Интерференционное окрашивание
В конце 1970-х электролитическое окрашивание получило еще одно изменение направления после разработки Alcan и Asada более ярких, с более широкой палитрой цветов, которые, как было установлено, зависят от эффектов оптической интерференции. Эта разработка была позднее подробна описана Sheasby и др. Эффект был обнаружен при анодировании в серной кислоте с последующей обработкой для расширения пор, которая может выполняться многими способами, но удобнее всего осуществляется путем анодирования в течение короткого времени в электролите на основе фосфорной кислоты. Традиционное электролитическое окрашивание, например, в электролите на основе никеля, с увеличением времени обработки давало последовательную гамму цветов, проходя через сине-серый, серо-зеленый и желто-коричневый, до, в некоторых случаях, даже пурпурных оттенков.
Гораздо большая высота осаждения (слишком большая, чтобы получить видимый интерференционный эффект), узкий характер отложений и их неравномерность служат причиной совершенно иного механизма получения цвета. Можно видеть и увеличение пор в основании анодной пленки, и отложения большего диаметра, и их малую высоту и правильный характер. Осаждаемым металлом в этом случае был кобальт.
Исследователи установили, что окрашивающий электролит, осаждаемый металл и условия (режимы) окрашивания, применяемые для получения интерференционных покрытий, не являлись особенно решающими, а цветовой диапазон определялся структурой пор, формировавшейся в промежуточной стадии анодирования. Важным было увеличение диаметра пор и вертикальная глубина, на которую оно распространилось. Если увеличение диаметра было слишком малым, наблюдались только слабые интерференционные эффекты, а если увеличение было слишком большим, поры имеют тенденцию сливаться и вся структура анодной пленки нарушается, так что вырабатывание удовлетворительных покрытий было компромиссом между приемлемой степенью увеличения пор и получением требуемых цветов.
Электролиты на основе фосфорной кислоты, применяемые для увеличения пор, могли использоваться в широком диапазоне условий, но обычно применялась фосфорная кислота 100-150 г/л при 15-35оС в течение 2-10 минут под 10-40 V. Желаемые результаты могли достигаться при применении как постоянного тока (анодная реакция), так и переменного тока, или соответствующего сочетания обоих режимов. Любой из нормально осаждаемых металлов может использоваться для окрашивания, и осаждение никеля, кобальта или олова дает интерференционные покрытия с легким бронзовым преобладанием, которое усиливается вместе с ходом времени окрашивания. Применение электролитов на основе меди дает интерференционные эффекты с преобладающим розоватым тоном, а серебро вызывает желтоватый оттенок. Условия осаждения в фазе окрашивания были не очень важны и управляли скорее скоростью процесса, нежели видимым цветом.
Из цветов, вырабатываемых по такой технологии, особенно привлекательной для архитектурных применений оказалась сине-серая окраска и, после расширенных производственных проб, покрытие под названием Anolok II получило коммерческое распространение в Великобритании через LHT Anodisers Ltd. в 1984. Было пристроено расширение к существующей линии анодирования для размещения новой операции фосфорнокислого анодирования, также дополнительные промывки и новая окрасочная ванна . Практически потребовалось построить параллельную линию для интерференционного окрашивания, с тем, чтобы заготовки перемещались туда после анодирования, и назад на первоначальную линию для закрепления. Более 50 зданий на сегодня сооружены с использованием этого покрытия, одним из самых больших проектов является модернизация здания Coммercial Union в Лондоне.
Примеры условий, примененных для получения интерференционных покрытий на профилях 6063
Условия
анодиро вания H2SO4
|
Условия
анодиро вания во второй фазе |
Условия
электро- литичес- кого ок- рашив-я |
Влияние времени окрашивания на получаемый цвет (в минутах) |
|||||||||||
1 |
2 |
3 |
4 |
6 |
8 |
12 |
16 |
20 |
24 |
28 |
||||
Пример 1
|
165 г/л
H2SO4 20 oC 30 мин. 1.5 А/дм2 17 В |
120 г/л
H3PO4 + 30 г/л щавеле- вая к-та 32 С 8 мин. 25 В пост. тока |
Sn-Ni
электро- лит 20 С рН 7.0 15 В пер. то- ка |
- |
без существ. цвета |
очень светлая бронза
|
светлая бронза
|
сирене- во-серый
|
сине- серый |
серо- зеленый |
багряно коричн.
|
- |
- |
- |
Пример
2 |
те же |
100 г/л
H3PO4 20 С 4 мин. 10 В пер. то- ка |
Ni
электро- лит 24 С рН 5.6 11.5 В пер. то- ка |
- |
светлая бронза |
сине- пурпу- рный
|
сине- серый |
зелено- серый
|
зелено- бронз.
|
- |
- |
- |
- |
- |
Пример
3 |
те же |
120 г/л
H3PO4 25 С 10 мин. 20 В пост. тока |
Со
электро- лит 20 С рН 6.0 9 В пер. то- ка |
- |
- |
- |
брон-зово- серый
|
сине- серый |
зелено- серый |
желто- зелен. |
оран-жево- коричн. |
красно- коричн. |
пурпур- ный |
темная бронза |
После первой работы об интерференционном окрашивании много других исследователей изучали этот вид технологии, в частности в Японии. Многие из них не признавали, что имеют дело с интерференционным эффектом. Так Sato приписывал синие и зеленые покрытия, которые получал, разветвленной пористой структуре. В его опыте он первоначально получил большие поры путем анодирования при 70 V в электролите хромовой кислоты, а затем произвел осаждение никеля из сульфатно-борной кислотной смеси.
Nippon Light Metal Co. применяла свой источник импульсного тока для получения интерференционных покрытий с использованием промежуточной фазы анодирования либо фосфорной либо хромовой кислотой; также ее специалисты описали процесс с использованием щелочной ванны для промежуточной фазы модификации пор. Grace получал желтые и оранжевые цвета в окрашивающем электролите на основе селена после промежуточной обработки анодированием пер. током в фосфорной кислоте.
Endasa проделала большую работу в области интерференционного окрашивания, применяя сильные кислотные окрашивающие электролиты, в которых могла осуществляться и модификация пор и осаждение металлов. В одном из таких опытов образец, повергшийся анодированию до толщины слоя в 15 микрон в серной кислоте, был погружен в ванну, содержавшую 150 г/л серной кислоты, 5 г/л сульфата олова и 10 г/л винной кислоты. Применялся противоэлектрод из нержавеющей стали и использованное напряжение пер. тока поднималось от 0 до 25 вольт в течение двух минут и затем удерживалось на этой величине. Полученные цвета приведены в Таблице 8-30. При этой системе соотношение между концентрацией кислоты и концентрацией соли металла оказалось критическим и предпочтительные пропорции находились между 40:1 и 20:1. Повысить соотношение означало перейти просто к анодированию без окрашивания, а слишком низкая пропорция давала только бронзовые цвета. Аналогичный эффект был достигнут применением для окрашивания импульсных напряжений: вначале давалось прямое смещение с целью произвести модифицирование пор, а затем – обратное смещение, чтобы получить цвет. Реакции, протекающие при таких процессах, описаны Gazaro et al (и др.).
Цвета, получаемые с увеличением времени обработки
Время обработки (минут) Цвет
2 светло-бронзовый
3 промежуточный (переходный) бронзовый
4 насыщенный синий
5 светло-синий
6 насыщенный зеленый
7 желтовато-зеленый
8 желтый
9 фиолетовый
11 синий
14 зеленый