轻量化演讲嘉宾-4号下午

轻金属结构材料Mg，Al，Ti中，铝的密度（单位体积的质量）和比强度（强度与密度之比），均处于中间的位置。但是铝却是有色金属中应用范围最广阔，经济效应最高，而且表面处理技术又最成熟和有效的金属材料。表1

轻金属的密度和比强度与钢的比较金属MgAlTi铁高强钢密度1.742.74.57.877.8比强度162129-231.铝的表面处理及其膜层名称性能特性应用功能性膜层装饰性能外观颜色阳极氧化铝合金光学性能光泽度镜面反射板光选择吸收性能选择吸收膜机械性能耐磨性硬质阳极氧化膜润滑性物理性能硬度多孔性各种功能膜的基础热性能热放射性远红外线放射膜层热传导性化学性能抗菌性抗菌氧化膜耐蚀性建筑铝型材电学性能诱电性绝缘性导电性电线电缆其他难燃性1.铝的表面处理及其膜层性能表1

铝合金阳极氧化膜的特性及应用实例1.铝的表面处理及其膜层表2铝的表面处理方式及膜层类型膜层类型表面处理方式阳极氧化膜阳极氧化处理+封孔阳极氧化处理+电解

或有机染色+封孔微弧氧化膜微弧氧化抑弧氧化处理(亦称无火化微弧氧化)阳极氧化复合膜阳极氧化处理+电泳涂漆（水溶性清漆和色漆）粉末静电喷涂膜化学转化处理+静电粉末喷涂(聚酯树脂,环氧树脂等)阳极氧化处理+静电粉末喷涂液相漆喷涂膜化学转化处理+静电氟碳漆喷涂化学转化处理+静电丙烯酸漆喷涂镀金属膜电镀金属膜(Ni,Cr等)化学镀金属膜2.各类铝表面处理膜层的特点2.1阳极氧化膜2.2微弧氧化膜2.3阳极氧化复合膜（简称复合膜）2.4有机聚合物喷涂膜（含辊涂膜）2.5金属镀层2.1阳极氧化膜阳极氧化处理是铝合金经常采用的表面处理

。保护和装饰用铝阳极氧化膜一般是10μm以上的多孔型阳极氧化膜，其孔隙率一般为11~13%，其结构由多孔层（取决于通过的电量）和阻挡层（紧贴于铝表面极薄层）两部分组成，属非晶态氧化膜。可电解

和染色，必须封孔处理以保持氧化膜的保护性。阳极氧化膜有普通阳极氧化膜和硬质阳极氧化膜，其硬度分别为300Hv和500Hv。2.2微弧氧化膜微弧氧化又称等离子体微弧氧化,等离子体陶瓷化或电火花放电沉积技术，顾名思议是在高外加电压下，使原来的非晶态的氧化膜在微弧作用下发生相和结构的转变，生成结晶态的βαAl2O3和γAl2O3。微弧氧化膜特点是低孔隙率(<4%),高硬度(>Hv1000)和高耐磨性。但是不能象普通阳极氧化膜那样，而且能耗很高。为了降低电能消耗，发展了无火花微弧氧化。通常微弧氧化膜表面有一定厚度的疏松层，使用之前应该除去。2.3阳极氧化复合膜（简称复合膜）复合膜包括阳极氧化膜和电泳涂漆膜两层，通常兼具阳极氧

化膜和有机聚合物膜（一般采用丙烯酸树脂）的双重优点。

其硬度高、耐磨性好、耐腐蚀性强，漆膜附着性好，不仅具备表面有机化合物膜优异的耐腐蚀性，而且具有十分优异的

耐膜下丝状腐蚀性能，建筑铝合金门窗已经广泛应用复合膜。其工艺特点不仅可以相当精确控制电泳漆膜的厚度，而且漆膜厚度（一般为10μｍ以上）的分布非常均匀，可以均匀覆盖在铝合金阳极氧化膜上的所有位置。。2.4有机聚合物喷涂膜（含辊涂膜）建筑和装饰用铝及铝合金有机聚合物喷涂膜主要有粉末喷涂

膜（根据需要采用环氧树脂或聚酯树脂）、氟碳漆喷涂膜等，其色彩丰富而且工艺简单。为了保证有机聚合物膜对于基体

铝合金的附着性和提高膜层下的耐腐蚀性，一般在喷涂处理

前需要对铝及铝合金制品进行铬酸盐化学转化处理，化学转化膜很薄（有时也采用阳极氧化膜做底层），而表面的有机

聚合物膜比较厚(一般高于60μm)。鉴于六价铬离子对于环境的巨大

危害，应积极开发无铬转化处理。无铬化学转化处理包括锆钛系、

有机硅烷等，但是目前的无铬化

学转化处理的工艺性能和膜层性

能均不如铬酸盐处理。2.5金属镀层金属镀层包括电镀层

和化学镀层。电镀是一项传统的表面处理工艺，化学镀也有相当长的工业化历程。铝合金的金属镀层，如镀Ni，镀Cr都比较成功用于工业实践。但是铝合金上金属镀层远比钢或铜上

，应关注镀层的附着性（结合力）。3.选择铝合金表面处理膜层的考虑因素环境类型不同环境类型的膜层选择3.1

环境类型从不同表面处理膜层的特点出发,按照使用环境类型和服役条件的化学因素和机械因素,

考虑在使用环境中的膜层的性能下降，不致使产品腐蚀和影响产品的外观，为此在选择膜层类型之前，应先确定使用区域的环境类型，我国GB/T 15957-1995《大气环境腐蚀性分类》将大气类型分为工业大气、城市大气、海洋大气和乡村大气四大类，并按湿度分为潮湿型环境、普通型环境和干燥型环境。也就是说，应该考虑环境的温度，湿度，辐照，污染，以及冷热交替和干湿交替等状况，还要注意使用中的液体冲刷，固体颗粒的冲击等因素，对于使用状态和条件作出全面判断。在选择有机聚合物膜时，还应该特别考虑大气的紫外线辐照强度的影响。腐蚀等级腐蚀程度环境条件室外室内C1非常低非常低污染和低湿度的寒冷干燥气氛，如某些沙漠、北极与南极中心低污染低相对湿度的可烘暖空间，如

、商店、学校、宾馆、博物馆C2低低污染（SO2<5μg/m3）温带环境，如：农村、小城镇；低污染和低湿度的寒冷或干燥气氛，如沙漠、亚北极区域温度和相对湿度变化较大，低污染且冷凝频次低的不供暖区域，如仓库、体育馆C3中等中污染（SO2：5

-30

μg/m3）的温带环境或者某些受氯化物轻微影响的地域，如城市和工业地区低氯化物沉积的海滨地区、低污染的热带及亚热带地区、具有一定冷凝频次和污染的空间，如：

、洗衣店、酿酒厂、牛奶厂C4高高污染的温带环境（SO2：30-90μ

g/m3）或某些受氯化物影响的地域，如被污染的城市、工业区域、没有盐雾或者融冰盐强影响的滨海地区、中度污染的热带和

带区域高冷凝频次和高污染的空间，如化工厂、游泳池、海船、造船厂C5很高严重污染的热带或

带地区（SO2：90-250μ

g/m3），或受氯化物严重影响的地域，如工业区域、海滨地区、海岸线地域非常高冷凝频次和严重污染的空间，如矿山、工业用洞窟、热带和

带地区不透气的工棚C6极高污染的热带及

带（长时间润湿）环境（SO2>250μg/m3）包括某些伴生因素及工业要求或受氯化物严重侵蚀地区，如

工业地区海滨及近海地区、偶尔受盐雾影响地域冷凝持续不断的或者很长时间内受

湿影响且高污染的空间。如室外污染物（空气中的氯化物及能、

加速腐蚀的物质颗粒）可渗入室内的潮湿热带地区的不通风的工棚3.1

环境类型表3

国际标准化组织对环境的分类3.2

不同环境类型的膜层选择阳极氧化膜、复合膜、粉末喷涂膜、氟碳漆喷涂膜和丙烯酸漆喷涂膜都具有一定的保护和装饰功能，适用于铝合金建筑结构部件和车辆部件等使用，但由于不同膜层的性能有一定差异，因此应根据不同的使用环境条件选择相适用的膜层。除了膜层类型选择外，还要根据不同环境考虑膜层厚度，工艺程序（如阳极氧化膜的和封孔等），有机涂层的树脂品质等。1.1工业和城市环境阳极氧化膜阳极氧化膜表面由于空气中酸性物质而容易出现性能现象，污染严重的工业区域损害尤其突出，高温和干湿交替的大气环境也会加速其性能。因此，工业和城市污染严重且温差较大的潮湿环境应选择高膜厚级别的阳极氧化膜，对于工业和城市污染严重且温差较大的干燥环境宜选择高膜厚级别的热封孔阳极氧化膜。（2）复合膜

复合膜由于铝阳极氧化膜的存在，金属基体不易受到机械损伤，且不容易产生膜下丝状腐蚀。其表面也是有机聚合物膜，只是喷涂常采用聚酯树脂，而电泳漆膜是丙烯酸树脂。工业和城市污染严重的环境宜选择高质量等级的阳极氧化复合膜。（3）喷涂膜（含辊涂膜）喷涂膜由于空气中酸性物质的存在而容易出现性能 现象，污染严重的工业区域损害更为突出。长时间处于湿热的环境下会加速水和有害离子对有机膜的渗透。机械损伤也会加速膜层在工业和城市环境中的侵蚀，而且应该关注膜下的丝状腐蚀。因此，工业和城市污染较为严重的潮湿热带环境，宜选择高质量等级喷涂膜，如高耐候性粉末喷涂膜或氟碳漆喷涂膜。3.2.2

海洋环境1阳极氧化膜在没有酸性污染的环境条件下，阳极氧化膜具有良好的耐盐水盐雾性能。如果酸性环境条件导致氧化膜局部溶解，那末氯离子会加速铝基材的侵蚀。温差大的海洋环境地区宜选择高膜厚级别的阳极氧化膜。2复合膜综上所述复合膜不易受到伤及金属基体的机械损伤，也不容易产生膜下丝状腐蚀，而且有表面有机聚合物的保护，明显提高海洋环境的耐腐蚀性。为此复合膜适用于海洋环境。3喷涂膜海洋环境中存在着氯离子，氯离子逐渐渗透到铝基体表面导致膜层性能 。长时间处于湿热环境，并存在其他离子会提高膜层的渗透性，机械损伤更会加速氯离子对基材的侵蚀。因此，潮湿的热带海洋环境宜选择高质量等级喷涂膜，如高耐候性粉末膜喷涂膜或氟碳漆喷涂膜。3.2.3乡村环境乡村环境大气环境条件好，不存在海洋环境中的氯离子侵蚀以及工业和城市环境污染的影响，因此各类膜层都可选用。但是对于温差大且干燥的乡村环境，不

高膜厚等级的中温或常温封孔的阳极氧化膜，对于紫外辐射强的乡村环境宜选用银白阳极氧化膜、电解阳极氧化膜、高耐候复合膜、高耐候粉末喷涂膜或氟碳漆喷涂膜，不建议选用染色阳极氧化膜和普通有机聚合物膜。4.铝合金表面处理膜层的性能和监测方