浅谈新型铝合金型材前处理介质及加工工艺方法

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　　一、概述：

　　粉末(氟碳漆)喷涂铝型材在喷涂、喷漆之前，需要通过前处理在型材表面形成一层致密的连接介质，前处理加工过程——是通过去除型材表面的油污、杂质，自然氧化膜之后，再经过化学氧化(铬化或无铬钝化（词条“钝化”由行业大百科提供）)，使其铝表面生成一层钝化膜，其目的是：

　　(1)保护铝型材表面不被空气腐蚀（词条“腐蚀”由行业大百科提供），防止进一步生成自然氧化膜。

　　(2)金属铝型材表面和粉末涂料或水性油漆的结合，需要一层过渡层，才能使金属与非金属之间的结合力更强，达到最佳(经冲击试验，划格试验，沸水试验检测合格)使用状态。

　　1. 传统的前处理工艺：

　　铝型材上排扎料→水洗→脱脂→水洗→碱蚀→水洗→水洗→中和出光→水洗→水洗→化学氧化(铬化或无铬钝化)→水洗→纯水洗→晾干或烘干→上线喷涂(喷漆)

　　以上工艺是标准的西方铝前处理工艺方法,我国在20世纪80年代开始基本上沿用，到了90年代后期,传统的前处理脱脂、碱蚀、中和出光三道工序，被国内研发的三合一脱脂表调剂所代替。其优点是：简化生产工艺，提高生产效率，同时也减少了多次水洗带来的废水处理量过大，但此工艺也有一个致命的缺点：三合一脱脂采用大量的氢氟酸常温快速腐蚀铝表面，其带出的槽液中氟离子含量严重超标，增加了废水处理的负担。

　　2. 沿用的三合一前处理工艺：

　　铝材上排→水洗→三合一脱脂→水洗→水洗→化学氧化(铬化或无铬钝化)→水洗→水洗(纯水洗)→晾干或烘干-→上线喷涂(喷漆)

　　3.前处理(传统与现代)工艺缺陷：

　　进入二十一世纪，随着国家对环境保护，水资源保护的立法和监管力度的不断加大，2015年国家要正式颁布“中华人民共和国环境保护法”，为此，作为铝型材加工企业，迫切需要我们改进新的加工工艺方法，以上工艺所使用有毒、有害污染物质，如：传统工艺中的氟离子、六价铬;现代无铬钝化处理工艺所采用的氟锆酸盐、氟钛酸盐，还有加速成膜的氢氟酸，同样也存在有毒氟污染的问题。况且无铬钝化工艺处理所生成的转化膜无法和有铬化工艺所生成的铬化膜(300-1000mg/m2)相比，无铬膜层薄(70-150mg/m2)、疏松、容易破裂，无颜色，在线生产无法判定前处理后膜层是否合格。生产工艺要求严格，工艺槽必须使用纯水洗，否则膜层容易流失。因此，目前多数厂家采用无铬钝化喷涂铝材前处理后，涂层脱落现象时有发生，给生产企业和用户带来了不可弥补的直接经济损失和间接经济损失。

　　二、新型前处理工艺及特点：

　　1.需要解决的问题：

　　(1)简化生产工艺、提高生产效率、降低生产成本、减少废水排放。

　　(2)不再使用有毒、有害，国家禁用的一、二类有害化学品。如：氢氟酸、铬酸(六价)以及其它重金属盐。

　　(3)铝型材材喷涂前处理工艺所获得的膜层介质，首先：性能指标要完全达到有铬化处理工艺性能指标要求，经过粉末喷涂（词条“粉末喷涂”由行业大百科提供）后涂层在附着力性能试验，要完全达到国家GB5237-2008标准要求。

　　(4)工艺简单、可操作性要强，产品在线可以随时监控产品质量，膜层介质(凝胶膜)稳定性强。

　　以上需要解决的诸项工艺存在问题：经本公司通过无数次配方的小试、中试、生产在线试验、最终研制开发的新型铝合金前处理介质的加工工艺方法，完全可以替代现存的前处理(有铬、无铬)加工工艺，其实用性、新颖性、创造性、环保节能性，实属行业首创。

　　2. 新型前处理工艺流程：

　　铝型材上排→水洗→四合一无铬电化学氧化(钝化)→水洗→水洗→晾干或烘干→上线喷涂(喷漆)。

　　3.新型前处理工艺特点：

　　(1)大幅度简化生产工序，提高了生产效率、减少了废水排放量。

　　(2)通过电解过程的电腐蚀起到脱脂表调的作用，不单独使用三合一脱脂表调剂。

　　(3)真正达到了不使用有毒、有害的化学污染药品，如：氟离子、六价铬和其它重金属。消除了对环境的污染，符合国家环保要求。

　　(4)使用低浓度的有机酸配方做导电介质，加工过程采用低电压，低电流、常温电解成膜(凝胶膜层)，目前在国内、外实属首创。

　　(5)加工过程与其他传统工艺比较，成膜速度快、加工时间短，电耗是传统工艺的1/5—1/6、成膜稳定、目视可检测(膜层呈七彩微带淡蓝色)，总之：性价比高。

　　(6)通过快速电解成膜的钝化工艺原理，采用定电压、变电流的电化学氧化方法，所形成的膜层质地密实、均匀，其膜层(凝胶膜)的吸附性能：对铝型材表面及涂层表面的吸附性与有铬化前处理工艺相比较，无差异性。

　　三、生厂设备（词条“设备”由行业大百科提供）：

　　本工艺相比前述传统工艺，需要增加的设备投入有：可控整流柜机、槽液循环系统、槽液过滤机、导电极板、母线，多组人工扎排排架等。

　　四、辅助材料组分、前处理介质类别：

　　1. “四合一”钝化剂组分：

　　本工艺采用了一种“四合一”的钝化剂作为电解导电介质及成膜介质，其主要组分：

　　1. 含羟基有机酸，含量占钝化剂总重量的5-25%

　　2. 无机和有机混合酸(包括硼酸，草酸，酒石酸，丁二酸，硫酸，磷酸，葡糖酸)，含量占钝化剂总重量的10-30%

　　3. 适量的表面活性剂，占总重量的0.19-0.59%

　　2. 前处理介质类别：

　　铝型材材在喷涂或喷漆前，必须经过前处理，在铝金属表面形成一层前处理介质，以提高铝金属表面与涂料的结合力(附着力)。随着中国环境污染程度的日益加剧，传统的前处理介质——铬化膜 (300-1000mg/m2)由于含有有毒的六价铬，已被列入禁用产品行列。

　　无铬系列前处理介质——锆鈦转化膜(70-150mg/m2)，虽然能够解决铬污染环境的问题，但此种加工工艺使用钛锆氟化物，一是增加了用氟的新污染，二是此种前处理介质(钝化膜)膜层超薄、柔软、耐磨性（词条“耐磨性”由行业大百科提供）差，易被碰伤、划伤、擦伤，在实际生产过程中，被破坏的介质(钝化膜)表面很容易被周边环境污染和腐蚀，膜层污染或腐蚀后很难被发现，往往被腐蚀处有可能造成粉末涂层大面积脱落，又由于无铬化处理介质颜色是无色透明，在大批量生产过程中产品质量监测无法实现100%全检，只有完全靠工艺进行保证，一旦加工工艺出现失误、未发现，将导致重大的质量事故发生。

　　新型前处理介质——凝胶膜(200-1000mg/m2)，它是在电解氧化反应状态下完成，导电介质中的有机酸复合盐和无机混合酸(低浓度无毒、无害)，通过电解氧化反应，在鋁基体表面形成一层复杂凝胶状钝化膜层，此膜层呈现七彩淡蓝颜色、吸附性强，同时在铝材封闭内腔形成同样的膜层，使其具有更加独特的内外保护层。在型材喷粉后的固化过程中，新型前处理介质与粉末在交联反应过程中形成非晶态的玻璃体，使粉末涂层与型材表面结合力(附着力)更强，是前述其他表面处理工艺无法超越的。

　　五、生产工艺参数、定额、性能对比：

　　1.工艺参数：(配槽：60g/L)

　　(1)四合一钝化剂： 50- 60g/L

　　(2)温度： 室温

　　(3)电压(直流)： 15-18V

　　(4)电流密度： 0.25-0.35A/dm2

　　(5)时间： 4-6 min

　　(6)搅拌： 压缩空气底部搅拌或酸泵循环过滤

　　2.工艺定额：

　　(1)四合一钝化剂4-6kg/T(平均每吨铝材按400-600m2计算)

　　(2)电耗：20kw.h/T。

　　3.性能对比：

　　总结：

　　本文所描述的新型铝型材前处理介质及加工工艺方法，是在原有的铝型材前处理加工工艺的基础上，采用无污染、环保型的(四合一)钝化剂为槽液导电介质，加工工艺方法：由以往的两道——脱脂表调+喷淋或浸泡方法，改为一道四合一电化学氧化法，使加工后的铝型材前处理表面形成复杂凝胶状钝化膜层，新型的加工工艺方法有效的缩短了加工工艺时间，降低了辅助料材料的总体消耗，提高了生产效率、降低了生产成本，且废水排放的处理量明显减少，经处理后的废水中不含有国家限排的有毒、有害危险污染物。

　　新型铝型材前处理介质的各项性能指标，从对比表中明显看出，不论是加工方法、工艺性能、环保性能、节能降耗，还是最终喷涂后的产品质量稳定性能(干湿附着力)，完全可以替代现在的、传统的加工工艺方法，为此，新型铝型材前处理介质及加工工艺的推广与使用，将是中国乃至世界铝型材表面处理行业的一次飞跃。