(一)前言
经过阳极氧化和着色处理后,铝型材的铝基面是一层极薄的多孔性阳极氧化膜,吸附性强,耐腐蚀性差,耐摩性差。在建筑铝型材的表面处理过程中,封孔作为一种后处理工艺,是决定铝材料表面质量、装饰效果和使用寿命的关键。铝及其合金的阳极氧化膜中存在许多微孔,如果不及时封孔或封孔不完全,将严重影响铝型材表面的耐蚀性、耐磨性、防晒性和装饰效果。
(二)常温封孔原理
铝及其合金上的阳极氧化膜主要采用高温和低温两种方法封孔(电泳涂漆除外),其封孔原理不同。高温封孔法的原理是利用氧化膜在高温下的水化作用,在膜孔中产生稳定的沉积,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,因此低温封闭法的原理不仅仅是水化的结果。一般来说,这是以下三种作用的综合结果。
①水化作用
低温封孔(也称为常温封孔)使用水溶液,来利用其水化作用。由于温度低,水化反应速度很慢,水化产物是可逆的,不稳定。因此,有必要在低温封孔剂中加入金属离子,如Ni2+、Cr3+、Co2+、Li+和其他金属离子,以促进水化反应。
②铝的化学转化膜形成
利用封闭剂中某些物质与氧化铝膜的化学相互作用,在其表面形成稳定的化学转化膜,例如使用铬酸盐生成钝化膜,使用磷酸盐生成沉淀膜,赤备盐等络合剂生成表面铬化物等。
③生成金属氢氧化物堵塞膜孔
封闭剂中一些金属离子扩散到膜孔中,并在一定的pH值下发生水解,以氢氧化物的形式在膜孔中沉淀,或者封闭剂中的某些活性颗粒与氧化铝膜反应产生OH-,然后与扩散到膜孔中的金属离子反应产生过氧化氢沉淀,堵塞膜孔。
由于构成封闭剂的物质不同。以上三个作用的大小不同,但它们始终是三个共同作用的结果。
(三)氟化镍体系的低温封孔
低温封孔是建筑铝型材阳极氧化工艺的最后一步。目前,中国使用的方法大多是日本在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。
氟化镍体系在低温下封孔的机理如下:(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形成络合物,同时释放氢氧根离子,增加膜孔中的pH值;(3)氧化膜内中的镍离子被水解形成氢氧化物沉淀物。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
在上述溶解和沉积反应中,反应物(填充物)主要是水合Ni(OH)2、Al(OH)3和AlF3的混合物。此外,还有AlOOH(Al2O3),其是通过F-与氧化物膜反应产生水合Al(H2O)63+而产生的Al3+。当离子浓度达到一定值时,离子发生缔和、水解和浓缩,最终转化为稳定相的AlOOH(Al2O3)物质。由此可见,F-在促进低温封孔方面发挥着非常重要的作用。