人工方法所取得的铝阳极氧化膜并不是连续的，而是充满了许许多多的蜂窝状小孔。这使得阳极氧化铝的染色和各种着色工艺成为可能，但这些孔也成了各种腐蚀的来源。为了提高氧化膜的耐蚀性和抗污染能力，只有将氧化膜进行合理而充分的封闭。以往的封闭处理大都采用传统的热封闭，常用的有加压蒸汽法和沸水法，虽能得到较好的封闭质量，但加压蒸汽法设备复杂，不易连续工作，处理大型建筑型材有困难；沸水法所需温度太高(98℃以上)，只有在纯水中才能得到良好的封闭效果。上述两种方法最突出的缺点是：耗能高，处理时间长，工作环境恶劣。冷封闭与之相比具有封闭速度快，质量好，耗能低等优点。仅以耗能为例：在100L封闭液中，将数量相同的铝材处理到合格标准时，沸水法耗能36843 kJ，而冷封闭(25℃)只耗能6280 kJ。本文结合生产实践，研究了传统的热封闭工艺和冷封闭工艺，并对封闭机理作了探讨。

一、热封闭

1．工艺条件

  用水：去离子水；

  温度：95～100℃；

  时间：30～60 min。

  这是一种使用最广的工艺。型材阳极氧化后流动水清洗，浸入封闭液中，封闭处理的时间随不同厚度的氧化膜而不同。常规下的硫酸氧化膜，沸水封闭速度约0.3µm/min。沸水封闭法方法简单，工艺成熟，封闭后不改变氧化膜颜色。封闭质量主要取决于水的质量和pH值的影响。

2．水质的影响

  多年来，有些生产厂家只认识到封闭的重要性，而对水质重视不够。1989年前，萍乡铝厂一直是用软化自来水封闭，而未用去离子水，影响了铝型材的封闭质量。生产表明：由于自来水中含有大量的硅酸盐和某些有害有机物，严重影响了沸水封闭质量，使膜的耐蚀性大大下降。尤其要注意磷酸根的含量，当PO₄^3-在沸水中含量超过5ppm时，封闭质量肯定是很差的。

  试验表明，水的电导率必须在4µS左右，当超过4µS时，封闭质量就达不到ISO3210合格标准。

3．pH值控制

  pH值影响封闭质量和时间。太低的pH值封闭质量下降，太高的pH值会增加由封闭带来的霜层。在生产中一般把pH值控制在5.5～6.5之间，由醋酸降低pH值，化学纯级的氢氧化钠提高pH值。

4．润湿剂

  润湿剂能防止在封闭过程中产生霜层，还使封闭过程中的反应产物较易离开表面。常用的润湿荆有动物胶或有机表面活性剂。磷酸也是一个好的润湿剂，但要控制PO₄^3-不超过5ppm。

5．封闭温度

  封闭温度的重要性对于封闭质量来说仅次于水质。封闭的温度与时间呈反比例关系。生产实践表明；如果温度低于80℃，就没有封闭作用，所以多数情况是95～98℃，一般不在沸点，因为在沸点时，车间充满水雾，水损太大，浪费能源。

6．封闭时间

  封闭时间取决于氧化膜的厚度和孔隙率以及封闭温度。对于10～20 pm的普能硫酸氧化膜封闭30～60 min，就能达到要求。太长的封闭时间会增加霜层的生成量。

二、冷封闭

  阳极氧化铝型材沸水封闭不仅消耗大量能源，蒸发出来的水雾污染车间，而且容易在表面形成难以除去的霜层，在铝材的处理大量增加的七、八十年代，人们都在寻找更好的封闭方法来取代传统的沸水封闭。1989年底，萍乡铝厂采用冷封闭取代了沸水封闭，使用效果表明冷封闭是一种理想的封闭方法。

  冷封闭在常温下进行，在大多数气候条件下不需要加热，节约了大量能源。同时，冷封闭不降低氧化膜的硬度。

1．工艺条件

  专利封闭剂：适量；

  pH值：5～6.5；

  温度：20～40℃；

  时间：5～15 min。

  专利封闭剂主要由水解金属盐、金属络合剂和有机添加物组成。

2．封闭温度的影响

  封闭温度对封闭效果影响很大，温度低于10℃，封闭非常缓慢，难以达到高效封闭；温度在20～40℃的范围内可达到正常封闭速度，温度在55℃以上时，由于水解速度太快，封闭效果变差。

3．pH值的影响

  冷封闭的pH值在5～6.5范围内效果最好。pH值低于4.5，金属盐水解受抑制，不能起良好的封闭作用；pH值高于6.5，金属盐预先水解，氧化膜重新受到腐蚀，使封闭失效。

4．老化对封闭质量的影响

  冷封闭的氧化膜在空气中自然放置也会发生老化现象，老化后的氧化膜难溶于酸。老化在封闭后几个小时就以很快的速度进行，以后随时间的增加老化速度趋于缓慢。

5．冷封闭的后处理

  型材在冷封闭后，用一道热水洗，这道热水洗很重要，它能加速老化反应，同时使干燥更快。

三、工艺机理的分析

1．热封闭

  铝氧化膜在热水封闭时有如下反应发生：

  若温度在80℃以下或pH值在4以下，则反应为：

  三水合氧化铝是多孔的，只有在封闭水的pH值为5.5～6.5，温度在95～100℃，且封闭时间足够的条件下，才能转化为稳定的单水合氧化铝。同时，体积增大，将氧化膜的孔隙封闭，所以，反应(1)是获得优质封闭的必要条件，是我们所需要的；而温度低或pH值低时所发生的反应(2)只能得到劣质的封闭层是要避免的。

2．冷封闭

  铝氧化膜冷封闭的反应机理，现在有两种观点，一是镍离子的吸附水解沉积；二是氧化膜的化学转换+镍盐的水解沉积。

  (1)镍离子的吸附水解沉积论

  A·Oito用原子吸收光谱法测试了冷封闭氧化膜内外层不同区域吸附的Ni²⁺浓度。试验了封闭液的温度和pH值对Ni²⁺吸附量的关系，而后根据J.F.Murphy提出的铝多孔氧化膜/硫酸界面的双电层模型，亦即在Al₂O₃表面残留有过剩的正电荷，促进了F^-的吸附；F^-吸附在氧化膜的表面上，改变了其充电状态，促进了Ni²⁺的吸附，而后在适宜的pH(5.5～6)下水解，和水合氧化铝一起生成Al₂O₂·NiO·nH₂O的盐式填充物将孔封闭。

  (2)化学转换+沉积论

  意大利有人对铝氧化膜的冷封闭提出了如下的反应机理：

    Al₂O₃+12F^-+3H₂O ⇌ 2AlF₆^3-+6OH^- ………………………………………………(3)

    AlF₆^3-+Al₂O₃+3H₂O → Al₃(OH)₃F⁶+3OH^-…………………………………………(4)

    生成的OH^-，使Ni²⁺沉淀

    Ni²⁺+2OH^- → Ni(OH)₂↓………………………………………………………(5)

  反应(3)是快反应，在表面和孔内同时发生，反应(4)是慢反应，主要在孔内进行，所以封闭的机理是化学转换的产物Al_3r(OH)_3rF_6r和镍盐水解在Al₂O₃孔壁中的复合沉积物。

  这两种理论都能解释一些实验事实，但笔者倾向于第二种理论，可以认为，铝氧化膜的冷封闭是生成一种新的化学转换膜。

四、热封闭和冷封闭的综合比较

  根据一些实验和多年的生产实践，试将热封闭与冷封闭作一比较。

  所以，铝氧化膜的冷封闭是一种质量好、效率高、成本低、工艺稳定的新工艺，萍乡铝厂自从1988年底用它取代传统的沸水封闭，使用至今，工艺效果显著，并取得较好的经济效益。 

铝合金氧化的水蒸气封孔与沸水封孔的优缺点比较

  发布日期：2010-11-04  浏览次数：853

水蒸气封孔就是经过阳极氧化的制件在水蒸气中封孔的一种工艺方法。

 

水蒸气封孔的压力没有严格要求，但水蒸气温度要保证在100℃以上，降低压力或温度，将失去蒸气封孔意义；温度过高会影响膜层的硬度和耐磨性。提高温度必然要提高压力，此时还考虑到设备的允许耐压条件及安全等方面的因素。

 

    加压的蒸汽中封孔速度相对较快，通常在10～15min即能达到在沸水中25～30min的封孔效果。

高温水蒸汽封孔是和沸水封孔的机理相同,其原理都属于水合热封孔,由于水合反应氧化铝体积膨胀使得多孔膜阻塞.高温水蒸气封孔与沸水封孔有以下优点;
1.封孔速度比较快.

2.封孔品质与水质与PH值的依赖关系比沸水封孔小.

3.封孔后较少出现沸水封孔常见的白灰.

4.染色的阳极氧化膜封孔时,较少出现褪色.
缺点是;

建设和使用高温水蒸气装置的成本比较高,建造一个有效的密封的高温蒸汽箱比建造一个沸水槽要贵的多.

影响沸水封孔的原因 
（1）时间、温度：在其他条件相对一致的前提下，随封孔时间的延长，膜层结合水量增加，抗蚀性提高；随封孔温度的升高，水化程度提高，抗蚀性增强。 
（2） pH值、水质：一般在pH值为5.5-6.5的封孔液中封孔，膜层不但有良好的抗蚀性而且耐磨性最好。对水中的杂质含量应加以控制：硫酸根离子< 250mg/kg，氯离子<100mg/kg，硅酸根离子<10mg/kg，磷酸根离子<5mg/kg，氟离子<5mg/kg。 最好用纯水，其电阻率为5×10Ω•cm。 
（3）添加剂：在沸水中加入某些添加剂如无水碳酸钠、氨、三乙醇胺等，可增强封孔效果，提高膜层的抗蚀性，甚至相当或超过蒸汽封孔。 
    水合封孔的另一种方法是蒸汽封孔，其所处理的氧化膜抗蚀性、耐磨性与蒸汽压力和封孔时间有关。一般随压力升高、时间延长、抗蚀性提高、耐磨性降低。 
3、沸水、蒸汽封孔工艺 
    沸水封孔、蒸汽封孔工艺见表-12。蒸汽（常压、加压）封孔的效果比沸水封孔好，但需用高压容器或专用蒸箱，因此蒸汽封孔特别是加压蒸汽封孔只能用于小型制品的处理，不适合大型制品和流水线生产使用