铝型材阳极氧化.docx

铝型材阳极氧化、电泳涂漆、粉末喷涂、氟碳漆喷涂及木纹处理工艺过程及发展综述了国内外铝合金建筑型材表面处理技术的现状，重点介绍了铝型材阳极氧化、电泳涂漆、粉末喷 涂、氟碳漆喷涂及木纹处理的生产流程和工艺规范，并对各种保护层的特点及其应用作了评述同时对建 筑铝型材表面处理技术今后的发展趋势进行了展望，提出了未来应大力开发和推广的清洁环保、高效节能 技术0引言铝合金建筑型材是当今门窗和幕墙主要的结构材料，在世界范围内广泛应用】1］铝合金挤压型材 （未经表面处理）外观单一，并且在潮湿大气中容易腐蚀［2］,因而很难满足建筑材料高装饰性和强耐侯 的要求为了提高装饰效果、增强抗腐蚀性及延长使用寿命，铝型材一般都要进行表面处理因此，表面 处理是铝合金建筑型材生产的一道必不可少且极为重要的工序世」工.|-.祀肤luHk個牡理|5能铝型材表面处理技术因原理不同，其工艺也有较大区别根据保护层的性质和工艺特点，铝型材表面 处理技术可分为阳极氧化处理、阳极氧化-电泳处理、有机涂层处理三大类［3］,其中，有机涂层处理包 括粉末喷涂、氟碳漆喷涂和木纹处理（见图1）1一 MLI嵋畅帕嘶」沖汕］AJ!更耗隹軒邑=应F |」恻I锚合金建筑型豺巍面处理技术1阳极氧化处理阳极氧化于20世纪50年代应用于铝型材生产，是应用最早也是目前应用最广泛的建筑铝型材表面处 理法。

阳极氧化型材的突出特点是外观金属质感强1.1阳极氧化工艺流程阳极氧化工流程见图2I., n 命 tj 旧 < rirm理 >DALILVCALCOM*卜杓.检略也/虫1^12 “:忸材购1医7.1 fL I牡流畑1.2机械预处理机械预处理主要有机械喷砂和机械抛光［4］机械喷砂是获得砂面型材的一个重要途径，由铝型材 喷砂机完成机械喷砂可能完全消除表面缺陷和挤压条纹，得到比化学砂面（碱蚀砂面）更加均匀的哑光 表面另外，机械喷砂在生产成本和环保上也具有较大优势机械抛光是铝型材抛光机上进行的将铝型材有规则地平放在工作台上，通过高速旋转的抛光轮与表 面触压和磨擦，使表面光滑平整，直至达到镜面效果生产中常常用抛光来消除挤压条纹，因此，这时又 称为''机械扫纹"［5］1.3化学前处理1.3.1脱脂工艺：200〜300g/LH2S04,室温，时间3〜5min1.3.2酸性砂面酸性砂面工艺：60〜100g/LNH4HF，15〜20g/L稳定剂，10g/L促进剂，pH值1〜2,温度45〜 55°C,时间2〜6min酸性砂面易产生大量白色沉淀物，槽液需要循环过滤废水中F-浓度高，必须进 行净化处理酸性砂面处理后需要进行短时间的碱蚀处理，以除去吸附在铝表面的氟铝酸盐膜。

酸性砂面对挤压条 纹有较强的掩盖能力，外观细腻，质感强，在我国广泛应用1.3.3碱蚀和碱性砂面碱蚀的目的是除去铝表面自然氧化膜，减轻或消除表面挤压纹、划伤及其它缺陷，同时还可彻底清除 表面油污碱蚀好坏直接影响铝型材外观质量，因此碱蚀是阳极氧化前极为重要的工序碱蚀工艺为：30〜 100g/LNaOH, 15〜20g/L碱蚀剂，温度45〜65°C，时间1〜5min碱蚀剂的加入，能有效防止槽液 产生沉淀和结块，延长槽液使用寿命适当延长碱蚀时间（一般8〜15min ）还可获得哑光表面的铝型材， 这种处理通常称为碱性砂面1.3.4 化学抛光少量室内装饰铝型材需进行化学抛光，一般采用''三酸”工艺［7］三酸”抛光产生大量NOX黄色有害 气体（俗称''黄烟”），环境污染严重为了消除''黄烟〃，开发了以H2SO4—H3PO4为主体的两酸抛光 ［7］1.3.5 出光工艺为：15%〜30% （体积比）HNO3，室温，时间1〜3min也可用氧化槽废H2SO4代替HNO31.4 H2SO4阳极氧化［8］铝合金在H2SO4溶液中进行阳极氧化生成的氧化膜，白色透明，孔隙率高，着色性能好，特别适用 于铝型材的氧化处理。

H2SO4阳极氧化工艺如下：H2SO4150〜180g/L； Al3+<20g/L；温度20±2°C； 电流密度1.1〜1.5A/dm2；交流电压16〜18V；阳极极板纯铝板、铅板；时间25〜35min （依膜厚而 定）温度对氧化膜性能影响显著：温度过高，氧化膜耐磨性、耐蚀性降低，且成膜困难；温度过低，膜层 透明度降低，着色性能差，脆性增强，易开裂为控制温度20±2C，必须建立冷却循环系统1.5 着色主要有电解着色和化学着色化学着色是将经过阳极氧化的铝合金浸渍在含有染料的溶液中，由于氧 化膜多孔层的吸附作用，染料分子因此进入孔隙而显色，所以化学着色也称化学染色化学染色膜耐晒性、 耐候性不如电解着色，一般只用于室内装饰铝型材着色处理因此，铝型材主要采用电解着色，其方法是 在含有金属离子的溶液中，通过电流的作用，金属离子还原生成金属（或金属氧化物）沉积在氧化膜底部 由于沉积物对光的散射作用而呈现各种色彩1.5.1 锡盐、锡-镍盐电解着香槟色、黑色 最初的电解着色为锡盐、锡-镍盐电解着香槟色、黑色， 其工艺见表1一般情况下，同一锡盐或锡镍混合盐电解着色槽中，通过改变电压或着色时间，可以获得 包括香槟色—青铜色—咖啡色—古铜色—黑色等一系列由浅及深的颜色（通常称为青铜色系）。

其中锡镍 混合盐体系较单锡盐体系更易获得真黑色表1锡盐、锡镍混合盐电解着色工艺规范体系工艺条件锡盐锡-镍混合盐SnSO， g/L410〜155〜8NiSO ・ 6H0， g/L4 225〜35H SO， g/L2 415〜1818〜20硼酸，g/L20〜30稳定剂，g/L15〜2020〜25pH值1.0±0.11.0±0.1温度（°C）25±525±5电压（V）10〜1614〜17时间（min）2〜152〜151.5.2 单镍盐电解着仿不锈钢色 单镍盐电解着色技术研究较早，但由于该体系对槽液杂质敏感，其工业应用一度受到限制近年来通 过采用特殊的电流和槽液提纯回收系统，镍盐电解着色逐渐推广镍盐体系主要用来着仿不锈钢色等浅色调表 2 列出了镍盐着色的典型工艺表2单镍盐电解着色典型工艺着色方法 成份及工艺浅田法[9]直一交流法柱化法[10]Unicol 法[11]NiSO ・ 6H0，4 2g/L30100150±590硼酸，g/L30（导电盐）15040±540硫酸铵，g/L15（稳定剂） 10100酒石酸，g/L9pH值3. 5〜5.55.53.6〜4.2温度，C22〜2825±522〜2820〜30电流交流10〜18V先直流16V 2min极性反转直流直流脉冲时间0.5〜25 min后交流16V 2min2〜7 min1.5.3 电解着金黄色和钛金色金黄色电解着色以KMnO4体系为主，其工艺为：7〜12g/LKMnO4, 25〜35g/LH2SO4,添加剂 15〜25g/L,温度15〜40°C，交流电压7〜10V,时间2〜4min。

钛金色是一种类似黄金的色调，因而也称“K金色”其主要成份为亚硒酸，属剧毒物，且价格昂贵，较 少应用1.6 封闭 目前应用最普遍的封闭方法为常温封闭，该方法20世纪80年代兴起常用的封闭剂以氟—镍体系为主，其工艺为：Ni2+0.8~1.2g/L，F—0.4~0.6g/L，pH 值 5.5~6.5 温度 28±2°C，时间 8〜15 分 钟为了保证封闭质量，封闭槽液应采用去离子水配制封闭可以提高氧化膜的耐蚀性、耐候性及抗污染能力因此，封闭效果是衡量铝型材产品质量的一个 重要参数其质量要求为失重率不超过30mg/dm2 [12，13]2 阳极氧化-电泳处理[14] 阳极氧化-电泳处理，即阳极氧化后进行电泳涂漆，通常简称为电泳处理，最早于20世纪60年代在 日本开始采其保护层为阳极氧化膜和电泳涂层的复合膜（日本称为“复合氧化膜”），因此其耐候性优于 阳极氧化型材电泳型材外观华丽，但漆膜易划伤，目前其应用在亚洲尤其是日本较普遍2.1 电泳工艺流程工艺流程：脱脂一水洗一碱蚀一水洗一水洗一出光一水洗一水洗一阳极氧化一水洗一纯水洗一电解着 色一水洗一热纯水洗一冷纯水洗一电泳一RO1水洗一R02水洗一沥水一烘烤（180C，25〜30min）2.2 电泳设备 电泳设备主要包括电泳槽、循环系统、精制回收系统、电源、烘烤系统等（见图 3）。

2.3电泳涂料及复合膜铝型材电泳涂料主要成分为丙烯酸树脂，并以有机胺或无机碱为中和剂，固化剂为三聚氰胺甲醛树脂， 另外还包括颜料、溶剂、添加剂等成份初期主要是透明清漆，后来又开发了亚光（消光）漆、白色漆和 彩色漆目前，仍以透明清漆最为普遍，而亚光、彩色电泳则应用较少表3列出了市场上主要电泳型材 及其复合涂层的结构［15］表3电泳涂漆型材及其复合膜结构电泳 型材工艺复合膜断面图阳 极 氧 化电 解 着 色电泳涂漆清 漆亚 光白 色彩 色有光泽 银白色••亚光 银白色••有光泽 着色•••亚光 着色•••白色••彩色 透明••彩色•••3 粉末喷涂铝型材粉末涂料主要为热固性饱和聚酯，其颜色种类较多，可以根据用户需要更换粉末粉末涂层其局 部厚度应控制在40pm〜120pm之间粉末涂层坚固耐用，耐化学介质性能好，生产简单，在铝型材表 面处理中占有较大比重（约 35%），近年来在我国发展较快3.1 喷涂前处理铝型材喷涂前要进行化学前处理，使表面形成均匀的化学转化膜，以提高涂层的附着力和耐蚀性常用 工艺有：（1） 脱脂一水洗一碱蚀一水洗一出光一水洗一化学转化一水洗一水洗一烘干（60〜85°C）（2） “三合一”清洗一水洗一水洗一化学转化一水洗一水洗一烘干（60〜85C）化学转化处理分为铬化、磷铬化［16］及无铬化学处理［17］。

由于铬化膜的耐蚀性好，与漆层附着 力强，工艺稳定，应用较广但六价铬致癌，污染环境无铬化学氧化性能远不及铬化、磷铬化，其应用 受到一定限制3.2 粉末静电喷涂粉末静电喷涂是将喷枪头上的金属导流环接上高压负极，铝型材接地形成正极，当压缩空气将粉末从供 粉桶经输送管送至喷枪导流环时，负极产生电场放电而使粉末带上负电荷，在静电力和压缩空气的共同作 用下，粉末从枪口飞向铝型材并均匀地吸附于表面，经过加热，粉末熔解并流平固化成均匀的涂层，其工 艺流程如图4 4 氟碳漆喷涂 氟碳喷涂采用静电液相喷涂法，为了得到性能优良的涂层，一般采用二层、三层、四层工艺，其中以二层、三层工艺为主具体工艺流程为：化学前处理一底漆静电喷涂一流平一面漆静电喷涂一流平一罩光漆 静电喷涂一流平一烘烤固化氟碳涂料以聚偏二氟乙烯树脂（PVDF）为基料，加以金属粉合成，具有金属光泽氟碳涂层耐紫外线 辐射，其耐蚀性能优于粉末涂层，一般用于高档铝型材的表面处理5 木纹处理［18， 19］木纹处理 90 年代末开始引入我国，主要用于室内装饰型材的表面处理木纹处理目前主要采用转印法， 它是在经过粉末静电喷涂合格的铝型材表面贴上一层印有一定图案（木纹、大理石纹）。