铝型材表面处理技术对建筑行业的影响与促进

摘要：我国铝型材表面处理的发展和工艺主要以阳极氧化为重点，深入分析我国工艺技术的特点，从阳极氧化等表面处理工艺的技术问题，再从环境环保、节约能源、降低消耗和提高表面处理膜品质等可持续发展的新高度，对铝型材阳极氧化等表面处理生产工艺和技术细节思考，进而提出其改进特点。

关键词：表面处理；阳极氧化；铝型材料；铝型材工艺的未来于发展

Abstract: Aluminum surface treatment of our countrydevelopment and process mainly by anodic oxidation as the key point, analyzes the characteristics of technology of our country, from the technical process of anodic oxidationsurface treatment, from environmental protection, energy conservation, reduce consumption and improve the new height of surface treatment film quality, sustainable development, of aluminium material anodic oxidationsurface treatment production process and technical details of thinking, and puts forward the improved characteristics.

Keywords: surface treatment; anodic oxidation; aluminum material; aluminum technology future development

中图分类号：TN305.2文献标识码：A文章编号：

为了满足建筑施工与美观的需要，建筑用铝材一般经过表面处理才能投放市场。建筑铝材的表面保护方法，当前不外乎3种：（1）阳极氧化，20世纪50年代已引入铝合金门窗，至今仍是铝门窗方面常用的表面处理措施；（2）阳极氧化后电泳丙烯酸树脂，日本在20世纪60年代已商品化，欧洲到70年代开始使用，目前还主要在亚洲地区应用。该技术当前已由透明光亮膜发展到无光透明膜和彩色膜，品种更趋多样化，工业控制和产品质量都比较稳定；（3）化学转化处理后静电喷涂包括静电粉末喷涂和静电液相喷涂，静电液相喷涂氟碳树脂在20世纪60年代，美国已实现商品化。而静电粉末喷涂热固性聚酯涂层，60年代末在欧洲已实现商品化，当前仍是欧洲各国占优势的表面处理手段。时至今日，单一阳极氧化的铝门窗在国内外市场均明显缩小日本青睐于电泳涂层，白色电泳涂层发展很快，并在欧洲得到应用。静电粉末喷涂以其色彩多样、控制方便、环境保护、性能优良等原因，已成为欧美的首选表面处理方法。近年来静电粉末喷涂市场在我国也在迅速扩大之中。

过去10年中，我国铝材（尤其是铝型材）得到突飞猛进的发展，铝型材的生产规模已接近每年100万吨。在国外先进工艺和进口设备的带动下，我国铝型材生产技术在阳极氧化工艺和设备方面有了新的进步，而且建立了静电粉末喷涂和静电液相喷涂、电泳涂层等最新型生产线，国外的前沿技术在我国已经萌芽，有了程度不同的发展。

我国铝型材表面处理的技术与国外相比没有本质的差别，但是从工艺水平、装备条件、技术管理、环保因素、品质指标和产品质量等方面与国外先进水平比较仍有不少差距。主要有以下几个方面，作为我国建筑铝型材表面处理工业在下一个十年中技术发展的借鉴和参考。

清洁阳极氧化工艺更加重视和发展：

随着我国环境意识不断增加，清洁工艺必然会不断发展。阳极氧化工艺生产各工序废液采取闭路循环回收，逐步实现低排放直至零排放（zero－discharge）工艺已在欧洲和日本采用。阳极氧化槽液用离子交换法除去铝离子回收硫酸；碱浸蚀槽液利用结晶器和真空过滤排出氢氧化铝回收碱；镍盐电解槽液及其水洗槽分别选用离子交换法和反渗透法回收硫酸镍并除去杂质；冷封孔槽液用过滤法和离子交换法除去固体沉淀和金属杂质；ED漆槽分别选择离子交换精制和反渗透法回收。全部清洗水通过中和、絮凝、澄清和压滤除去料渣，而澄清液经过反渗透后回收重用，零排放的清洁工艺无疑是全世界工业界都在追求的方向。由于技术和经费的原因在我国只能分步骤进行。在实际操作和设计阳极氧化生产线的时候，情况要复杂的多。碱浸蚀槽液如采用结晶过滤的方法，其氢氧化钠浓度必然不高，此时不可能得到十分满意的哑光表面，那么碱浸蚀的闭路循环设计应该重新考虑改进，因此实际上它适于机械浸蚀法的工艺。同理其他工艺的闭路循环设计也必然要与生产工艺和产品特征相结合来考虑。但是无论如何，闭路循环设计不仅具有环境保护的特点，而且使阳极氧化各工序的工艺参数控制更加精确，从而进一步稳定和提高了阳极氧化膜的质量。

静电粉末喷涂工艺更加受到欢迎，由于色彩丰富，环境效益好，静电粉末喷涂在我国发展更加迅速。涂层粉末也会朝高档方向发展，摆脱单一的聚酯—TGIC粉末的状态，涂层外观也从单色向木纹、大理石和图案等装饰性更强的方向发展。意大利和德国都在我国展出过此类产品。静电粉末喷涂的铝型材一般只有均匀单一的颜色，木纹和大理石外观是在原粉末涂层上进行类似丝网印刷工艺，将第二种颜色的粉末加到原粉末涂层上，再进行统一的固化处理，这也就是说新工艺只是在原来喷涂设备的基础上增补设备就可以实现。可用于铝型材，更适用于铝板的表面处理。金相鉴定表明粉末涂层与基体之间以及两种粉末之间有机结合。作者参观意大利NATURALL工艺生产车间后，感觉技术思路明确，工艺操作简单，适合在我国推广使用。另一类获得本纹和图案效果的是转印法，即在第1次喷涂层基础上，将塑料膜或纸上的木纹图案在加热下转移到表面，此方法简单易行，关键在于转印上去花纹的使用寿命。

电泳涂层可以抵御污染大气，ED膜和粉末涂层都是高聚物涂层，可以有效地抵御污染大气和海洋大气的腐蚀。而ED膜下有阳极氧化膜，不存在膜下丝状腐蚀的危险，可望成为污染大气中理想的表面处理手段。长期以来我们印象中的电泳漆只是透明的聚丙烯树脂，近年来日本的电泳漆不论品种还是质量都发生明显变化。除了我们熟悉的透明有光漆外，还有哑光漆以及白色电泳漆等，都已用在建筑铝合金门窗上。至于电泳漆的质量也已经可以和粉末涂层相媲美。西班牙SIDASA公司曾检测了Honnystone的耐光性，并与粉末静电喷涂聚酯—TGIC涂层作了比较，结果表明颜色变化基本相同，涂层都不起泡，但光泽保持率Honnystone明显优于粉末涂层。443h暴露实验，Honnystone光泽保持率仍有79%～81%，而粉末涂层只剩下49～43%，这说明电泳涂层的性能有了明显提高。

阳极氧化技术之进步以高效节能为目的，众所周知，阳极氧化的工艺参数已数十年未变化，溶液的硫酸浓度和铝离子范围、温度和电流密度均已列入各国标准。为了提高阳极氧化效率，加快成膜速度，必然要求在保证氧化膜性能的前提下尽量加大电流密度，并想方设法提高成膜系数。氧化膜厚度是与通过的电量（即电流乘以时间）库仑值成正比，并因合金不同而异。例如，对于铝合金1100、5005、5052和6063，生成25μm氧化膜需要4700库仓/d㎡；而6061、6082和6300铝合金则需要5500库仓/d㎡.此时若外加电流密度为1.5A/d㎡，则生成20μm氧化膜需要时间为44min，则成膜速度为0.46μm/min.而意大利新近开发的高效高速阳极氧化技术（HEA）成膜速度可提高到1.2μm/min以上，据说可在25℃下电流密度达3A/d㎡稳定地操作。HEA技术是一个整体设计，包括化学、物理和机械三方面配合而成。化学因素有溶液成分和添加剂引入；物理因素有搅拌方法、冷却系统以及溶液温度与电流密度的组合等；机械因素指多功能电脑控制整流器，其中阳极氧化工艺过程计算机（APC）装置是很有用的。

多色彩一直是着色的追求目标，铝阳极氧化膜的电解着色，色彩是单调的古铜色，寻求多色彩一直是阳极氧化工作者的目标。染色虽可获得丰富多彩的颜色，但耐光性差不适于户外使用，而且一种颜色要一个槽子十分麻烦，复合着色仍摆脱不了上述困难，也未在欧洲实现大规模工业化生产。利用光干涉原理得到蓝、灰、绿、黄和紫色的各种干涉色已有大量文献报道，但一直被人们认为难于工业控制而视为实验室工艺。近年来意大利和日本在世界各地约有10余条多色化生产线问世，日本称之为三次电解法。栋梁铝业多色化的开工和今后的推广可以改变传统古铜色的单调局面，使建筑业获得更多的铝型材的颜色选择。

改善生态环境是封孔工艺的发展方向，铝氧化膜的封孔方法很多，我国对于热封孔、ED膜和冷封孔都比较熟悉，尤其是冷封孔用的比较普遍，但是Ni2＋和F的污染不可轻视。欧洲出于生态之考虑，进行了一系列研究，首先开发镍基无氟中温封孔，再发展到无镍无氟中温封孔，甚至无金属离子中温封孔，这条发展道路值得我们借鉴，可能也会成为我国今后的发展方向。

新技术的发展、研究中的新技术很多，有些可能已接近商品化阶段，而有些只停留在实验室阶段。

新技术的发展

一 、是日本曾用周期反向电流技术，在阳极氧化的硫酸溶液中，完成电解浸蚀除去挤压条纹。该技术虽仍处于实验阶段，但一旦成功，则具有十分重要技术和经济价值，并可以从根本上改变铝材的预处理方法。

二、是新西兰开发的电脑设计，通过两次着色阳极氧化，获得两种颜色的图案装饰效果，作为室内装饰的铝板十分别致，富有创意，新西兰称之为Aluart，展示铝的艺术效果之内涵。

此外，随着喷涂的迅速推广，生态预处理技术和无铬添加剂必然会发展。相对于国外，我国比较滞后，在未来10年中我国一定会得到重视和迅速开发，对于建筑行业未来的施工工艺和建筑物美观都将会得到最大程度的提升。

参考文献：

[ 1 ]朱祖芳.80年代我国铝型材氧化及着色技术的发展[ J ].轻金属加工技术，1993,21（4）：27—36.

[ 2 ]朱祖芳.我国90年代铝型材表面处理技术的回顾[ J ].材料的保护，2000,33（11）：1—1.