铝合金电解着色用镍板失效原因分析

胡利芬，冯皓*，刘鑫

（中国电器科学研究院有限公司，工业产品环境适应性国家重点实验室，广东 广州 510300）

电解着色是建筑铝型材最常用的着色方法。国内外一般采用锡盐或锡–镍混合盐着色，而在日本，单镍盐着色比较普遍。近年来，由于市场对浅色系色料需求增加，单镍盐电解着色因其底色稳定、槽液简单，尤其是生产不锈钢色、浅香槟色等浅色系铝合金材料时颜色均匀性、重现性好，已受到国内外越来越多的铝型材生产厂家青睐[1]。

铝合金电解着色时，着色液的金属离子在阳极氧化膜微孔内的阻挡层表面上发生还原反应[2-3]，将金属离子沉积在氧化膜孔的底部，使材料表面着上颜色。单镍盐着色的主盐为硫酸镍，为了较好地保持槽液中硫酸镍的浓度，一般采用镍板作为对电极对铝合金进行着色。虽然着色膜中金属沉积量与着色膜的颜色变化并不是线性关系，但是着色膜中的金属沉积量越多，着色膜颜色越深[3]。肖鑫等的研究也表明，随着着色液中镍盐浓度的升高，着色膜层颜色加深[4]。因此单镍盐着色一般会将镍盐浓度控制在100 g/L 左右[5]。

一般镍板的使用寿命为2年。某铝业公司购进的200 余块镍板，在使用半年后约有1/4 发生严重腐蚀而失效。经与供货商协调后进行了更换，但在接下来不到半年时间，又有约1/4 腐蚀严重，不得不替换下生产线。本文从镍板腐蚀形貌、显微组织、微区成分等方面对镍板早期失效原因进行分析，找出了镍板发生腐蚀失效的原因，并对镍板的质量控制提出建议。

1 实验

1.1 样品描述

样品为生产线上替换下的镍电极板。取样部位分别是位于导电杆处和液面以下的工作部位，其中工作部位的镍板发生了严重的腐蚀。

1.2 试验仪器

德国蔡司公司 EVO MA 18 扫描电子显微镜(SEM)；英国牛津公司INCA 能谱仪(EDS)；德国徕卡公司DM6000M 光学显微镜。

2 结果与讨论

2.1 镍板腐蚀形貌观察

取工作部位的镍板，用SEM 对其表面形貌和截面形貌进行观察。图1 是镍板表面和截面不同区域的腐蚀形貌。从截面腐蚀形貌可以看出，镍板的腐蚀是沿着金属晶粒间的分界面向内部扩展，呈现出典型的晶间腐蚀形貌特征。镍板近表面处晶间腐蚀严重，已经有部分晶粒从基体脱落。

图1 镍板工作部位的表面和截面腐蚀形貌Figure 1 Surface and sectional morphologies of the corroded working area of nickel plate

2.2 镍板显微组织分析

对导电杆处和工作部位的镍板取其截面进行金相组织分析和夹杂物分析(浸蚀剂为3%的氯化铁酒精溶液)。分析结果见图2。

图2 镍板上不同部位的显微组织观察Figure 2 Metallographs of different positions of Ni plate

结果显示：不论是导电杆处还是工作区域，镍板中均含有大量夹杂物，且晶界有连续的夹杂物析出。

2.3 夹杂物成分分析

为了解镍板发生晶间腐蚀的原因，采用扫描电镜配备的能谱仪对镍板晶界析出的夹杂物进行微区成分分析。结果显示，镍板中的夹杂物主要是C 和Si，如图3 和表1 所示。

图3 镍板晶界夹杂物的EDS 分析结果Figure 3 EDS spectra for inclusions at grain boundary of nickel plate

表1 镍板晶界夹杂物的元素成分Table 1 Elemental composition of inclusions at grain boundary of nickel plate

3 结论与改进建议

从以上结果可以看出：镍板发生的是晶间腐蚀，这造成了镍板的快速溶解和早期失效。晶界C、Si 等夹杂物的析出是镍板发生晶间腐蚀的主要原因。

生产中如果镍板因发生晶间腐蚀而快速溶解，势必会增大着色液中镍盐的浓度，影响着色效果。此外，随着镍板的腐蚀，镍板晶界处C、Si 等夹杂物会溶出而进入着色液，同样会影响着色质量。因此，建议严格控制镍板中的C、Si 含量，并选择合适的热处理工艺，尽量避免C、Si 等夹杂物在晶界的析出，降低晶间腐蚀敏感性。

[1]唐永兵,王中霞,李子国,等.铝合金宽温氧化单镍盐电解着色工艺的研究[J].轻合金加工技术,2012,40 (1):47-50,54.

[2]陈日耀,陈震.关于氧化铝膜着色层的研究[J].化工进展,1994 (2):26-29.

[3]刘文亮,朱祖芳.铝及铝合金电解着色机理[J].电镀与环保,1995,15 (6):17-19.

[4]肖鑫,钟萍.铝型材仿不锈钢色电解着色工艺研究[J].腐蚀与防护,2005,26 (4):165-166,176.

[5]朱祖芳.铝型材表面处理技术发展之过去和未来十年[J].电镀与涂饰,2002,21 (2):44-50.