铝合金拉链无铬化学氧化着黑色工艺的研究

谢静静 唐春保

摘 要：本文开发了一种铝合金拉链化学氧化着黑色的工艺及溶液配方，探讨了化学着色前的预处理对着色效果的影响，研究了着色液组成、pH值、着色温度及着色时间等因素对铝合金拉链化学着黑色效果的影响。经过试验探究得出最佳着色液配方及工艺条件为：钼酸铵15～20g·L-1，氯化铵5～10g·L-1，氟化氢铵2～3g·L-1，pH6～7，温度40～60℃，时间4～10min。该工艺设备简单、操作方便、成本低、环境污染小、应用前景好。

关键词：铝合金拉链;化学氧化;化学着色

1 前言

铝合金拉链经着色以后可得到多种颜色，黑色是其中一种量大而面广的颜色，可用于服装和箱包[1]。目前铝及铝合金材料氧化膜着色技术主要有两种：化学染色法和电解着色法[2]。这两者的着色工艺处理设备复杂、耗能高、成本高且不适合拉链这种小工件。化学氧化着色技术，设备简单，能耗低，适合小工件的着色装饰。目前铝合金化学氧化着色法的研究，在国内外都有不少的文献报导，但是，现有的化学氧化着色工艺中，大多数都是使用六价铬氧化而获得的铬酸盐转化膜[3]。众所周知，铬（VI）具有很大的毒性，是致癌物质，长期跟人体接触会对人体造成伤害。本文采用无铬化学氧化技术在铝合金拉链上制得黑色的膜层，装饰效果好，且绿色环保，对人体无害。

2 实验部分

实验仪器及主要试剂：

①实验仪器：天平，烧杯，玻璃棒，量筒，容量瓶，移液管，pH广泛试纸，恒温槽，电吹风，棉签;

②主要试剂：钼酸铵（AR.汕头市西陇化工），氟化氢铵（AR.广东光华化学厂），氨水（CP.天津市广成化学试剂有限公司）磷酸钠（CP.广东光华化学厂），氯化铵（AR.广东光华化学厂），碳酸钠（AR.广东光华化学厂），氢氧化钠（AR.广东光华化学厂），表面活性剂（CP.广州市帝业化工有限公司）;

③实验试样：5号铝合金拉链。

3 化学着色配方及工艺条件

①工艺流程：铝合金拉链→化学除油→水洗→化学氧化发黑→水洗→干燥→上清漆→烘烤固化→成品;

②化学除油：磷酸钠：10～20g·L-1，氢氧化钠：2～10g·L-1，碳酸钠：10～30g·L-1，表面活性剂：1～5g·L-1，温度：50℃，时间：0.5-2min;

③发黑着色：钼酸铵：15～20g·L-1，氯化铵：5～10g·L-1，氟化氢铵：2～3g·L-1，pH：6～7，温度：40～60℃，时间：4～10min。

4 结果与讨论

4.1 预处理的影响

铝合金表面上的油污及其在空气中形成的氧化膜对后续的着色会产生影响，所以首先要对铝合金进行预处理。一般采用的是碱性化学除油，主要是除去铝合金表面的油污，以改善铝合金表面的不均匀状况，增加铝合金拉链的表面光洁度。因铝是两性金属，所以化学除油时间不宜过长，一般为1min左右，以防过腐蚀，除油后一定要用水清洗彻底。除油是表面预处理的重要部分，如果除油不够充分，直接影响到化学着色的效果。

4.2 着色液组成及工艺参数的影响

4.2.1 钼酸铵的影响

钼酸铵是着色液的主要成分，是主要成膜物质。如果钼酸铵浓度过低时发黑速度慢，且膜层颜色不均匀;随着其用量的增加，膜的黑度及上色速度都有所提高，拉链着色比较均匀;浓度继续提高时，着色速度加快，膜层均匀、黑色纯正，但放置一段时间后，形成的膜层不稳定，颜色开始泛黄褪色，因此钼酸铵的最佳浓度为15～20g·L-1。

4.2.2 氯化铵的影响

氯化铵可以促进发黑膜的形成，该体系的最佳浓度为5～10g·L-1。含量偏低，发黑速度慢;含量过高，不利于膜层的稳定性，放置一段时间后，膜层会出现褪色的现象。

4.2.3 氟化氢铵的影响

氟化氢铵影响黑色膜层的形成，若着色液中不加氟化氢铵时，不能使铝合金拉鏈着上黑色膜。加入氟化氢铵可促使铝合金基体腐蚀，有利于生成黑色膜层。随着氟化氢铵浓度的提高，发黑速度加快，但氟化氢铵的水溶液呈酸性，氟化氢铵用量越高，需要氨水中和的用量也越高，综合成本考虑，氟化氢铵的用量为2～3g·L-1。

4.2.4 pH值的影响

着色液的酸度影响发黑的速度以及均匀性，由于实验材料是铝合金拉链，酸度过高或者过低，都有可能腐蚀基体。本体系采用1：1的氨水调节着色液的pH，如果pH<6时，发黑速度快，但膜层的结合力不够好;pH>7时，发黑速度会减慢，且膜层颜色不均匀。因此，本体系最佳pH范围在6～7。此体系不能用氢氧化钠取代氨水去调节pH值，采用氢氧化钠调pH值，着不出均匀的黑色膜层。

4.2.5 温度的影响

温度影响发黑的速度。温度小于40℃时，由于反应速度慢，形成的膜较薄，膜层颜色不够纯黑;随着温度的升高，成膜反应速度加快，当温度大于60℃，由于反应速度过快，不利于膜层的结合力。因此，为得到均匀的、牢固的黑色膜，着色温度最佳范围为40～60℃。

5 结论

本文采用化学氧化的方法对铝合金拉链发黑着色，着出的膜层黑度纯正，装饰效果好，整个工艺流程操作方便，生产效率较高，且工艺体系不含铬（VI），绿色环保，对人体无害，适合推广。

参考文献：

[1]回林祥，高竞，周玉林，何万印.新型稀土铝合金拉链的研制[J].稀土，1988（02）：64-65.