1 前言
傳統的鋁合金氧化膜封孔，都是含有氟或者鎳的。眾所周知，氟和鎳及一些重金屬離子對環境都是有害的，并且廢水的排放有嚴格的國家標準，排放的污水中氟離子濃度不能超過5mg/L，鎳離子的濃度要小于0.05mg/L，而在實際生產中非常難以達到這個標準，從環保角度上鋁合金的大型生產面臨嚴峻的考驗。雖然曾經有些廠家嘗試使用以一些輕金屬醋酸鹽為主鹽的封孔劑，但對著色料和染色料效果不理想，并且封孔溫度需80℃以上，能源消耗過高，封孔失重和染斑實驗也不是很好，所以市場很少廠家使用。我公司成功研究出的無氟無鎳封孔技術恰好解決了降低污染、節省能耗等問題，同時還保證了產品優異的封孔質量。
2 無氟無鎳封孔劑的優異封孔性能
無氟無鎳封孔技術必須能減少能耗、降低污染、提高效率、改進品質和方便操作。雖然有資料記載有使用氟鈦酸、氟鋯酸、磷鉻酸、以及鉬、釩、鎢、鈰等金屬鹽的封孔配方，但在生產中有的含有氟不環保;有的還是含有重金屬;有的工藝需控制在80-90℃，不節能;并且封孔品質按照歐洲標準采用有硝酸預浸的磷鉻酸失重檢測不合格。針對這些問題，我們采用特殊的復合金屬鹽為主鹽，以替代鎳鹽為主成份，同時配以陰離子表面活性劑、抑灰劑和封孔促進劑等構成無氟無鎳封孔劑SBA-606EP，經過各種實驗檢測具有優異的封孔性能。
圖為：新型無氟無鎳環保封孔鋁材氧化槽
2.1 封孔染斑實驗對比
染斑實驗是在生產現場對封孔品質的初步檢測，是一種最直接最簡便最常用的檢測方法。通常采用藍墨水和甲基紫溶液，通過觀察鋁材表面藍墨水和甲基紫的痕跡判斷封孔品質的好壞。
2.2.1 與鉬酸鹽A的對比
以藍墨水為例，對于同一前處理工藝的氧化膜15-17um鋁材，我們使用同一封孔工藝的無氟無鎳封孔劑SBA-606EP和市場某鉬酸鹽(A)封孔劑對比，槽液溫度63℃時，不同封孔時間下，SBA-606EP染斑實驗性能良好，見表(1)。
表(1) 不同封孔劑的染斑實驗效果
2.2.2 與常溫和中溫的對比
常溫和中溫是目前鋁材生產最常用、非常成熟的封孔工藝，通常常溫1min/um，中溫0.8min/um才有比較好的封孔效果，而SBA-606EP無氟無鎳封孔劑在染斑實驗上有比常溫和中溫更優異的性能。以藍墨水染斑實驗為例，對于同一前處理工藝的氧化膜15-17um鋁材，在不同封孔時間下與市場常溫和中溫封孔染斑實驗相比，見表(2)。
2.2 貼膜粘膠實驗對比
鋁型材在進行表面處理完成后，表面要貼一層保護膜，主要保護鋁材表面。保護膜主要采用的是丙烯酸壓敏膠，膠的黏度有微粘，低粘，中粘，高粘，超高粘五大系列，表面保護膜復貼到被保護材料上以后，隨著時間的推移，剝離力不斷增加，剝離力隨溫度上升、時間的增長而增大，以至于復膜時間長、溫度高時表面保護膜不能順利剝下。對于保護膜的粘膠問題，除了保護膜的自身質量之外，鋁材封孔品質的好壞同時也直接影響貼膜粘膠。
2.2.1 與常溫和中溫封孔粘膠對比
雖然常溫和中溫是非常成熟的封孔工藝，但在鋁型材貼膜方面還是略有不足，幾乎很多廠家都有黏膠問題發生，諸如在封孔溫度變化或陳化溫度變化大的時候，黏膠情況會更為明顯。一些廠家采取封孔后的鋁材先陳放，延遲時間再貼膜，但這樣給車間生產造成困難，并且很多陳放幾天后貼膜還是有黏膠的情況發生，難以解決實際問題。而經過SBA-606EP封孔劑封孔后的鋁材，封孔質量好，表面光滑，鋁材封孔下排后立即用高粘膠貼膜，即使在較高的陳化溫度下，時間再長，表面也不會黏膠。實驗見表(3)。
表(3)SBA-606EP與普通常溫、中溫封孔70℃粘膠對比
2.2.2 與鉬酸鹽A的粘膠對比
相對同一封孔工藝的無氟無鎳封孔，在粘膠方面，SBA-606EP比某鉬酸鹽(A)有著更為優異的性能。
表(4)SBA-606EP與鉬酸鹽A封孔貼膜方面的對比
2.3 失重實驗
封孔失重是檢測封孔品質的重要標準，根據國標GB/T 5237.2-2008的標準，在型材封孔120h后取樣檢測，陽極氧化膜經硝酸預浸的磷鉻酸試驗，其封孔質量損失值應不大于30mg/dm2。眾所周知，常溫封孔和中溫封孔之后立即檢測封孔品質，是無法達到合格指標，但隨著放置時間的延長檢測封孔品質的腐蝕失重不斷下降。而對于鋁合金大型生產企業，如果每批型材都需120小時檢測合格才給用戶發貨，既浪費等待時間，又難以解決倉庫存放問題。所以，很多廠家都以24小時或者48小時的失重數據作為封孔品質內控標準，24小時或48小時失重數據越低，120小時檢測的效果會越好。與同一無氟無鎳封孔工藝的鉬酸鹽A封孔相比，經過SBA-606EP處理的鋁材，在24小時內，封孔失重就可達到國家標準。針對同一前處理工藝的氧化膜15-17um鋁材，SBA-606EP失重檢測明顯好于某鉬酸鹽(A)，見表(5)。常溫封孔和中溫封孔雖然可以達到失重國家標準，但其陳化時間要比SBA-606EP長得多，實驗見表(6)。
表(5) SBA-606EP與不同封孔劑的失重對比 mg/dm2
表(6)SBA-606EP與常溫和中溫封孔失重對比 mg/dm2
2.4 對著色料和染色料的封孔
隨著鋁合金使用范圍的不但擴大，鋁型材的著色材料和染色材料需求更為廣泛。在新的產品和生產工藝下，保證著色和染色型材的封孔品質尤為重要。常規封孔工藝中，著色料的常溫封孔一般是保持原來顏色的;而中溫封孔一般會對顏色有所改變，因各個化工廠家配方不同，封孔后的鋁材顏色有深有淺，對鋁材生產和品質標準產生很大影響。SBA-606EP采用獨特的陰離子表面活性劑和擴散劑，有效促進主鹽在膜孔中的有規律沉積，同時又能抑制槽液中的其他雜質離子進入膜孔而影響光澤，使之能保持鋁材著色和染色的本來顏色。
3 最佳使用工藝
SBA-606EP封孔劑性能良好，為了其具有更為優異的性能，我們通過實驗確定最佳控制工藝。實驗采用6063型材，實驗所用鋁材型號、機械加工工藝及合金成份相同，氧化條件為一般標準工藝，膜厚為15-17um。主要工序步驟：除油→堿蝕→出光→陽極氧化→SBA-606EP封孔。鋁材封孔晾干后立即進行墨水和粘膠測試，在保證墨水和粘膠合格的情況下再進行封孔失重檢測。墨水測試采用一種市售純藍墨水，失重采用硝酸預浸的磷鉻酸腐蝕失重試驗。下面我們主要就槽液溫度、槽液PH值、槽液濃度和封孔時間與封孔失重的最佳對應關系進行試驗。
3.1 封孔溫度的影響
溫度是封孔的重要因素，適宜的封孔溫度決定封孔品質的好壞。但如果生產工藝要求的溫度過高，勢必會使生產的能源消耗過大。很早就有資料記載無鎳封孔技術，但封孔溫度一般都在80℃以上，并且失重檢測達不到歐洲的硝酸預浸的磷鉻酸檢驗標準，而SBA-606EP在60-65℃時就具有良好的封孔性能，是普通的無氟無鎳封孔劑難以比擬的。我們通過實驗發現，SBA-606EP在溫度為60-65℃時，金屬在膜孔中的沉積速度最快。利用掃描電子顯微鏡可以看出，在同樣封孔時間下，SBA-606EP 在40-55℃時在膜孔中的沉積量是慢慢增加的，到60-65℃時沉積量最大，但當溫度超過65℃以后，升高溫度時同樣封孔時間下膜孔中沉積量改變不大。封孔失重在65℃時已經最好，在升高溫度失重變化不大，見圖(1)。
3.2 PH值的影響
3.2.1 PH值與溫度的關系。
普通含鎳的常溫和中溫封孔，在PH值相對較高時，鎳及其反應產物會較快的沉積于膜孔中，若PH值較低，適當升高封孔溫度也可同樣促進鎳及其反應產物在膜孔中的沉積，達到較好的封孔效果。對于SBA-606EP封孔劑，實驗中我們發現，當PH值低于5.5時，即使溫度升高到75℃以上，墨水測試痕跡較明顯，輕微粘膠，PH值高于6.8時，溫度低于55℃，墨水和粘膠檢測較差，而當PH值在5.8-6.8之間，相對較低PH值(如PH=5.8)時適當升高溫度;或相對較高PH值(PH=6.8)時使用低溫度封孔，墨水和粘膠檢測效果好。
3.2.2 PH值的影響
PH值的控制是封孔工藝中的重點。通過實驗發現，SBA-606EP無氟無鎳封孔劑在使用中，在PH值6.0-6.5之間，即使溫度有所變化，其封孔效果也很好。本實驗條件為槽液溫度62℃、氧化膜厚度15-17um，封孔時間6min，陳化時間24小時，封孔失重結果與PH值的對應關系如圖2所示，其他性能如貼膜、表面狀態、墨水測試等均合格。
3.3 封孔時間的影響
封孔時間的長短，直接影響封孔的質量和生產效率。能在最短的時間內達到最好的封孔效果是SBA-606EP封孔劑的獨特優異性能，在槽液溫度63℃左右，封孔速度可達到2-3um/min，封孔時間再繼續延長對失重的變化不大。對于氧化膜15um鋁材，在槽液溫度62℃、PH值6.23時，陳化24小時，封孔時間與失重的檢測效果如圖3。
3.4 槽液濃度對封孔失重的影響
在SBA-606EP封孔劑的使用中，濃度對封孔效果有一定關系。實驗發現，在槽液中SBA-606EP濃度低于5g/L時，即使提高封孔溫度或PH值、延長封孔時間，墨水和粘膠檢測效果很差，槽液濃度在6-8g/L內，封孔失重和墨水、粘膠檢測良好。而在濃度達到12g/L或更高時，封孔失重檢測變化不大，但較高濃度時槽液因生產中鋁材帶出的消耗會更多。
4 結論
4.1 具有獨特配方的SBA-606EP無氟無鎳封孔劑具有各項優異性能，因其無氟無重金屬而具有良好的環保效果;封孔溫度低，封孔速度快，可節省能耗和提高生產效率。
4.2 獨特的促進劑保證了封著色料不褪色不變色，以及行業領先的貼膜不粘膠能力。
4.3 其失重效果好于常溫及中溫封孔。
4.3 適宜的封孔工藝：槽液濃度6-8g/L，PH值6.0-6.5，溫度60-65℃，封孔時間2-3um/min。
