著色液的酸度影響發黑的速度以及均勻性，由于實驗材料是鋁合金拉鏈，酸度過高或者過低，都有可能腐蝕基體。本體系采用1：1的氨水調節著色液的pH，如果pH<6時，發黑速度快，但膜層的結合力不夠好;pH>7時，發黑速度會減慢，且膜層顏色不均勻。因此，本體系最佳pH范圍在6～7。此體系不能用氫氧化鈉取代氨水去調節pH值，采用氫氧化鈉調pH值，著不出均勻的黑色膜層。

4.2.5 溫度的影響

溫度影響發黑的速度。溫度小于40℃時，由于反應速度慢，形成的膜較薄，膜層顏色不夠純黑;隨著溫度的升高，成膜反應速度加快，當溫度大于60℃，由于反應速度過快，不利于膜層的結合力。因此，為得到均勻的、牢固的黑色膜，著色溫度最佳范圍為40～60℃。

5 結論

本文采用化學氧化的方法對鋁合金拉鏈發黑著色，著出的膜層黑度純正，裝飾效果好，整個工藝流程操作方便，生產效率較高，且工藝體系不含鉻（VI），綠色環保，對人體無害，適合推廣。

參考文獻：

[1]回林祥，高競，周玉林，何萬印.新型稀土鋁合金拉鏈的研制[J].稀土，1988（02）：64-65.