C5 新型建筑装饰金属材料

新型建筑装饰金属材料第五章知识结构概述不锈钢铝及铝合金铝合金幕墙板铜和铜制品一、概述以各种金属作为建筑装饰树料，有着源远流长的历史。北京颐和园中的铜亭，山东泰山顶上的铜殿，云南昆明的金殿，西藏布达拉宫金碧辉煌的装饰等极大地赋予了古建筑独特的艺术魅力。在现代建筑中，金属材料更是以它独特的性能——耐腐、轻盈、高雅、光辉、质地、力度，赢得了建筑师的青睐。从高层建筑的金属铝门窗到围墙、栅栏、阳台、入口、柱面等，金属材料无所不在。金属材料从点缀已成熟至赋予建筑奇待的效果。如果说，世界著名的建筑埃菲尔铁塔是以它的结构特征，创造了举世无双的奇迹，那么法国蓬皮杜文化中心则是金属的技术与艺术有机结合的典范，创造了现代建筑史上独具一格的艺术佳作。概述我国三大铜亭：颐和园内铜亭，为清帝后祈福诵经之所，乾隆二十年（1755年）建成。通高7.55米，重四十一万四千斤（207吨），铜殿梁柱、斗拱、椽瓦、匾联等全部构件采用我国传统的“拨蜡法”与“沙法”铸造并烧制成，工艺繁杂，有很高的科学价值。概述概述云南昆明金殿主殿系黄铜铸造，熠熠生辉，耀眼夺目，故名之“金殿”金殿初建于明万历三十年(1602年)概述山东岱庙铜亭山东岱庙内的铜亭，铜亭的铜门窗被日本侵略者抢走。概述江山社稷金殿（故宫）国立蓬皮杜文化中心概述概述埃菲尔铁塔埃菲尔铁塔概述概述埃菲尔铁塔二、铝及铝合金（一）铝的特性

铝属于有色金属中的轻金属，外观呈银白色。铝的密度为2.78g/cm3，熔点为660℃，铝的导电性和导热性均很好。铝的化学性质很活泼，它和氧的亲和力很强，在空气中易生成一层氧化铝薄膜，从而起到了保护作用，具有一定的耐蚀性。但氧化铝薄膜的厚度仅0.1微米左右，因而与卤素元素(氯、溴、碘)、碱、强酸接触时，会发生化学反应而受到腐蚀。另外，铝的电极电位较低，如与电极电位高的金属接触并且有电解质存在时(如水汽等)会形成微电他，产生电化学腐蚀，所以使用铝制品时要避免与电极电位高的金属接触。铝具有良好的可塑性(伸长率可达50％)，可加工成管材、板材、薄壁空腹型材，还可压延成极薄的铝箔(6×10－3～25×10－3mm)，并具有权高的光、热反射比(87％～97％)，但铝的强度和硬度较低(屈服强度80～100MPa，HB＝200)。为提高铝的实用价值，常加入合金元素铝及铝合金（二）铝合金

通过在铝中添加镁、锰、铜、硅、锌等合金元素形成铝基合金以改变铝的某些性质，如同在碳素钢中添加一定量合金元素形成合金钢而改变碳素钢某些性质一样，往铝中加入适量合金元素则称为铝合金。铝合金既保持了铝质量轻的特性，同时，机械性能明显提高(屈服强度可达210～500MPa，抗拉强度可达380～550MPa)，因而大大提高了使用价值．不仅可用于建筑装修，还可用于结构方面。铝合金的主要缺点是弹性模量小(约为钢的1/3)、热膨胀系数大、耐热性低、焊接需采用惰性气体保护等焊接新技术。铝及铝合金（三）铝合金的分类、牌号和性能

铝合金可以按合金元素分为二元和三元铝合金。如A1—Mn合金、Al－Mg合金、Al—Mg—Si合金、A1—Cu—Mg合金、A1—Zn—Mg合金、Al－Zn—Mg—Cu合金。掺入的合金元素不同，铝合金的性能也不同，包括机械性能、加工性能、耐蚀性能和焊接性能。铝合金还可按加工方法分为铸造铝合金和变形铝合金。铸造铝合金的品种有铝硅、铝铜、铝镁、铝锌四个组，按照YBl43—75规定，铸造铝合金锭的牌号用汉字拼音字母“ZL”(铸铝)和三位数字组成．如ZL101称101号铸铝，三位数字中第一位数字(1～4)表示合金的组别，1表示铝硅合金，2代表铝铜合金，3代表铝镁合金，4代表铝锌合金，后面两位数字为顺序号，如ZL101为铝硅合金，ZL201为铝铜合金。铝及铝合金

变形铝合金是通过冲压，弯曲，辊轧等工艺使其组织、形状发生变化的铝合金根据热处理对其强度的不同影响，分为热处理非强化和热处理可强化两种，热处理非强化型，即不能用淬火的方法来提高其强度，如：铝－锰合金，铝－镁合金(我国通称防锈铝)；可热处理强化型，即能用热处理的办法来提高强度，如硬铝、超硬铝及锻铝等。建筑用铝合金主要是变形铝合金。各种变形铝合金的牌号分别用汉语拼音字母和顺序号表示，顺序号不直接表示合金元素的含量。如：LF--防锈铝合金(筒称防锈铝)；LY--硬铝合全(简称硬铝)LC--超硬铝合金(筒称超硬铝)；LD----锻铝合金(简称锻铝)LT——特殊铝合金．铝及铝合金

防锈铝有铝锰合金和铝镁合金两种。

常用防锈铝的牌号有：LF21，LF2,LF3，LF4，LF5，LFl1等，LF21为铝锰合金，其余都属于铝镁合金。LF21突出的性能是塑性好、耐腐蚀、焊接性优异。加锰后有一定的固溶强化作用。但高温强度较低。适用于受力不大的门窗、罩壳、民用五金、化工设备中。现代建筑中铝板幕墙采用的是该合金。铝镁合金的性能特点是抗蚀性好，疲劳强度高，低温性能良好，即随温度降低，抗拉强度、屈服强度、伸长率均有所提高，虽热处理不可强化，但冷作硬化后具有较高强度。常将其制作成各种波形的板材，它具有质轻、耐用、美观、耐久等特点。适用于建筑物的外墙和屋面，也可用于工业与民用建筑的非承重外挂板。铝及铝合金

常用硬铝有11个牌号，LYl2是硬铝的典型产品。常用超硬铝有8个牌号，LC9是该合金中应用较早较广的合金牌号。锻铝的典型牌号为LD30和LD31，分别相当于国际上流行的6061和6063合金牌号。Al—Mg—Si系合金是目前各国制作铝合金门窗、幕墙等建筑装饰材料最主要的合金品种。最常用的为LD30和LD31。LD30合金的特点是，中等强度，有良好的塑性，优良的可焊性和耐蚀性，特别是无应力腐蚀开裂倾向。LD31合金除热处理强化后具有中等强度外，冲击韧性高，有极好的热塑性，可以高速挤压成结构复杂、薄壁、中空的各种型材。焊接性和耐蚀性优良，无应力腐蚀开裂倾向，加工后表面十分光洁且易阳极氧化和着色。

铝及铝合金（四）铝合金型材的加工

建筑铝合金型材的生产方法可分为压挤和轧制两大类。由于建筑铝合金型材的品种规格繁多，断面形状复杂，尺寸和表裹面要求严格。因此，它和钢铁材料不同，在国内外的生产中，绝大多数采用挤压方法，仅在生产批量较大、尺寸在表面要求较低的中、小规格的棒材和断面形状简单的型材时，才采用轧制方法。因此，只对挤压生产工艺作一般介绍。生产建筑铝合金型材主要采用正挤压法，但有时也采用反挤压法。冷轧坯料热轧坯料铝及铝合金(1)正挤压法

正挤压法是目前挤压生产中应用最广的一种方法．挤压过程见图：挤压时，将铸锭3放入挤压筒1中．在挤压轴2的压力作用下，沿金属模孔4而流出，得到与模孔尺寸形状相同的挤压制品5。铝及铝合金正挤压法的主要特点是在挤压过程中，挤压筒固定不动，铸锭在挤压轴压力作用下，沿挤压筒内壁移动，压出金属的流动方向与挤压轴的运动方向相同，故称正挤压或正向挤压。正挤压法优点很多，灵活性大，可用此法生产各种挤压制品，在设备结构，工具装配和生产操作等方面也都较其他挤压方法简单。

正挤压法的主要缺点是在挤压过程中，由于铸锭在挤压筒内移动而引起了很大的摩擦阻力，使金属流动不均匀，增加了制品组织和性能的不均匀性，几何废料较多，而且在相同挤压条件下，采用正挤压法所需的挤压力要比反挤压法约高30％～40％。铝及铝合金(2)反挤压法

反挤压法的主要特点是在挤压过程中，铸锭与挤压筒之间无相对运动，从而改变了在挤压筒中金属流动的力学条件，降低了变形的不均匀性，减低了所需的挤压力。

在现代挤压机上实现反挤压的方法主要有带堵头的和采用双挤压轴的两种，其挤压过程：

当采用带堵头的挤压法时，空心挤压轴5固定不动，堵头3在挤压机主缸压力作用下，推动挤压筒2和铸锭1同时前进，迫使金属从模孔4沿着与空心挤压轴5相反的方向流出(如图)，故称反挤压或反向挤压。

铝及铝合金

当采用带双挤压轴的反挤压法时，空心挤压轴5固定不动，铸锭1在挤压轴7的压力作用下，与挤压筒2同时前进，金属从模孔4中沿着与空心挤压轴5相反的方向流出(如图b)．铝及铝合金反挤压法的优点：变形区靠近模孔附近，所需挤压力小，挤压速度高，金属流动均匀，制品的组织和性能均匀，可减少甚至消除粗晶环缺陷，几何废料少等。

反挤压法的主要缺点：需要采用带有长行程挤压筒的挤压机，制品的表面质量欠佳，所能挤压制品的规格尺寸有限等。

反挤压法虽然优点很多，但由于受到设备条件(如挤压筒行程长度和压型咀结构等)及分离残料困难等因章的限制，故在工业生产中采用较少，但近年来．随着生产技术的发展和设备结构的改进，在实际生产中反挤压法又有所发展。铝及铝合金（五）铝合金型材的表面处理

阳极氧化处理：

通过控制氧化条件及工艺参数，使在铝型材表面形成比自然氧化膜(厚度小于0.1um)厚得多的氧化膜层(5～20um)，为进一步着色创造了条件，并进行“封孔”处理，以达到提高表面硬度、耐磨性、耐蚀性等的目的。

阴极2H+十2e－→H2↑

阳极2Al+3[O]→A12O3+热量

铝及铝合金

阳极氧化膜的结构在电镜下观察是由内层和外层组成的。内层薄而致密，成分为无水Al2O3，称为活性层；外层呈多孔状，由非晶型Al2O3及少量γ—A1203·H20组成，它的硬度比活性层低，厚度却大得多。这是因为硫酸电解液中的H＋，SO42-，HSO4－离子会浸入膜层而使其局部溶解，从而形成了大量小孔，使直流电得以通过，氧化膜层继续向纵深发展，在氧化膜沿深度增长的同时，形成一种定向的针孔结构，断面呈六棱体蜂窝结构，氧化膜厚度因用途不同而异，一般5～20微米。铝及铝合金表面着色处理：

经中和水洗（中和也叫出光或光化。其目的在于用酸性溶液除去挂灰或残留碱液，以获得光亮的金属表面。中和处理后应进行认真的水洗工作，以防清洁的表面受到污染）或阳极氧化后的铝型村，可以进行表面着色处理。

着色方法有：自然着色法、金属盐电解着色法(简称着色法)、化学浸渍着色法、涂漆往和无公害处理法等．

几种着色方法中最常用的是自然着色法(美国和西欧普及)和电解着色法(日本和加拿大普及)。铝及铝合金(1)自然着色法

铝材在特定的电解液和电解条件下进行阳极氧化的同时而产生着色的方法叫自然着色法。

国外按着色原因的不同又分为合金着色法和溶液着色法

合金着色法靠控制铝材中合金元素及其含量和热处理条件来控制着色。不同的铝合金由于所含的合金成分及含量的不同，在常规硫酸及其他有机酸溶液中阳极氧化所生成的膜的颜色也不同，实际生产中自然着色法是合金着色法的综合。既要控制合金成分，又要控制电解液成分和电解条件。铝及铝合金（2）电解着色法

对在常规硫酸浴中生成的氧化膜进行进一步电解，使电解液中所含金属盐的金属阳离子沉积到氧化膜孔底而着色的方法叫电解着色法。

电解着色从本质上说也就是电镀，是把金属盐溶液中的金属离子通过电解沉积到铝阳极氧化膜针孔底部，光线在这些金属粒子上漫射，就使氧化膜呈现颜色。由于前处理，阳极氧化及电解着色条件的不同，电解析出的金属及其粒度和分布状态也有差异，从而就出现不同的颜色，获得从青铜色系、褐色系以至红、青、绿等原色的着色氧化膜。铝及铝合金(3).封孔处理

铝合金经阳极氧化、着色后的膜层为多孔状，具有很强的吸附能力，容易吸附有害物质而被污染或早期腐蚀，既影响外观又影响使用。因此，在使用之前应采取一定方法，将多孔膜层加以封闭，使之丧失吸附能力，从而提高氧化膜的防污染性和耐蚀性，这些处理过程称之为封孔处理。

（1）水合封孔

水合封孔包括沸水封孔和常压或高压蒸汽封孔。其原理是高温下水与氧化膜发生水合反应，生成了Al2O3·H20，因其密度小于A12O3而体积增大，堵塞了氧化膜孔隙，达到了封孔的目的。（2）金属盐溶液封孔

利用在金属盐溶液中发生氧化膜的水化反应，同时存在着盐类水解生成氢氧化物在膜孔中沉淀析出而使膜孔封闭，故也叫沉淀封孔。

（3）有机涂层封孔

在铝合金表面涂敷封孔涂料，既有效地提高了膜层的耐蚀性、防污染性外观的装饰性，应用较广的是电泳法和浸渍法铝及铝合金（六）铝合金型材的质量参数

每批型材均必须检验化学成分、尺寸偏差、外观质量、力学性能、膜厚、封孔质量及颜色和色差等7个必检项目;当用户提出要求时,要检验耐蚀性,耐磨性和耐侯性。化学成分：

标准规定型材的化学成分应符合ＧＢ/Ｔ3190的规定。

合金成分的测定是由化学分析方法完成的。

化学成分的测定一般在熔铸阶段由生产厂完成,铝型材出厂时应附有一份材质单。铝及铝合金壁厚和尺寸偏差：为了提高建筑型材制品的安全性,在新标准中规定门窗用的受力杆件型材的壁厚应不小于1.2ｍｍ,幕墙用的受力杆件型材的壁厚应不小于3.0ｍｍ。尺寸偏差规定了9个检查项目,即截面尺寸、平面间隙、曲面间隙、弯曲度、扭拧度、圆角半径、长度、端头切斜度和角度。铝及铝合金力学性能：

力学性能是型材的重要质量参数之一,它主要取决于合金成分和热处理效果。力学性能的测定方法有三种,分别是拉伸试验(ＧＢ228)、维氏硬度试验(ＧＢ4140)和韦氏硬度试验(ASTMB647、YS/Ｔ××)。标准中规定三项试验只做其中任意一种即可,仲裁时以拉伸试验为准。铝及铝合金外观质量：新标准规定型材表面应清洁,不许有裂纹、起皮、腐蚀和气泡等缺陷。氧化膜厚度：氧化膜厚度用微米(μｍ)表示。新标准规定的膜厚级别如表所示。铝及铝合金铝及铝合金封孔质量

将具有规定面积的试样放到磷铬酸溶液中,停放规定的时间,取出后干燥,称量重量的损失。标准规定,重量损失小于30mg/dm2为合格。它的依据是封孔良好的氧化膜经得起酸液的浸泡而重量损失很小着色型材的颜色和色差：经阳极氧化和电解着色或有机着色的型材,其氧化膜的颜色和色差应符合供需双方商的实物标样。耐蚀性耐磨性耐候性（七）建筑装饰铝合金制品主要是铝合金门窗、铝合金幕墙、铝合金装饰板、铝合金龙骨以及室内各种装饰配件等。铝及铝合金铝合金门窗的特性：

强度及抗风压力较高铝合金门窗能承受较大的挤推力和风压力，其杭风压能力为1500一3500Pa，且变形较小。质量轻铝合金门窗用材省、质量轻，每平方米门窗用量只有8～12kg。钢门窗耗用钢材重量平均为17～20kg)，较钢木门窗轻50％左右。保温性较好

铝合金门窗的密封性高，空气渗透量小。密封性好：铝合金门窗采用了高级密封材料，因而具有良好的气密性、水密性和隔声性。铝及铝合金耐久性高

铝台金门窗不锈蚀，不退色，使用寿命长。氧化膜厚度等级为AAl0，AAl5的适用于一般环境条件；AA20，AA25适用于大气污染条件恶劣的环境或需要耐磨的环境。色泽美观、装饰性好

铝合金门窗的表面光洁，具有银白、古铜、黄金、暗灰、黑等颜色，质感好，装饰性好。三、铝合金幕墙板

铝合金幕墙板的种类主要有铝塑复合板、单层铝板和蜂巢复合铝板。铝塑复合板：又名铝塑板，是由铝板作为表层，以聚乙烯（PE）或聚氯乙烯（PVC）作为芯层或底层经过加工复合（以热复合为优）而成。双面铝塑板的厚度有3,4,6mm，每层铝板厚度不小于0.5mm。单面铝塑板厚度为3mm左右，其中铝板厚度不小于0.2mm。铝塑板的规格主要为1220mm×2440mm。铝合金幕墙板铝合金幕墙板

单面铝塑板不能用于幕墙装饰，主要用于室内墙面、顶棚装饰及广告标牌等饰面。作为幕墙的铝塑板常用厚度为4～6mm，追究以夹聚乙烯塑料为优，采用氟碳烤漆进行表面处理后具有不吸附灰尘的自洁性，外观光洁平整，价格适中，可保持20年不褪色。铝塑板外墙铝合金幕墙板四、不锈钢

在普通钢材基体中添加多种元素或在基体表面上进行艺术处理，可使普通钢材仍不失为一种金属感强、美观大方的装饰材料。在现代建筑装饰中，愈来愈受到关注。常用的装饰钢材有不锈钢及制品、彩色涂层钢板、徐色镀锌钢板、建筑压型钢板、轻钢龙骨等。

实践证明：向钢材中加入铬，由于铬的性质比铁活泼，铬首先与环境中的氧化合，生成一层与钢材基体牢固结合的致密的氧化膜层，称为钝化膜，它使钢材得到保护，不致锈蚀，这就是所谓的不锈钢。不锈钢

不锈钢膨胀系数大，约为碳钢的1.3～1.5倍，但导热系数只有碳钢的1/3，不锈钢韧性及延展性均较好，常温下亦可加工。值得强调的是，不锈钢的耐蚀性强是诸多性质中最显著的特性之一。但由于所加元素的不同．耐蚀性也表现不同，例如，只加入单一的合金元素铬的不锈钢在氧化性介质(水蒸气、大气、海水、氧化性酸)中有较好的耐蚀性，而在非氧化性介质(盐酸、硫酸、碱溶液)中耐蚀性很低。镍铬不锈钢由于加入了镍元素，而镍对非氧化性介质有很强的抗蚀力，因此镍铬不锈钢的耐蚀性更佳。不锈钢另一显著特性是表面光泽性，不锈钢经表面精饰加工后，可以获得镜面般光亮平滑的效果，光反射比达90％以上，具有良好的装饰性，为极富现代气息的装饰材料。不锈钢不锈钢装饰，是近几年来较流行的一种建筑装饰方法。短短几年中，已超出旅游宾馆和大型百货商店的范畴，出现在许多中小型商店，并且已从小型不锈钢五金装饰件和不锈钢建筑雕塑的范畴，扩展到用于普通建筑装饰工程之中，如不锈钢用于柱面、栏杆、扶手装饰等。不锈钢包柱就是将不锈钢板进行技术和艺术处理后广泛用于建筑柱面的一种装饰。

不锈钢包柱的主要工艺过程：混凝土柱的成型，柱面的修整，不锈钢板的安装、定位、焊接、打磨修光。由于不锈钢的高反射性及金属质地的强烈时代感，与周围环境中的各种色彩、景物交相辉映，对空间效应起到了强化、点缀和烘托的作用，成为现代高档建筑柱面装饰的流行材料之一，广泛用于大型商店、旅游宾馆、餐馆的入口、门厅、中庭等处，在豪华的通高大厅及四季厅之中也非常普遍。不锈钢不锈钢装饰制品除板材外，还有管材、型材，如各种弯头规格的不锈钢楼梯扶手，以它轻巧、精制、线条流畅展示了优美的空间造型，使周围环境得到了升华。不锈钢自动门、转门、拉手、五金与晶莹剔透的玻璃．使建筑达到了尽善尽美的境地。不锈钢龙骨是近几年才开始应用的，其刚度高于铝合金龙