专业幕墙培训铝铝合金型材的表面处理及性能

铝合金型材的表面处理方法及特性当裸露不经表面处理的铝暴露于空气中，在其表面上立即形成一层薄的保护膜，这层自然生成的膜能够抑制腐蚀，而当这层膜被损坏时，能很快愈合。但是在长期风化影响下，这层膜被蚀透，并且使铝的表面逐渐地变粗糙、变暗、成麻坑或出现白色粉末等现象。这对于建筑门窗需要良好的外观是不允许的，而且，自然氧化膜很薄，仅0.001～0.003μ厚，其质地较软极易划伤。因此，必须采取表面处理（见图1）。表面处理的作用。1）提高了表面耐腐蚀性能，保持表面光泽不易划伤。2）提高了表面耐腐蚀性能。3）使型材表面有坚固的抗风化性能，保持型材表面的美观。4）满足建筑艺术色彩的要求，能提供长期耐久有魅力的外观（如图1）。图11--阳极氧化工艺过程：表面予处理阳极氧化沸水封孔1.1表面予处理为了获得良好性能氧化铝薄膜而进行的表面予处理过程叫表面予处理。1.1.1一般工艺脱脂水洗碱蚀洗一次水洗二次水洗中和水洗1.1.2脱脂种类：有机溶剂脱脂（汽油、酒精、丙酮）表面活性剂脱脂（肥皂、合成洗涤剂）。碱性溶液脱脂（磷酸钠、氢氧化钠）。酸性溶液脱脂。电解脱脂。主要工艺见表4。1.1.3碱蚀洗碱蚀洗是铝制品在添加或不添加其它物质的氢氧化钠溶液中进行表面清洗的过程，通常也称为碱洗。机理：AL203+2NaOH≒2NaALO2+H2O同时：2AL+2NaOH+2H2O→2NaALO2+2H2↑阳极：AL+4OH-→ALO2+2H2O+3e阴极：2H2O+2e→H2+OH–碱洗溶液组成往往根据铝制品的用途来确定，氢氧化钠浓度一般为4～10%，最多不超过15%，溶液的控制温度为40～90℃。建材：55～60℃。1.1.4中和建筑型材的生产大量采用LD31合金。该合金不含铜和难溶的氧化物，该合金不含铜和难溶的氧化物蚀洗的其表面的挂灰，可用非氧化性的稀H2SO4除去。出光效果好。中和处理后的制品经水清洗就可进行氧化处理，所以这道清洗应特别认真。1.2定义及原理定义：以铝或铝合金制品为阳极置于电解质溶液中，利用电解作用，使其表面形成氧化铝薄膜的过程，称为铝及铝合金阳极氧化处理。原理：实质是水电解的原理。当电流通过时，将发生以下的反应：在阴极上，放出H2：2H++2e→H2↑在阳极上：4OH－4e→2H2O+O2↑作为阳极的铝合金表面被析出的氧所氧化,形成无水的AL203膜。4AL+3O2=2AL203+3351J（图2）型材 H2阴极板———O21.2.2氧阳极氧化的种类按电流分：直流电阳极氧化。交流电阳极氧化。脉冲电流阳极氧化。按电解溶液分：硫酸按膜层性质分：普通膜草酸硬质膜铬酸瓷质膜混合酸光亮修饰层磺基有机酸半导体作用阻挡层1.2.3其中以直流电硫酸阳极氧化法最常用。优点：它适合铝和大部分铝合金的阳极氧化处理；膜层较厚，硬而耐磨，封孔后可获得更好的抗蚀性；膜层无色透明，吸附能力强极易着色；处理电压较小，耗电少；处理过程不必改变电压周期，有利于连续生产和实现操作自动化，硫酸对人身的危害较铬酸小，货源广，价格低等优点。1.2.4阳极氧化膜的计算σ=KItσ—阳极氧化膜厚度μmK系数（取0.311）I电流密度A/dm2t氧化时间min1.2.5影响氧化膜生长和质量因素温度。电解液温度升高，膜的溶解速度呈抛物线形式增加。电流密度。电流密度的增加，制品表面生成铝氧化膜，厚度都有增加。3）电解液成份及其浓度。硫酸浓度对氧化膜的厚度的影响不大。4）时间随着阳极氧化时间的延长，氧化膜厚度增加。槽液的浓度、温度、电压、电流、时间是阳极氧化技术的关键。另外水洗时水一定要经过循环处理。1.2.6建筑铝型材的阳极氧化工艺阳极氧化膜厚度:AA15级。电流液成分:H2SO410～30%±2%15±2%(最佳值)铝离子含量:20g/L以下5g/L以下(最佳值)溶液温度:15～20℃1±1℃(最佳值)电流密度:DC0.6～1.3A/dm21.3±5%A+dm2(最佳值)时间:按膜厚确定TD31:30—10min(最佳值)60—28min(最佳值)电压：设值±2V16V(最佳值)2--电解着色2.1将阳极氧化的铝制品置于无机盐电解质溶液中进行。电解溶液中的金属离子渗到膜孔隙底部还原沉积而使膜层着色的方法，称为电解着色法。也称二次电解法（如图2见下页）。2.2工艺表面予处理直流电硫酸阳极氧化电解着色沸水封孔或电泳涂浸图2着色工艺：在金属盐溶液（PH值0.5～7、金属盐浓度1～100g/升、室温）中交流电解（电压倒5～30V，电流密度0.2～0.8A/dm2交流电频率50HZ，对应电极易采用与着色金属离子相同的材料，可用钛、不锈钢、石墨）1～15min。所着颜色与选用的金属盐有关，同一种颜色色调的深浅与电解时间有关。亚锡盐SnSO4·SnCL2琥珀、青铜色。铜盐CuSO4·5H2OCu(AC)2红茶色。镍盐NiSO4·7H2ONi(AC)2青铜色。钴盐CoSO4·Co(AC)2FeCl2青铜色。银盐AgNO3·Ag2SO4黄绿色。金盐AuCl2·Au(CN)2红紫色。铅盐PbSO4·Pb(AC)2茶褐色。锰盐MnSO4茶金色。铁盐FeSO4青铜色。锰酸盐KMnSO4黄褐色。硒酸盐No2SeO3浅黄金色。2.3亚锡盐溶液电解着色的几个问题亚锡离子含量多，所得色深，一般采用5～30g/L。电压越高，色调越深，电压6～8V。电压过高会造成色差。电流密度一定时，颜色深浅取决于电解时间。一般0.5～15min，最好1～12min。室温变化，对着色颜色影响不大，当温度低于是10℃高于35℃时，色变浅。温度升高，耐磨性降低。一般17～23℃。制品以阳极氧化,清洗后应立即电着色,在空气中放置不超30min,在纯水中,不超过2小时。着色不理想，可在硫酸溶液中浸泡几分种，重新着色。对应电极最好采用纯铝板。3--电泳涂漆电泳涂漆是七十年代出现的一种先进工艺。3.1特点涂料是水溶性的。涂膜可通过变化电量进行控制，膜层附着力强。生产效率高，易于实现自动化生产。涂料利用率高达90～95%。3.2原理以阳极氧化（着色）后的制品作为阳极，铝或不锈钢为阴极，置于热固化型水溶液丙稀酸透明树脂渣溶液中，在外电场的作用下，带负电荷的涂料粒子向制品移动，从而在其表面形成一层带有胶粘性的漆膜。3.3工艺表面予处理阳极氧化电解着色电泳涂漆工艺条件：树脂漆溶液中固体分浓度13%±1%。电泳溶液温度22±3℃。电泳溶液PH值：9.2±0.4(20℃)。电阻率：2250±1250Ω·cm（20℃、15%）。供电电压：100～250V。电流密度：0.2～0.5A/dm2。通电时间：90～180s（漆膜厚6～9μm）。烧烤温度:170～200℃(25～35min)。电泳涂漆见图3图3电泳涂漆能否得到质量良好的漆膜，主要取决于涂料对被涂工件表面的浮覆能力的好坏。除漆液种类不同外，它与电泳工艺参数密切相关，一般情况下，泳透力与漆液固体分浓度、电泳电压、时间、温度成正比，与漆液PH值和电极间距成反比。所以，在过程中，对这些因素加以控制。此外，在操作时，应避免电泳液遭受污染；溶液需进行搅拌，使固体成份和液温分布均匀；采用0.3:1的阴阳极面积比，阳极设有防护罩，以消除氢气对电沉积的影响；漆膜烧烤温度要均匀，以避免出现花斑。4--粉末喷涂定义：把干燥粉状物吸附于金属工件，经过200℃左右高温烘干后，粉状物固化成为一定厚的坚固光亮的涂层。主要成份：环氧树脂、聚脂聚氨脂与它们之间的不同组合。工艺过程：铝型材经表面予处理，然后在铬酸盐溶液中进行化学氧化；清洗干燥后进入喷粉室，在强电场（40～100KV）中,通过喷枪(0.1～0.8×10pa)将带负电荷的粉未均匀地喷涂在型材表面上,所以能保持长时间粘合并能达到100μm。最后在烘干固化室固化,这种涂层抗蚀性、耐热性、硬度都很高，色泽鲜艳、颜色多达几十种，成本较低。渤铝粉末喷涂生产线:脱脂剂（碱洗）水洗硝酸中和水洗铬酸氧化水洗烘干粉末喷涂（50～60KV）烘干粉末喷涂机、德国WAGNER、带粉末回收系统。型材颜色取决于涂料的颜色。粉末喷涂涂料：阿克苏诺贝尔—红狮。为国内最好。5--静电喷涂原理：氟碳喷涂，聚氨酯喷涂，丙烯酸喷涂。图1535412（图4静电喷涂装置示意图）1静电发生器2涂料喷雾器3涂料贮槽4被涂制品5输送带静电喷涂：在高达5～6K104的直流电压下,带有负电荷的涂料微粒受静电力的作用,被均匀地吸附在作为阳极的被涂制品表面。按涂料分：氟碳喷涂、聚氨酸喷涂、丙烯酸喷涂。这里着重介绍氟碳喷涂5.1氟碳喷涂5.1.1氟碳喷涂技术简介氟是一种很活泼的化学元素，碳是一种稳定的中性化学元素，两种化学元素在特定条件下结合，形成性质非常稳定的氟化碳有机高分子聚合物，其结构键极其稳定，在各种条件下很难与其它物质发生化学反应。氟碳涂料中的颜料采用金属颜料，属无机盐类，不易老化，能长期保持其颜色稳定，不褪色。氟碳涂料是一种极好的耐候罩面漆，这种涂料涂膜坚韧耐磨，表面光滑，具有非常优秀的耐候性、耐大气污染性和抗紫外线照射性，能耐极冷，并不会在涂膜表面积聚污垢，它的颜色丰富多彩，能够长久地保持颜色鲜艳如初，使用寿命长。5.1.2氟碳喷涂技术要求氟碳喷涂作为高档的表面涂装工艺手段，整个过程的质量要求极为严格，除氟碳涂料制造厂需获得质量许可证才能生产Kymar500为基料的氟碳涂料外，用涂料厂商的整个表面处理工艺过程，包括前处理过程，喷涂过程到固化过程都需有严格的质量控制，以保证铝材涂装的质量。在氟碳喷涂界现今以美国建筑制造业协会标准AAMA—605.2.90为主要依据，这一喷涂标准被公认为是检查涂装质量主要的国际标准。以下是AAMA—605.2.90标准中有关氟碳喷涂的主要指标。在AAMA标准中，多处提到以美国南佛里达作为测试标准，因那里的气候以潮湿、高温、阳光直照而著称，因此认为是对涂层质量检查的恶劣环境，而世界各地以与那里相似的环境作为检查环境，称为同等佛里达环境。世界上还有一些与美国AAMA605.02.90标准相似检查标准，也被采用来判断氟碳喷涂的质量，其中包括：1.英国BS6496—1984标准“建筑铝合金型材，板材的涂装标准。”如表7见下页。2.德国GSBRAL—RG6311994标准3.澳大利亚AS3715-1989标准“金属格涂装标准”。4.瑞士“建筑业使用铝材涂装标准”1994。5.南非SABS-1993“建筑室外铝材涂装标准”。4.5.1.3物理化学性能4.5.1.3.1化学性能氟碳脂具有极高的化学稳定和耐候、抗热和抗污渍的能力，量子结构如图16。美国建筑制造业协会标准（摘）AAMA—605.02.90表7涂膜特性项目要求最小涂膜厚度4.32涂层:1.2mil(30.5微米)；3涂层：1.6MIL(40.6微米)。颜色均匀7.1肉眼控制。60°光泽（ASTMD-523标准）7.2低、中、高。硬度7.3使用BerolEagleTureuoise牌铅笔，达到F级。附着性7.41/16”方格，湿/干涂层时均无脱落。冲击性7.51/16”变形，无脱落。耐磨性（ASTMD968标准）7.6耐磨系数不小于20。耐酸性7.710%盐酸滴在表面，15分钟后无侵蚀。耐碱性7.7MortarPat试验：24hr无侵蚀。耐清洁剂7.7浸泡于3%，38℃清剂中：72小时无侵蚀。耐酸污染7.7颜色变化不超过去50E单位（Hunter）。耐监雾试验7.85%的38℃盐水3000小时：最大面积1/16”底层脱落。耐潮湿性7.838℃时100%相对湿度3000小时后：最大为＃8的少数气泡。耐气候保色性能ASTMD—2244标准7.9在南佛罗里达州45°处五年试验，颜色变化不超过50E单位。耐粉化性ASTMD—6597.9在南佛罗里达州45°处五年试验：最大不超过8级。耐侵蚀性7.9在南佛罗里达州45°处五年试验，不起超过10%损失。图1特点：1）大的氟原子氟原子是氢原子的4倍，具有极高稳定能力。2）粘合抗力系数氟和碳的连接粘合强度比紫外线的能量大。3）氟原子有其自身的润滑表面使之成为十分光滑和天粘接的表面，这意味着有很少的污点和自洁性。4）具有最小开口的螺旋结构如图17。图174.5.1.3.2物理性能氟碳是一种极杰出的耐候性涂料，耐暴露4000小时，在加速耐候实验，在耐候计量器上光泽保持在90%以上，也就是说，按惯常对涂层的评价，保持光泽超过滤90%就相高于20年以上。图18硅酮聚脂丙稀三聚酯胺丙稀氨酯乙烯基氟脂氟碳脂100光泽80保持60百分40比2001000200030004000暴露时间(小时)氟碳脂是一种比乙烯氟脂在同样试验条件下，保持更高百分比光泽的涂层。目前已被证实，其耐候性远远超过最好的涂料。自然暴露二百万（LYS）的长时间试验（等同于20年）是在美国亚果桑纳州试验中心，用太阳光聚焦照射模拟极端苛刻的天然条件下进行的，实验结果，其外观上没有变化。图6光