铝染色技术在首饰设计中的运用

张叶轩

铝材表面阳极氧化着色技术兴起于20世纪20年代，利用有机染料对铝的阳极氧化膜进行着色的技术目前已经非常成熟，其用途也十分广泛，包括建筑构件、公共装置、电子产品等。目前在这些领域应用的阳极氧化铝大多体现为纯色均匀的着色效果，然而根据其染色原理，利用有机染料进行染色的色彩效果可以有多种变化，染料颜色的调配和互相浸染也可以达到类似于水彩画般的效果，目前已有艺术家将其运用于产品设计、装置艺术以及艺术首饰的设计与创作中。本文对铝表面阳极氧化染色处理技术进行了试验及总结，并对非标纯色、多样化染色在艺术首饰设计中应用的前景进行了分析。

一、铝阳极氧化染色法研究

1.1材料的选择

高纯铝能够产生极为清澈的阳极氧化膜，例如1050和1060系列，但强度低、不可热处理强化，可用于对结构强度要求不高的装饰件。5657和6463系列的铝合金，在保持光亮度方面表现突出，并且拥有一定的结构强度，可作为理想的阳极氧化原材料。2系和7系热处理系列铝合金阳极氧化效果不理想，因为合金里的铜、锌在进行阳极氧化的过程中会影响氧化膜的生成，易出现腐蚀凹陷或是斑点，因此不建议使用。

1.2表面预处理

首先，需要搭建一个干净且通风的环境。在满足环境要求后即可对铝材进行预处理，过程包括：除油脱脂、碱蚀洗、水洗、中和及二次水洗等步骤。其中去油步骤可用无硅酸化合物低泡除油剂或YD-1、YB-5、1855等牌号除油剂以及常规日化除油剂等。去氧化层可用5克氢氧化钠配240克纯水的比例，将去油水洗后的铝片整体浸入氢氧化钠溶液中，5分钟后将铝片用镊子取出（注意：氢氧化钠为强碱，切勿与皮肤接触）后用清水冲洗，并用软毛刷去除表面的偏铝酸钠粉絮物。这时可以观察到铝材表面呈现出亮白的金属色，表明氧化层去除成功。

1.3阳极氧化

铝的阳极氧化表面处理是一种电化学工艺，其原理是将金属材料表面的纯态铝转化为一层厚度20μm左右的氧化铝膜，其本身具有很强的渗透性，因而可以通过吸附染料而改变表面颜色。在对铝件进行阳极氧化步骤之前，需要按正确比例配置电解液（稀硫酸溶液），在塑料容器中建浴，用钛夹将预处理后的工件夹持并整体浸入电解液中，夹具的一端露出液面并接直流电源正极。直流电源的负极需要接在一块铅板上并将其浸入电解液，作为负极的铅板应与需阳极氧化的铝材表面齐平（注意：工件不能与负极铅板接触以防电源短路）。供给电压约为10～20V并在此条件下通电30～120分钟。经过实验，在相同表面积条件下通电时间越长，经过染料浸泡后所呈现的颜色效果越饱和。而在阳极氧化时间相同的条件下，表面积越小颜色效果越饱和。

1.4染色及封层

1.4.1整体染色

根据阳极氧化铝的染色原理，经过电解后的铝材表面生成的孔隙处于张开状态，因此能够让染料渗入，染色剂可使用专业阳极氧化铝染料（粉末状，耐热、耐腐蚀）也可尝试一些纺织物染料（例如Rit衣物染色剂）。在染料配制时需要注意以下几点：1.染料用量浓度约为2～6克/升。2.初次建染浴或是补充染料时，需要先在其他容器中用热水（约80摄氏度）溶解后再添加到染色槽中。3.不要使用含铁离子和磷酸根离子的水质建染色浴，最佳选择为离子交换水或纯水，其次是自来水。整体染色步骤较为简单，只需要将经过阳极氧化电解后的工件取出、清水冲洗后放入预先配制好的染料槽中并让工件整体全部浸入染料，等待3～5分钟取出观察颜色是否达到预期的均匀、饱和效果。若不能获得饱和的颜色效果则是因为在阳极氧化过程中通电时间不足或是供给电源参数调节错误，此时需要重新进行预处理及阳极氧化步骤，得到预期颜色饱和度后需进行冲洗、静置等待封层。

1.4.2局部染色

采用防染剂可以在铝板表面形成保护层，该保护层能够使铝表面免于接触染料，一般情况下沥青可以作为理想的防染剂，但是在稀硫酸溶液中无法保持长久的附着力。如果需要二次阳极氧化电镀，那么就需要使用快干防水漆作为防染剂。将经过阳极氧化的铝先放入基础色染料中染成纯色，然后取出晾干铝板后在表面所选部分涂上防染剂，等待防染剂固化后即可将铝材放入第二种染色中进行再染，达到预期效果后取出铝材用稀释剂清洗防染剂即可获得边缘清晰的两种颜色邻接的染色效果。

1.4.3封层

常用的阳极氧化铝封层原理是在较高温度下无水氧化铝的水化作用，将无定型的铝氧化膜转化成铝的氧化物。阳极氧化膜的孔隙壁因此而发胀并合拢，从而将染料封闭在里面。此步骤需要调配专用封孔剂例如YM-300中温封孔剂，此类封孔剂含有醋酸镍成分，能够有效控制pH值变化及消除斑纹，并提高膜层颜色牢度及耐候性。具体调配剂量比例为：5-6克/升，并用不锈钢容器建浴以方便加热。温度区间控制在55-70℃，接下来将阳极氧化后的工件整体浸泡入封孔溶液中持续3-15分钟，取出后冲洗晾干。

二、铝阳极染色工艺在首饰设计中的应用

2.1金属材料的色彩

传统的金属首饰材料大多为金、银（925）、钯等贵金属材料，这些贵金属材料的色彩呈现较为单一，从佩戴者的角度来说，他们会对单一的颜色产生审美疲劳。从设计师的角度他们也迫切希望打破这种材料色彩的局限，用更加多样化的颜色去表达他们的设计主题。包括金属材料本身呈现的色彩或是用某种技术手段改变金属表面色彩的效果，主要有如下四种：1.各种金属合金，即按照一定比例将两种不同颜色的金属进行融合而获得新的颜色，例如黄金与银融合的K金、银与铜融合获得的乌铜、朦胧银等。2.利用物理或化学手段对金属表面进行染色，例如电镀、氧化、煮色等。3.在特定的金属表面制造一层氧化膜，利用干涉色原理呈现出有序的彩色效果例如阳极氧化钛、镁、铌等。4.铝阳极氧化染色呈现出彩色效果。

2.2铝阳极染色工艺与现代首饰设计

现代首饰设计受后现代主义艺术影响，应用于首饰设计的材料逐渐地突破传统贵金属的局限，趋于多样化发展。现代首饰作品的材料价值观念与创作者的个体存在着非常密切的联系，材料即构成现代首饰观念的物质媒介。充分发掘材料的特性是体现材料美、工艺巧的基础。而色彩作为材料最直观、最重要的特征之一，其合理的运用不仅能够增加造型的感染力，还有助于设计师打破传统观念，拓展新的创作空间。经过阳极氧化染色处理后的铝，表面不仅可以呈现多样化的色彩效果，同时还保留了铝材本质的金属光泽。相对于利用制造氧化膜形成干涉色原理的阳极氧化（例如钛的阳极氧化），铝阳极染色具有更高的可控性和更加自由的颜色区间，其染料可以进行调色。因此铝的阳极氧化染色工艺也逐渐被艺术家用于现代首饰设计中，例如英国首饰艺术家简·亚当（Jane Adam）多年来致力于阳极氧化铝的创新与实践，她开发了一套染色、印刷、制作纹理的独特工艺方法，其呈现的结果往往也包含了实验的过程，甚至刻意地将制作的过程痕迹保留在最终的作品上，从而表现出耐人寻味的故事感。随着铝阳极氧化染色技术逐渐应用于现代首饰设计，艺术家们可以通过技术手段改变手中金属的固有色，基本上可以实现按需索取。由此说来，技术的进步可以带来设计艺术的新突破。

2.3应用于商业首饰的铝阳极染色工艺

首饰的创作离不开材料和工艺的支撑，近年来，随着铝阳极氧化技术的不断发展与成熟，其应用范围开始从工业设计等领域逐渐延伸到首饰设计中来。传统的商业首饰材料大多为贵金属材料，这是消费者对其材料价值认可的必然结果。然而随着人民物质水平的不断提高，部分消费者开始追求材料价值属性之外的、具有更加独特的审美价值属性的首饰。虽然铝并非贵金属，但其拥有良好的延展性、可塑性及较低的密度，可以创作体量较为夸张的首饰如胸针、耳坠等，这对于商业首饰风格的发展带来了便利。经过阳极氧化工艺染色后的铝拥有极高的色彩表现力及自由度，有助于设计师打破传统观念，拓展新的创作空间。我们由此可推导出一个新的设计思路，即将传统商业首饰中用以表现主题而大面积镶嵌的彩宝与色彩表现较为单一的贵金属部分在设计中的重心反向调整，用造型多样的彩色阳极氧化铝表现主题，加之少量彩色宝石用以点缀。如此便可实现材料、工艺、主题等多方面的创新创意。例如德国一家传承四代的家族珠宝品牌HEMMERLE，铝是他们近年来作品中非常热衷于使用的金属，经过阳极氧化处理，可以呈现出深蓝、玫红深绿等色彩，用以模仿植物的天然色彩和质感。再搭配上相应色系的彩色宝石，近乎完美地捕获了自然界的色调。从材料价值角度来说，铝材相较于传统贵金属材料是廉价的，但其拥有着比传统材料更多样的加工可能性以及表面处理效果。这些工艺的使用正在开发令人兴奋的创新方式，其实验性的创举所实现的美学价值或许超越了材料回收本身。

三、铝阳极首饰的优势与展望

3.1铝和钛的阳极氧化特征对比

目前用于首饰设计的阳极氧化金属材料主要有钛和铝这两种，但它们的阳极氧化发色原理不同。钛的颜色是通过增加氧化膜厚度反射不同波段的干涉色形成，而铝是利用氧化膜中的孔隙储存染料呈现的色彩效果。二者相比，从颜色效果的角度来说，由于染料颜色可以调配，因此铝拥有更加广泛、多样的色彩。此外，从加工的角度来说，由于铝的硬度及熔点较低（硬度HB60～150熔点660℃）造型工艺上与钛（HV280～300熔点1668℃）相比拥有更好的延展性以及切削加工属性，易于浇铸、焊接、执模，以及抛光。因此铝拥有更加充裕的色彩和造型表现力。

3.2阳极氧化铝首饰的发展潜力

随着现代艺术与科学的发展与交叉互动，艺术跨界的现象也在不断拓展着首饰表达的边界，曾应用于建筑、工业设计的铝阳极氧化染色技术完全可以作为一种成熟的金属加工技术被应用于首饰设计领域。一方面，对于现代首饰艺术家来说，其多样化的材质表现以及颜色效果可以给作品的设计创作带来更广阔的思路以及表达手段。另一方面，铝熔点低、易铸造等特点意味着其满足批量复制的生产条件，相较于传统贵金属商业首饰注重表面的高抛光处理，铝的阳极染色更加侧重于表面的颜色效果，因此避免了大量人工抛光的步骤转而利用化学试剂抛光即可满足表面处理效果。经过硅胶开模、注蜡、失蜡铸造、化学抛光、批量化阳极染色的生产过程可以使商业首饰在生产加工过程中节省成本、提高效率。

四、结语

随着时代的演变，工艺发展与日俱增，技术与材料的创新、研发或使用方法也关系着工艺作品的表现性，对于新材料、新技术的研究在现代首饰设计领域举足轻重。现代材料的丰富性与工艺的现代手段强有力地支撑着创意的自由与创新。铝作为工业制造领域广泛应用的材料，其能够应用于首饰设计最主要的原因是阳极氧化染色技术的研究、创新与应用，充分利用和发掘阳极氧化铝材料的可染色特征是铝材首饰创作的基础，加之艺术的手段对其表面进行染色如遮盖、叠加，甚至丝网印刷将获得千变万化的颜色、机理效果。这项不断发展的表面处理技术应用于首饰设计中极大地丰富了现代首饰作品的表现力，拓展了首饰艺术家的创作手段，在未来的商业首饰领域也具有一定的潜在价值。

参考文献：

[1] 徐捷，兰为军.铝和铝合金的阳极氧化与染色[M].北京：化学工业出版社，2010：171-176

[2] 张海霞. 铝合金阳极氧化电解着色工艺及性能研究[ D ] . 大连理工大学，2008.

[3] 王佳夫，刘玉祥，林清华.一种简单的铝及铝合金阳极氧化着色装置设计[J].轻合金加工技术，2005（3）：41-42.

[4] 胡桂南.网印铝材的阳极氧化[J].丝网印刷，2003（2）：17-19.

[5] 张福文. 钛金属着色效果及其在首饰设计中的运用[ J ] . 艺术教育，2014（1）：203+208.

[6] 郑静.现代首饰设计的创意方法[J].美术大观，2005（9）：54-55.

[7] 赵世笺.多元化材料在当代首饰领域的创新应用以及可持续设计价值[J].流行色，2022（6）：6-8.

[8] 胡俊. 浅谈金属着色在现代首饰设计中的应用[ J ] . 艺术与设计（ 理论），2012，2（7）：123-125.