من كتابي تطبيقات الأثر الكيميائي للتيار الكهربائي

تلوين الألمنيوم بطريقة الأكسدة المصعدية

من الملاحظ أن عشرات من المنتجات ذات الاستعمالات المنزلية والعامة والديكورات قد أصبحت تصنع من الألمنيوم الملون بألوان زاهية جذابة وتظل محتفظة بلونهـا ومظهرها لفترات طويلة . الواقع أن هذه الطبقات الملونة تتمتع بجانب مظهـرها الجـذاب بمقاومة عالية للتآكل بنوعيه : الكيميائي والاحتكاكي .
ويرجع ذلك إلى الطبقـة الصلبة الرقيقة التي تغطي السطح وتتركب من أوكسيد الألمنيوم. ويتم تكوين هذه الطبقة بطريقة كهربائية تسمى الأكسدة المصعدية وقد سميت بهذا الإسم لأن التفاعل الذي يتم أثناءامرار التيار الكهربائي في المغطس يؤدي إلى تأكسد سطح الألمنيوم المتصل بالمصعد، واتحاده بالأوكسجين المنطلق عند المصعد، وهذا التفاعل يؤدي إلى تكون طبقة صلبة من أوكسيد الألمنيوم على السطح تحقق أغراض الوقاية. أما إذا كان الهدف هو الوقاية والمظهر معا فإن طبقة الأوكسيد تصبغ بعد ذلك باللون المطلوب.

تجهيز المنتجات قبل عملية الطلاء

تشمل هذه العملية تلميع سطح الألمنيوم وتنظيفه.
وتهدف عملية التنظيف إلى إزالة الشحوم والمواد الدهنية العالقة بالسطح وكذلك إزالة أي طبقة من الأوكسيد تكون قد تكونت بتأثير العوامل الجوية .
ويتم ذلك بالمعالجـة بمحلول المنظفات والأملاح العضوية واللاعضوية، أو المعالجة بالمذيبات العضوية، ثم الغمر في محلول الصود الكاوي بتركيز 10 – 20 % لمدة نصف دقيقة تقريبا ، ويلي ذلك الغسيل بالماء البارد الجاري، ثم الغمر في محلول حمض النتريك المخفف بتركيز 10 % ثم الغسيل الجيد الشامل بالماء البارد الجاري . وبعد الانتهاء من هذه العمليات مباشرة تعلق المنتجات في المصعد باستعمال مشابك مصنوعة من الألمنيوم النقي.

مغطس الأكسدة المصعدية

يستعمل لهذا الغرض نوعان من المحاليل :
النوع الأول : محلول حمض الكبريت المخفف بدرجات تركيز متفاوتة من 5 – 95 % ولكن التركيز الشائع هو 15 % حجماً .
النوع الثاني : هو محلول حمـض الاوكساليك ( حمض الحماض ) بتركيز 5 %.

الطرق المتبعة للأكسدة المصعدية :

هناك أربعة طرق للأكسدة تختلف عن بعضها من حيث :
أ- نوع التيار المستعمل : فهو إما مستمر أو متناوب .
ب – فرق الكمون الكهربائي ( الفولت ) للتيار المستعمل .
ج – كثافة التيار ( الأمبير) المستعمل.
د- درجة حرارة المغطس.
هـ- الزمن الذي تستغرقه عملية الأكسدة.
و- نوع المحلول.
ز- تركيز المحلول .

وكل من هذه الطرق يؤدي إلى نتائج وخصائص معينة لطبقة الأوكسيد الرقيقة المتكونة لها خصائص ومميزات معينة.
فالطريقة الأولى
تعطي ألواناً شفافة ( لا لون لها ) ، فلا تحجب البريق الذي يتمتع به سطح المعدن تحتها ، والألوان الناتجة عنها تكون شفافة زاهية . كما تتمتع الأفـلام بصلابة متوسطة ، ومقاومة عالية للتآكل الكيميائي ، وقدرة كبيرة على امتصاص الأصباغ لما يتميز به الفيلم من المسامية .
أما الطريقة الثانية
فتتميز بإعطاء أفلام ذات صلابة عالية جداً ، ولكنها صفراء اللون ، ولذلك تصلح فقط للصباغة بالألوان القاتمة ، وعلى الأخص اللون الأسود .
أما الطريقة الثالثة
فهي تعطي أفلاماً أقل صلابة وأفتح لوناً من الطريقة الثانية ، وتتمتع بقدرة جيدة على امتصاص الألوان .
أما الطريقة الرابعة
فيكون لون الفيلم مشابها ً للون النحاس الأصفر .
ويزداد اللون قتامة بازدياد كثافة التيارحتى يصل إلى لون البرونز.

العمليات التي تجرى على الألمنيوم بعد تكوين طبقة الأوكسيد

1- إزالة آثار الحمض
بعد انتهاء الفترة المحددة لإمرار التيار ، ترفع المنتجات من المغطس ، وتغسل بالماء البارد الجاري. ثم تغمر لفترة وجيزة في محلول الأمونيا المخفف 1 % .
يلي ذلك غسلها غسلاً تاماً بالماء البارد الجاري .
والهدف من هذه العمليات هو إزالة آثار الحمض عن سطح المنتجات . بمعادلته بمادة قلوية خفيفة ثم غسله.
2 – تلوين طبقة الأوكسيد
تجري هذه العملية بعد عملية الغسيل التي تلي الأكسدة مباشرة ، إذ أن الأفلام الطازجة لها قدرة على امتصاص الأصباغ تفوق كثيراً قدرة الأفلام التي جفت في الهواء. وعليه فإنه بعد الانتهاء من عملية الغسيل التاليةلعملية التعادل مع محلول الأمونيا ، تغمر المنتجات مباشرة وهي لا تزال متصلة بمشابكها في الحوض المحتوي على الصبغة.
وأكثر طبقات الأوكسيد صلاحية لعملية الصباغة هي الناتجة عن اتباع الطريقة الأولى في الأكسدة ، يليها الطريقة الثالثة ، وذلك لأنهما تعطيان طبقات شفافة وذات قدرة كبيرة على امتصاص الأصباغ. وتعتمد كثافة اللون على سمك طبقة الأوكسيد ، فكلما ازدادت السماكة ، زادت كمية الأصباغ التي يمتصها الفيلم، وبالتالي زادت كثافة اللون.

هذا ويتبع في تلوين طبقة الأوكسيد طريقتان أساسيتان هما :

التلوين بالأصباغ العضوية ، والتلوين بالمواد غير العضوية .

أ- التلوين بالأصباغ العضوية
تستعمل لهذا الغرض أصباغ عضويةغير قابلة للذوبان بالماء ، وتتميزبقدرة كبيرة على الترابط مع طبقة الأوكسيد، بحيث تقاوم بعد ذلك الذوبان في الماء البارد أوالساخن ، كما تكون ثابتة ضد الضوء.
وتتم عملية الصباغة في درجـة حرارة تتراوح بين 60 – 95ْ م حسب نوع الصبغة ، وفيما يلي بعض الصبغات ، :
صبغة نيجروسين أسود
صبغة أليزارين اصفر ذهبي
صبغة كونجو أحمر
صبغة أزرق الميثلين ازرق

وبعد رفع المنتجات من مغطس الصباغة يجري إغلاق المسام بإحدى الطرق التي سيأتي ذكرها فيما بعد .

ب – التلوين بالمواد غير العضوية
يراعى في طبقة الأوكسيد التي سيجري تلوينها بهذه الطريقة أن يكون لها قدرة امتصاص كمية كبيرة من المحاليل ويمكن تحقيق ذلك بجعل كثافة التيار ودرجة حرارة المغطس أعلى من المعتاد .
ويستخدم لعملية التلوين محلولان ينتج عـن تفاعلهما معاً ترسب مادة ملونة غير ذائبة.
وتجري العملية بغمر المنتجات في أحد المحلولين مدة كافية لأن يتغلغل المحلول داخل مسام طبقة الأوكسيد بأكملها ثم تغسل المنتجات بالماء لإزالة المحلول الزائد الموجود على السطح الخارجي. ويلي ذلك غمر المنتجات في المحلول الثاني الذي يتفاعل داخل المسام مع المحلول الأول مكونا ً المادة الملونة غير الذائبة التي تترسب داخل المسام. وقد يقتضي الأمر إعادة غمر المنتجات في المحلولين على التوالي مرة أخرى.
وبعد الانتهاء من هذه العملية يجري غلق المسام بإحدى الطرق التي ستأتي فيما بعد. وتتمتع الألوان المجهزة بهذه الطريقة بدرجات عالية من الثبات ضد المؤثرات الجوية كالضوء والحرارة.

3- غلق المسام
في الأحوال التي تترك فيها طبقة الأوكسيد بدون تلوين تجري عملية غلق المسام بعد عملية الغسيل التالية لتكوين طبقة الأوكسيد مباشرة.
أما في حالة تلوين طبقة الأوكسيد فإن عملية غلق المسام تجري بعد الانتهاء من الصباغة حتى لايتسبب غلق المسام في عدم امتصاص طبقة الأوكسيد للصبغة .
1- خلات الكوبلت
2- برمنغنات البوتاسيوم أسود

1- هيبو سلفيت الصوديوم
2- برمنغنات البوتاسيوم أصفرذهـبي

1- كلور الباريوم
2- كبريتات الصوديوم أبيض

1- حديدي سيانيد البوتاسيوم
2- ثالث كلور الحديد

1- ثنائي كرومات البوتاسيوم
2- خلات الرصاص

هناك طريقتان لغلق المسام هما :
أ- التشرب بمواد عضوية طاردة للمياه مثل : الدهون ، الزيوت ، الشموع , الورنيشات المختلفة.
ب- المعالجة بمواد غير عضوية في درجات حرارة عالية وتشمل هذه المواد : الماء – محلول ثنائي كرومات البوتاسيوم – محلول سيليكات الصوديوم.
وفيما يلي شرح موجز لبعض الطرق المتبعة في غلق المسام

غلق المسام باستعمال الماء الساخن
تغمر الأدوات في ماء مقطر في درجة الغليان ويستمر بالغليان لفترة تتراوح بين 10- 20 دقيقة.

غلق المسام بمحلول سيليكات الصوديوم
تغمر الأدوات في محلول مخفف من سيليكات الصوديوم ثم ترفع منه وتغمر في محلـول مخفف من حمض الخل حيث ينتج من تفاعل هذين المحلولين حمض السيليكون كما تتكون خلات الصوديوم الذوابـة بالماء والتي تزول بالغسيل بالماء.
وهذه الطريقة ليست مناسبة لأغراض الزينة لظهور بعض النقط أو البقع في طبقة الأوكسيد.

غلق المسام بمحلول ثنائي كرومات البوتاسيوم
ويتم ذلك بغمر الأدوات في محلول مخفف جداً من ملح ثنائي كرومات البوتاسيوم في درجة الغليان، مع الإستمرارفي الغليان لمدة 10 دقائق ثم ترفع وتجفف مباشرة. ويلاحظ أن طبقة الأوكسيد تكتسب لوناً أصفراً بعد معالجتها بهذه الطريقة.