铝型材经阳极氧化和着色处理后,其铝基表面是一层极薄的多孔性阳极氧化膜,其吸附性强、抗蚀能力和耐磨性差。建筑铝型材表面处理过程中,封孔作为后处理工艺是决定铝材表面质量、装饰效果和使用寿命的关键所在。铝及铝合金阳极氧化膜中存在很多微孔,若不及时封闭或封闭不完全,将严重影响铝型材表面的耐蚀性、耐磨性、耐晒性和装饰效果等。
铝及铝合金阳极氧化膜主要采用高温和低温两种方法进行封孔(电泳涂漆除外),其封孔原理是不相同的。高温封孔法原理是利用高温下氧化膜的水化作用,生成稳定的沉积于膜孔中,从而将膜孔封闭。由于水化反应的速度和产物的稳定性与温度有关,所以低温封闭法的原理就不仅是水化作用的结果。一般来说,它是下面三种作用的综合结果。
低温封孔(也称常温封孔)采用水溶液,是利用其水化作用。由于温度低,水化反应速度很慢,同时水化产物具有可逆性,因而不稳定,所以低温封闭剂中需要添加促进水化反应的物质,如Ni2+、Cr3+、Co2+、Li+等金属离子。
利用封闭剂中某些物质与铝氧化膜的化学作用,在其表面生成稳定的化学转化膜,例如使用铬酸盐生成钝化膜、磷酸盐生成沉淀膜、赤备盐等络合剂生成表面铬化物等。
封闭剂中的某些金属离子扩散至膜孔中后在一定的pH值下发生水解,以氢氧化物形式沉淀于膜孔中,或封闭剂中某些活性粒子与铝氧化膜作用产生OH-,然后与扩散至膜孔中的金属离子作用生成氢氧化物沉淀,将膜孔堵塞。
因组成封闭剂的物质不同。上述三种作用的大小就不同,但总是三种作用的综合效果。
低温封孔是建筑铝型材阳极氧化工艺的最终处理工序。目前,国内采用的基本都是日本80年代初发明的金属氟化物-极性溶剂封孔方法,其主要成分由镍盐和氟离子组成。
镍氟体系低温封孔的机理是:(1)氟离子促进氧化膜的水化反应;(2)氟离子与无定形氧化铝反应生成络合物,同时放出氢氧根离子,使膜孔内pH值升高;(3)氧化膜内的镍离子水解,生成氢氧化物沉淀析出。其主要化学反应如下:
Al2O3+12 F-+3H2O→2 AlF6 3-+6OH-
AlF6 3-+ Al2O3+3H2O→Al3(OH)3F6+3OH-
Ni2++2 OH-→Ni(OH)2
以上这些溶解和沉积反应,其反应物(填塞物质)主要是水合Ni(OH)2、Al(OH)3、AlF3混合物,另外还有AlOOH(Al2O3)(它是F-与氧化膜反应生成的Al3+产生水合Al (H2O)63+,当其离子浓度达到一定值时,离子间发生缔和、水解和浓缩,最后转化为稳定相的AlOOH(Al2O3)物质。可见,F-对低温封孔起了很重要的促进作用。阳极氧化低温封孔后,封孔物质主要集中在氧化膜的外层5~8?m的区域。