鋁型材陽極氧化、電泳涂漆、粉末噴涂、氟碳漆噴涂及木紋處置 工藝進程 及成長

0 引言

鋁合金建筑型材是現今 門窗和幕墻主要的布局 材料，活著 界規(guī)模 內普遍 利用 ［1］。鋁合金擠壓型材（未經概況 處置 ）外不雅 單一，而且 在濕潤 年夜 氣中容易侵蝕 ［2］，因此 很難知足 建筑材料高裝潢 性和強耐侯的要求。為了提高裝潢 結果 、加強 抗侵蝕 性及耽誤 使用壽命，鋁型材一般都要進行概況 處置 。是以 ，概況 處置 是鋁合金建筑型材出產 的一道必不成 少且極其 主要 的工序。

鋁型材概況 處置 手藝 因道理 分歧 ，其工藝也有較年夜 區(qū)分 。按照 庇護 層的性質和工藝特點，鋁型材概況 處置 手藝 可分為陽極氧化處置 、陽極氧化-電泳處置 、有機涂層處置 三年夜 類［3］，此中 ，有機涂層處置 包羅 粉末噴涂、氟碳漆噴涂和木紋處置 （見圖1）。

1 陽極氧化處置

陽極氧化于20世紀50年月 利用 于鋁型材出產 ，是利用 最早也是今朝 利用 最普遍 的建筑鋁型材概況 處置 法。陽極氧化型材的凸起 特點是外不雅 金屬質感強。

1.1 陽極氧化工藝流程

陽極氧化工流程見圖2

1.2 機械預處置

機械預處置 主要有機械噴砂和機械拋光［4］。機械噴砂是獲得砂面型材的一個主要 路子 ，由鋁型材噴砂機完成。機械噴砂可能完全消除概況 缺點 和擠壓條紋，獲得 比化學砂面（堿蝕砂面）加倍 平均 的啞光概況 。別的 ，機械噴砂在出產 本錢 和環(huán)保上也具有較年夜 優(yōu)勢。

機械拋光是鋁型材拋光機長進 行的。將鋁型材有法則 地平放在工作臺上，通太高 速扭轉 的拋光輪與概況 觸壓和摩擦 ，使概況 滑膩 平整，直至到達 鏡面結果 。出產 中經常 用拋光來消除擠壓條紋，是以 ，這時候 又稱為“機械掃紋”［5］。

1.3 化學前處置

1.3.1 脫脂

工藝：200～300g/LH2SO4,室溫，時候 3～5min。

1.3.2 酸性砂面

酸性砂面工藝：60～100g/LNH4HF，15～20g/L不變 劑，10g/L增進 劑，pH值1～2，溫度45～55℃，時候 2～6min。酸性砂面易發(fā)生 年夜 量白色沉淀物，槽液需要輪回 過濾。廢水中F-濃度高，必需 進行凈化處置 。

酸性砂面處置 后需要進行短時候 的堿蝕處置 ，以除去吸附在鋁概況 的氟鋁酸鹽膜。酸性砂面臨 擠壓條紋有較強的袒護 能力，外不雅 細膩，質感強，在我國普遍 利用 。

1.3.3 堿蝕和堿性砂面

堿蝕的目的是除去鋁概況 天然 氧化膜，減輕或消除概況 擠壓紋、劃傷及其它缺點 ，同時還可完全 斷根 概況 油污。堿蝕黑白 直接影響鋁型材外不雅 質量，是以 堿蝕是陽極氧化前極其 主要 的工序。堿蝕工藝為：30～100g/LNaOH，15～20g/L堿蝕劑，溫度45～65℃，時候 1～5min。堿蝕劑的插手 ，能有用 避免 槽液發(fā)生 沉淀和結塊，耽誤 槽液使用壽命。恰當 耽誤 堿蝕時候 （一般8～15min）還可獲得啞光概況 的鋁型材，這類 處置 凡是 稱為堿性砂面。

1.3.4 化學拋光

少許 室內裝潢 鋁型材需進行化學拋光，一般采取 “三酸”工藝[7]。“三酸”拋光發(fā)生 年夜 量NOX黃色有害氣體（俗稱“黃煙”），情況 污染嚴重。為了消除“黃煙”，開辟 了以H2SO4—H3PO4為主體的兩酸拋光[7]。

1.3.5 出光

工藝為：15%～30%（體積比）HNO3，室溫，時候 1～3min。也可用氧化槽廢H2SO4取代 HNO3。

1.4 H2SO4陽極氧化［8］

鋁合金在H2SO4溶液中進行陽極氧化生成的氧化膜，白色透明，孔隙率高，著色機能 好，出格 合用 于鋁型材的氧化處置 。H2SO4陽極氧化工藝以下 ：H2SO4150～180g/L；Al3+≤20g/L；溫度20±2℃；電流密度1.1～1.5A/dm2；交換 電壓16～18V；陽極極板純鋁板、鉛板；時候 25～35min（依膜厚而定）。

溫度對氧化膜機能 影響顯著：溫渡過 高，氧化膜耐磨性、耐蝕性下降 ，且成膜堅苦 ；溫渡過 低，膜層透明度下降 ，著色機能 差，脆性加強 ，易開裂。為節(jié)制 溫度20±2℃，必需 成立 冷卻輪回 系統(tǒng)。

1.5 著色

主要有電解著色和化學著色?；瘜W著色是將顛末 陽極氧化的鋁合金浸漬在含有染料的溶液中，因為 氧化膜多孔層的吸附感化 ，染料份子 是以 進入孔隙而顯色，所以化學著色也稱化學染色?；瘜W染色膜耐曬性、耐候性不如電解著色，一般只用于室內裝潢 鋁型材著色處置 。是以 ，鋁型材主要采取 電解著色，其方式 是在含有金屬離子的溶液中，經由過程 電流的感化 ，金屬離子還原生成金屬（或金屬氧化物）沉積在氧化膜底部，因為 沉積物對光的散射感化 而顯現 各類 色采 。

1.5.1 錫鹽、錫-鎳鹽電解著噴鼻 檳色、黑色

最初的電解著色為錫鹽、錫-鎳鹽電解著噴鼻 檳色、黑色，其工藝見表1。一般情況下，統(tǒng)一 錫鹽或錫鎳夾雜 鹽電解著色槽中，經由過程 改變電壓或著色時候 ，可以獲得包羅 噴鼻 檳色—青銅色—咖啡色—古銅色—黑色等一系列由淺及深的色彩 （凡是 稱為青銅色系）。此中 錫鎳夾雜 鹽系統(tǒng) 較單錫鹽系統(tǒng) 更容易 獲得真黑色。

表1 錫鹽、錫鎳夾雜 鹽電解著色工藝規(guī)范

系統(tǒng) 工藝前提

錫鹽

錫-鎳夾雜 鹽

SnSO4， g/L

NiSO4·6H2O， g/L

H2SO4， g/L

硼酸， g/L

不變 劑， g/L

10～15

15～18

15～20

5～8

25～35

18～20

20～30

20～25

pH值

溫度（℃）

電壓 （V）

時候 （min）

1.0±0.1

25±5

10～16

2～15

1.0±0.1

25±5

14～17

2～15

1.5.2 單鎳鹽電解著仿不銹鋼色

單鎳鹽電解著色手藝 研究較早，但因為 該系統(tǒng) 對槽液雜質敏感，其工業(yè)利用 一度遭到 限制。最近幾年 來經由過程 采取 特別 的電流和槽液提純收受接管 系統(tǒng)，鎳鹽電解著色逐步 推行 。鎳鹽系統(tǒng) 主要用來著仿不銹鋼色等淡色 調。表2列出了鎳鹽著色的典型工藝。

表2 單鎳鹽電解著色典型工藝

著色方式

成份及工藝

淺田法［9］

直－交換 法

柱化法［10］

Unicol法［11］

NiSO4·6H2O， g/L

硼酸 ， g/L

硫酸銨 ， g/L

酒石酸 ， g/L

30

30

15

100

（導電鹽） 150

（不變 劑） 10

150±5

40±5

90

40

100

9

pH值

溫度 ， ℃

電流

時候

3.5～5.5

22～28

交換 10～18V

0.5～25 min

5.5

25±5

先直流16V　2min

后交換 16V　2min

3.6～4.2

22～28

極性反轉直流

20～30

直流脈沖

2～7 min

1.5.3 電解著金黃色和鈦金色

金黃色電解著色以KMnO4系統(tǒng) 為主，其工藝為：7～12g/LKMnO4，25～35g/LH2SO4，添加劑15～25g/L，溫度15～40℃，交換 電壓7～10V，時候 2～4min。

鈦金色是一種近似 黃金的色調，因此 也稱“K金色”。其主要成份為亞硒酸,屬劇毒物，且價錢 昂貴，較少利用 。

1.6 封鎖

今朝 利用 最普遍的封鎖 方式 為常溫封鎖 ，該方式 20世紀80年月 鼓起 。經常使用 的封鎖 劑以氟—鎳系統(tǒng) 為主，其工藝為：Ni2+0.8~1.2g/L，F－0.4~0.6g/L，pH值5.5~6.5溫度28±2℃，時候 8～15分鐘。為了包管 封鎖 質量，封鎖 槽液應采取 去離子水配制。

封鎖 可以提高氧化膜的耐蝕性、耐候性及抗污染能力。是以 ，封鎖 結果 是權衡 鋁型材產物 質量的一個主要 參數。其質量要求為掉 重率不跨越 30mg/dm2［12，13］。

2 陽極氧化-電泳處置 ［14］

陽極氧化-電泳處置 ，即陽極氧化落后 行電泳涂漆，凡是 簡稱為電泳處置 ，最早于20世紀60年月 在日本起頭 采。其庇護 層為陽極氧化膜和電泳涂層的復合膜（日本稱為“復合氧化膜”），是以 其耐候性優(yōu)于陽極氧化型材。電泳型材外不雅 富麗 ，但漆膜易劃傷，今朝 其利用 在亞洲特別 是日本較普遍。

2.1 電泳工藝流程

工藝流程：脫脂→水洗→堿蝕→水洗→水洗→出光→水洗→水洗→陽極氧化→水洗→純水洗→電解著色→水洗→熱純水洗→冷純水洗→電泳→RO1水洗→RO2水洗→瀝水→烘烤（180℃，25～30min）

2.2 電泳裝備

電泳裝備 主要包羅 電泳槽、輪回 系統(tǒng)、精制收受接管 系統(tǒng)、電源、烘烤系統(tǒng)等(見圖3)。

2.3 電泳涂料及復合膜

鋁型材電泳涂料主要成份 為丙烯酸樹脂，并以有機胺或無機堿為中和劑，固化劑為三聚氰胺甲醛樹脂，別的 還包羅 顏料、溶劑、添加劑等成份。早期 主如果 透明清漆，后來又開辟 了亞光（消光）漆、白色漆和彩色漆。今朝 ，仍以透明清漆最為普遍，而亞光、彩色電泳則利用 較少。表3列出了市場上主要電泳型材及其復合涂層的布局 [15]。

表3 電泳涂漆型材及其復合膜布局

電泳

型材

工 藝

復合膜斷面圖

陽極

氧化

電解

著色

電泳涂漆

清漆

亞光

白色

彩色

有光澤

雪白 色

●

●

亞光

雪白 色

●

●

有光澤

著色

●

●

●

亞光

著色

●

●

●

白色

●

●

彩色

透明

●

●

彩色

透明

●

●

●

3 粉末噴涂

鋁型材粉末涂料主要為熱固性飽和聚酯，其色彩 種類較多，可以按照 用戶需要改換 粉末。粉末涂層其局部厚度應節(jié)制 在40µm～120µm之間。粉末涂層堅忍 耐用，耐化學介質機能 好，出產 簡單，在鋁型材概況 處置 中據有 較年夜 比重（約35%），最近幾年 來在我國成長 較快。

3.1 噴涂前處置

鋁型材噴涂前要進行化學前處置 ，使概況 構成 平均 的化學轉化膜，以提高涂層的附出力 和耐蝕性。經常使用 工藝有：

（1）脫脂→水洗→堿蝕→水洗→出光→水洗→化學轉化→水洗→水洗→烘干（60～85℃）

（2）“三合一”清洗→水洗→水洗→化學轉化→水洗→水洗→烘干（60～85℃）

化學轉化處置 分為鉻化、磷鉻化［16］及無鉻化學處置 ［17］。因為 鉻化膜的耐蝕性好，與漆層附出力 強，工藝不變 ，利用 較廣。但六價鉻致癌，污染情況 。無鉻化學氧化機能 遠不及鉻化、磷鉻化，其利用 遭到 必然 限制。

3.2 粉末靜電噴涂

粉末靜電噴涂是將噴槍頭上的金屬導流環(huán)接上高壓負極，鋁型材接地構成 正極，當緊縮 空氣將粉末從供粉桶經輸送管送至噴槍導流環(huán)時，負極發(fā)生 電場放電而使粉末帶上負電荷，在靜電力和緊縮 空氣的配合 感化 下，粉末從槍口飛向鋁型材并平均 地吸附于概況 ，顛末 加熱，粉末熔解并流平固化成平均 的涂層，其工藝流程如圖4。

4 氟碳漆噴涂

氟碳噴涂采取 靜電液相噴涂法，為了獲得 機能 良好 的涂層，一般采取 二層、三層、四層工藝，此中 以二層、三層工藝為主。具體工藝流程為：化學前處置 →底漆靜電噴涂→流平→面漆靜電噴涂→流平→罩光漆靜電噴涂→流平→烘烤固化。

氟碳涂料以聚偏二氟乙烯樹脂（PVDF）為基料，加以金屬粉合成，具有金屬光澤。氟碳涂層耐紫外線輻射，其耐蝕機能 優(yōu)于粉末涂層，一般用于高級 鋁型材的概況 處置 。

5 木紋處置 ［18，19］

木紋處置 90年月 末起頭 引入我國，主要用于室內裝潢 型材的概況 處置 。木紋處置 今朝 主要采取 轉印法，它是在顛末 粉末靜電噴涂及格 的鋁型材概況 貼上一層印有必然 圖案（木紋、年夜 理石紋）的滲透膜，然后抽真空，使?jié)B透膜完全籠蓋 在鋁型材概況 ，再顛末 加熱，使?jié)B透膜上的油墨轉移，滲透 粉末涂層，從而使鋁型材概況 構成 與滲透膜上圖案完全一樣的外不雅 。木紋處置 是在粉末涂層長進 行的，是以 ，粉末涂層的籌辦 與粉末噴涂型材的出產 工序完全不異 ，只是所用粉末必需 與熱滲透膜匹配，不然 可能不容易 上紋，其膜厚宜節(jié)制 在60～90µm。

木紋處置 工藝流程為：

前處置 →粉末噴涂→烘烤→查驗 及格 →手工貼膜→抽真空→入爐加熱→出爐消除 真空→冷卻撕膜→查驗 包裝

抽真空時應公道 節(jié)制 真空度，太高 或太低 的真空度城市 造成無圖紋或圖紋恍惚 。轉印溫度宜節(jié)制 在175～195℃。溫度高，會呈現 色差、印斑等缺點 ，溫度太低，會造成圖紋恍惚 。

6 成長 趨向

今朝 ，鋁型材概況 處置 工藝相對成熟，其產物 也豐碩 多彩。與發(fā)財 國度 比擬 ，我國鋁型材概況 處置 仍有較年夜 差距，主要表示 出產 裝備落后，情況 污染嚴重，能耗高。是以 ，將來 一按時 期，鋁型材概況 處置 的成長 趨向 是開辟 并推行 潔凈 環(huán)保、高效節(jié)妙手 藝 ，其具體表示 為：

（1）噴涂前處置 的無鉻化學氧化工藝。當前的無鉻氧化槽液不變 性和膜層機能 仍很難知足 要求，需要進一步提高和完美 。

（2）環(huán)保型電解拋光手藝 。開辟 以有機醇為主要成份 的電解拋光工藝不單 有益 環(huán)保，而且拋光結果 比“傳統(tǒng)三酸”更好，成長 前程 被廣為看好。

（3）高速高效陽極氧化手藝 ［20］。經由過程 改變電流波形、槽液成份等，使成膜速度提高至1µm/min，其出產 效力 可提高約3倍。

（4）電解著色向多色采 化標的目的 成長 。為了出產 更多色彩 的陽極氧化型材，歐洲起頭 采取 多色化電解著色手藝 ［21］，即在統(tǒng)一 電解著色槽中可以獲得 紅、黃、藍、灰等多種色彩 。該手藝 已有益 用 ，但年夜 批量出產 主要為藍色、灰色鋁型材，其利用 仍需進一步研究。

（5）槽液閉路輪回 收受接管 手藝 和裝備[22]。陽極氧化出產 各工序采取 閉路輪回 收受接管 ，不單 可以實現低排放或零排放，還可提高槽液不變 性，下降 化學品耗損 。主要包羅 氧化槽液除鋁收受接管 硫酸；堿蝕槽分手 Al（OH）3收受接管 堿，鎳鹽電解著色收受接管 鎳并除去雜質，常溫封鎖 除沉淀和金屬雜質等。

（6）堅忍 耐劃、超強耐候性的電泳涂料。今朝 電泳漆存在容易呈現 劃痕的錯誤謬誤 ，在豐碩 電泳涂層外不雅 的同時，應開辟 堅忍 耐劃、耐候性更強的陽極電泳涂料。

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