陽極酸化皮膜の着色と封孔

陽極酸化皮膜の着色と封孔

アルミニウムおよびその合金は、陽極酸化処理後、表面に多孔質の酸化皮膜層を生成し、着色・封孔処理を行うことで、さまざまな色を得ることができ、皮膜の耐食性、耐摩耗性を向上させることができます。

電解着色プロセスの模式図:

 酸化皮膜着色

(1) 無機顔料着色

主に物理吸着、つまり無機顔料分子がフィルム層の微小孔の表面に吸着されて充填されます。着色方法は色相が明るくなく、基材との組み合わせも悪いですが、耐日光性は優れています。無機顔料の着色に使用する染料は2種類あり、陽極酸化後の金属に2種類の溶液を交互に含浸させ、酸化皮膜中の2種類の塩の反応生成物（顔料）の数が要求される色相を満たすまで保持します。

(2) 有機染料による着色

 メカニズムはより複雑で、一般に物理吸着と化学反応があると考えられています。有機染料分子とアルミナの化学的組み合わせは、フェノール基上でアルミナと染料分子が共有結合を形成する方法で行われます。フェノール基上のアルミナと染料分子が水素結合を形成します。アルミナと色素分子が複合体を形成します。有機染料は幅広い明るい色を持っていますが、耐日光性に劣ります。染色液の調製には水道水よりも蒸留水または脱イオン水を使用することをお勧めします。水道水中のカルシウムイオンとマグネシウムイオンが染料分子と配位して配位化合物を形成し、染色液が古くなってしまうためです。

(3) 電解着色

アルミニウムとその合金を電気分解用の金属塩を含む電解液中で陽極酸化し、電気化学反応により酸化膜の細孔に入り重金属イオンが金属原子となり、非多孔質層の細孔の底に堆積して着色します（図5.10）。電解着色法により得られる着色酸化皮膜は、耐摩耗性、耐日光性、耐熱性、耐食性に優れ、色が安定して長持ちするという利点があり、現在では建築装飾用のアルミニウム形材に広く使用されています。電解着色の電圧を高くし、時間を長くするほど色は濃くなります。

 

酸化皮膜の封孔処理

アルミニウムとその合金の陽極酸化後は、着色している​​か否かにかかわらず、適時に封孔処理を行う必要があります。その目的は、微細孔に染料を固定して滲出を防止すると同時に、フィルムの耐摩耗性、耐日光性、耐食性、絶縁性を向上させることです。シール方式には熱水シール方式、水蒸気シール方式、重クロム酸シール方式、加水分解シール方式、充填シール方式などがあります。

(1) 熱水封止法の原理

アモルファス AL2O3 の水和を利用することです: AL2O3+nH2O=AL2O3-nH2O

ここで、 は 1 または 3 です。アルミナ水和物 AL2O3-H2O を AL2O3 が水和すると、その体積は約 33% 増加する可能性があります。アルミナ三水和物 AL2O3-3H2O が生成され、その体積は約 100% 増加しました。酸化皮膜の表面と細孔壁での AL2O3 の水和の結果、体積が増加し、皮膜の細孔が閉じられます。

熱水密閉工程 熱水温度90～100℃、pH6～7.5、時間15～30分。密閉水は蒸留水または脱イオン水でなければならず、水道水は使用できません。酸化膜の透明性が低下し、色が変わります。

(2) 水蒸気密閉法の原理

熱湯閉鎖法と同じですが、効果はより優れていますが、コストが高くなります。

(3) 重クロム酸封止法

酸化力の強い重クロム酸カリウム溶液中で高温で行われます。陽極酸化アルミニウム片を溶液に投入すると、酸化皮膜と細孔壁の酸化アルミニウムが水溶液中で重クロム酸カリウムと次のような化学反応を起こします。

2AL2O3+3K2Cr2O7+5H20=2ALOHCrO4+2ALOHCr2O7+6KOH

生成したアルカリアルミニウムクロム酸塩およびアルカリアルミニウム重クロム酸塩が析出し、熱水分子によって生成したアルミナ一水和物およびアルミナ三水和物がアルミナとともに酸化皮膜の細孔を封止します。封止液の配合と処理条件は次のとおりです。重クロム酸カリウム 50~70g/L。温度90~95℃;時間は15~25分。 pH値は6〜7。

この方法で処理された酸化皮膜は黄色を呈し、耐食性が良好です。保護を目的としたアルミニウム合金の陽極酸化後の封口には適していますが、装飾を目的とした着色酸化皮膜の封口には適しません。

(4) 加水分解閉鎖法

ニッケル塩とコバルト塩の極希薄溶液が酸化皮膜に吸着された後の次の加水分解反応を指します。

NI2+ + 2H2O=NI(OH)2+2H+

Co2+ + 2H2O = Co(OH)2+2H+。

生成した水酸化ニッケルや水酸化コバルトは酸化皮膜の微細孔に堆積し、孔を閉塞する。少量の水酸化ニッケルや水酸化コバルトはほぼ無色であるため、着色酸化皮膜の封止に特に適しています。

(5) 充填密閉方式

陽極酸化皮膜は上記密閉法以外にも、透明ワニス、溶融パラフィン、各種樹脂、乾性油等の有機物を密閉して使用することもできる。