鲁达 1.前言
随着市长/市场竞争的激烈，用户对铝产品的种类和质量要求不断提高，铝加工企业需要在产品种类上不断创新。
其中，珍珠黑色铝型材产品是在纯黑色铝型材产品的表面再涂装一层透明电泳漆，使之拥有黑珍珠般的亮丽，因此深受各用户的青睐，而珍珠黑色铝型材的工艺控制较常规的香槟色和古铜色的生产控制难度更大，主要体现在生产时易出现颜色发红、发灰、氧化膜剥落、漆膜表面无光泽或出现斑点等缺陷，无法满足用户的需求。本文就珍珠黑色铝型材成功的生产工艺技术控制作个扼要介绍，以供同行专家起个抛砖引玉的作用。2. 珍珠黑色铝型材的生产工艺流程
珍珠黑色铝型材生产过程的原始材料为挤压后经人工时效处理后的铝型材，在预处理采用AC酸性脱脂剂脱脂、碱洗、硫酸中和。铝型材氧化着色处理，采用硫酸阳极氧化及单镍盐电解着色。其生产工艺流程如图1所示。
图1 珍珠黑色铝型材生产工艺流程
Fig. 1The engineering flow sheet of the pearly black aluminium profiles
3. 生产工艺控制
3.1 合金化学成分控制
挤压型材的材质对着色的影响在古铜色铝型材生产中已明显表露出来，杂铝含量过多易造成型材古铜色偏青、发灰和无光等技术质量问题。因此，为了提高珍珠黑色铝合金型材的质量，必须严格地控制挤压型材的合金成分，其中常用6063铝合金的主要化学成分控制见表1所示。
表1 合金主要化学成分控制表
Table 1 The control of the alloying element
| 主要成分（％） | 杂质成分（％） | |||
| Mg | Si | Fe | Cu | Zn |
| 0.5～0.75 | 0.43～0.60 | ＜0.2 | ＜0.08 | ＜0.04 |
3.2 挤压工艺控制
对6063铝合金型材，国内外普遍采用的是在挤压机出料台上风冷淬火的热处理技术，故要求挤压件出模温度必须达到淬火温度，使Mg2Si强化相完全固溶。温度过低，不能充分固溶；温度过高会形成粗大的晶粒组织,尤其当出口温度超过595℃时，材料可能发生过烧和Mg2Si相富集析出，从而使型材在阳极氧化过程中造成氧化膜内捕集Mg2Si而呈灰色，同时易形成粗大的再结晶组织，着色无光。因此，挤压型材最佳出模温度应控制在515～530℃。
3.3 预处理工艺条件
预处理主要是指脱脂、碱洗、中和和水洗四个过程，表面预处理的目的主要是去除铝型材表面油污、自然氧化膜。在预处理过程中，脱脂要干净，若除油不彻底，易出现斑点。碱洗是预处理工艺中最关键的步骤，碱洗剂以及添加剂，反应温度、时间等不同程度地影响着铝型材的表面光泽质量。其主要工艺技术参数如表2所示。
表2 预处理的工艺参数表
Table 2 The technological parameter of the pretreatment
| 工序名称 | 槽液成分 | 参数 | 温度(℃) | 时间(min) |
| 脱脂 | AC脱脂剂 | 2％～3％ | 25～35 | 3～5 |
| 水洗 | 自来水 | 室温 | 1～3 | |
| 碱蚀 | NaOH | NaOH：45～55 g/LAl3+：30～75 g/L总碱度：150～165 | 50～60 | 2～4 |
| 水洗 | 自来水 | PH≤12 | 室温 | 1～3 |
| 水洗 | 自来水 | PH≤10 | 室温 | 1～3 |
| 中和 | H2SO4 | 185～220g/L | 室温 | 3～5 |
在表2的工艺技术参数条件下，预处理的主要特点是：
(1) 腐蚀时间延长至新槽时的2倍也不会发生过腐蚀；
(2) 腐蚀出来的型材光洁度优于铝离子含量更高时；
(3) 碱蚀温度不宜高于60℃，时间控制在2～4min内。
3.4 氧化工艺条件
3.4.1 阳极氧化失光
黑色外观的视觉黑色深度与表面光亮度有很大关系，材料越光亮，外观越趋于纯黑色。对于着纯黑色的型材，要控制阳极氧化电流密度，在硫酸质量浓度165～185g／L条件下，电流密度应取120～140A／㎡为宜。电流密度越大，失光越严重，且氧化膜的孔隙率越小，不利于后道工序着色颗粒的电沉积。
3.4.2 氧化电压
氧化时的初始电压对氧化膜的结构影响很大。电压较高，所得氧化膜的孔径增大，孔隙率减小；电压过高，使铝制件的棱角边缘处易被严重击穿，且电流也会过大，致使膜层十分粗糙，因此阳极氧化开始时，电压应逐步升高，软升时间T2为90s为宜。在氧化过程中，电压V1波动只允许1～2 V。而断电时电压V2大小往往被人忽视，在生产纯黑色时断电电压大小也较为重要，若偏高则影响颜色的均一性，偏低在通电着色时易出现氧化膜剥落，设定在8～10V之间是较为合适的。氧化通电示意图如图2所示。
图2 氧化通电示意图
Fig.2 The standard oscillogram of anodic oxidation
3.4.3 氧化膜厚度
氧化膜厚度一般为13～18μm为宜，对于着纯黑色，虽然着色颗粒沉积深度只有4～5μm，但如果着色颗粒离表面太浅，对光线衍射作用弱，颜色就会趋向于沉积金属的灰黑本色。而氧化膜太厚，则膜内易捕集灰色Mg2Si强化相，而影响着色。
3.4.4 槽液温度
槽液温度的高低会直接影响膜孔的大小，要生产纯黑色，就必须确保单位面积内的沉积量。在氧化温度低于18℃时，一般难以得到黑色，阳极氧化槽液温度应控制在21～22.5℃ ，最高应不超过23.5℃。否则在后续工序汤洗及电泳涂装时容易褪色。
3.5 着色工艺条件
3.5.1 槽液成分
单镍盐着色的优点是不需要添加剂，着色均匀。但和锡盐着色一样，着纯黑色槽液的金属盐浓度较生产古铜色的适当高些，硫酸镍（NiSO4.6H2O）的质量浓度一般不低于140 g/L，硼酸的质量浓度不低于35g/L，硫酸浓度要适当低些，硫酸浓度高易导致着色颗粒以疏松的形式沉积于氧化膜孔的外层及表面，外观呈现黑中带灰。为了降低槽液的酸度，可采用无氧化膜的光料通电除氢离子。
3.5.2 着色电压与时间
单镍盐着色是利用整流器高速转换电源极性，改变型材的阳极氧化膜的极性，从而使镍离子沉积着色。它通电采用的波形如图3所示。正极通电为活化氧化膜层，负极通电负责着色。要生产出纯黑色表面的铝材产品，不能单纯提高电压延长通电时间，因为膜层颜色随着色电压升高而变深。这是由于膜微孔中沉积的金属相对含量随电解着色电压升高而增加。但当电解着色电压过高时，着上的颜色较深易剥落，不稳定，且在着色的过程中有气泡产生。电压低、时间长时又会因膜层起不到有利的活化作用而生产不出纯黑色。因此，通电波形设定极为重要,在生产实践中可利用不同的波形合并使用，如表3所示。
T－浸泡时间，ST++正电压软升时间，ST--负电压软升时间
V+通电正电压，V-通电负电压 n-波形重复次数
图 3 着色波形示意图
Fig.3 The sketch map of the coloring oscillogram
| 参数 | T/s | ST+/s | T+/s | V+/v | ST-/s | T-/s | V-/v | n |
| 波形一 | 30 | 4 | 6 | 20 | 25 | 75 | 18.5 | 2 |
| 波形二 | 0 | 6 | 8 | 20 | 14 | 50 | 18.0 | 8 |
表3 着色波形工艺参数表
Table 3 The coloring oscillogram parameters
波形重复的次数不宜过多，因为正电压超过氧化电压，所形成具有整流作用的复合性氧化膜会反复击穿破坏膜针孔结构，金属沉积在试样表面，并不在针孔中，同时会造成氧化膜剥落。
3.6 电泳涂装工艺条件
电泳涂装是珍珠黑色型材能否呈现亮丽光泽的重要工序。首先要稳定槽液成分，如固形份、电导率、胺克分子比及PH等。同时也必须确保漆膜厚度适当，厚度过高易产生橘皮，厚度低无光泽，一般应控制在7～9μm为宜。另外电压不宜过高，纯黑色表面漆膜的针孔视觉感容易放大，因此电压较香槟与古铜色要低，控制在70～80V为宜。电泳涂装工艺条件参数如表4所示。
表 4 电泳涂装的工艺参数表
Table 4 The process parameters of electrophoretic coating
| 项目 | 控制范围 |
| 液温℃ | 18～24 |
| 固形分/质量分数（%） | 6.0～8.0 |
| PH | 7.8～8.3 |
| 电导度μS/CM | 460～660 |
| 胺值／mg | 27～35 |
| 酸值／mg | 22～28 |
3.7 成品包装的质量要求
由于珍珠黑型材表面具有特殊的镜面折光，检验与包装时工作人员均必须佩戴手套，否则容易留下手印，虽可擦除，但影响产品的表面外观光泽效果。
4. 结语
珍珠黑色铝合金型材生产工艺技术比较复杂，它不单要精确控制氧化、着色、电泳涂装等各工序的工艺技术参数，还必须确保挤压型材的优良质量状况。只有严格控制生产工艺参数，才能提高并稳定产品质量，生产出优质的珍珠黑色铝合金型材。
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