建筑装修用铝合金表面处理技术

【摘要】本文根据我国建筑铝型材表面处理的历史沿革，并对常用的处理方法进行分析，进而对铝合金表面处理带来的环境污染进行治理，以便更好地提高处理技术。

【关键词】建筑装修；铝合金；表面；处理技术

中图分类号：TU238文献标识码： A

一、前言

随着国家工业的不断发展以及人们对建筑装饰装修工程的不断重视，还有铝合金材料的广泛使用，都为铝合金表面处理技术提供了加的支持。为了满足日益增长的需求以及保护环境，我们需要对处理技术进行改善。

二、我国建筑铝型材表面处理的历史沿革

我国铝合金挤压型材的生产起步较早，1954年在哈尔滨兴建的东北轻合金加工厂，拥有挤压机11台，最大的是5000吨水压机，但表面处理仅限于工业用材(如核反应堆材料)的阳极氧化。在60年代先后建成西北铝加工厂和西南铝加工厂等大型国有铝加工企业。由于当时工业水平和市场的限制，铝材还一直没有在建筑业等民用工业推广使用，因此建筑铝型材工业的起步相对较晚。

到了上世纪80年代初，从日本引进技术和设备，首先建成营口铝材厂，这是我国最早建设的建筑铝型材厂，配备有相应的阳极氧化与电泳涂漆生产线。稍后，天津铝合金厂建成。随后一大批建筑铝型材厂陆续建成，如华北铝加工厂、华东铝加工厂、渤海铝业公司、青岛铝加工厂等。当时工厂生产规模都不大，表面处理只有阳极氧化与电解着色，生产线以年产3000吨为基本规模。以后由于我国经济体制的变化，外资企业、乡镇企业、私人企业涉足建筑铝型材行业，显示了巨大活力，建筑铝型材的各种表面处理技术也随之陆续从欧洲和日本引入我国。

尽管我国的建筑市场期望多色彩的铝建材，但在90年代中期之前，建筑铝型材基本上都是阳极氧化材，只是在电解着色方面开发了钛金色、香槟色等新色系，与此同时电泳涂漆(有光透明漆)也有了发展。但是到了90年代中期以后，在我国一直受冷落的静电粉末喷涂得到前所未有的大发展；建筑型材从金属质感的阳极氧化铝型材，到PVC塑料型材，再发展到具有塑料外观(有机高聚物涂层)的铝型材。上述趋势在我国经济发达地区尤其明显。上海、广州及其附近地区粉末喷涂材的市场发展最快，在上海市场上已经与阳极氧化材分占半壁江山。从全国市场情形分析，粉末喷涂估计可以达到25％～30％，电泳沉积阳极氧化复合膜大约为10％～15％。从技术发展方面来看，我国基本上已经拥有世界上所有建筑铝型材表面处理的先进技术。

三、常用的方法有

1.化学氧化法

金属表面处理工业中的化学转化处理时使金属与特定的腐蚀液接触，在一定条件下，金属表面的外层原子核腐蚀液中的离子发生化学或电化学反应，在金属表面形成一层附着力良好的难溶的腐蚀生成物膜层。

（一）阳极氧化法

铝的阳极氧化法是把铝作为阳极,置于硫酸等电解液中,施加阳极电压进行电解,在铝的表面形成一层致密的Al2O3 膜,该膜是由致密的阻碍层和柱状结构的多孔层组成的双层结构。

（二）微弧氧化法

微弧氧化又称等离子体氧化,是在阳极氧化基础上,在金属基表面原位生长陶瓷层的一种表面处理技术。当阳极氧化电压达到某一临界时,材料表面氧化层被击穿,产生弧光放电,并产生瞬间高温(>2000℃),氧化膜在高温高压作用下熔融,等离子弧消失后,熔融物激冷而形成非金属Al2O3 陶瓷层。

（三）有机硅烷化处理

有机硅烷化处理是近年来发展起来的一种新型金属表面防护性工艺，由于无污染、处理件耐性蚀好，受到人们的青睐。该工艺是基于一种可水解生成硅醇的硅烷试剂。有机硅烷课与基底铝合金形成极强的Me-O-Si 键，而硅烷的有机部分又可与表面聚合物涂层（底漆）形成磷化底漆处理化学键结合，硅氧烷键的形成可大大提高表面聚合物涂层与基体铝合金的结合力，同时也使铝合金的抗腐蚀性得以提高。

（四）电泳涂漆处理

电泳涂漆起源于日本，实际也是在阳极氧化基础上的一步深加工处理。电泳涂层兼有阳极氧化膜和聚合物涂层双层有点。电泳涂漆是把共建和对应电极放入水溶性树脂制成电泳漆液中，接上直流电源后，在电场的作用下，涂料在工件上沉积形成均匀膜的一种工艺，具有漆膜均匀、附着力强、涂料利用率高、施工速度快等有点。而且对于异形型材也有很好的涂装效果。

（五）磷化底漆处理

在铝合金表面涂磷化底漆是在铝磷化的同时形成漆膜，磷化底漆本身不能单独起到底漆作用，是一种表面预处理方法，主要用在不能进行阳极氧化或化学氧化部件。磷化底漆的基料，组分一以聚乙烯醇缩丁醛树脂为主，加有铬酸盐等防锈颜料和助剂，组分二为磷酸，使用前将两组分按规定比例混合均匀，喷漆在铝板表面时一部分磷酸与金属铝结合，使金属表面和涂层系统中的底漆具有良好的结合能力

2.激光熔覆

激光熔覆技术是采用高能激光束将金属-陶瓷复合粉末熔于基材表面，获得金属陶瓷复合层的工艺。其工艺方法有两种：预置涂层法和同步送粉法。预置涂层法是先将粉末与粘接剂混合后涂于基体表面，干燥后进行激光加热。同步送粉法是在激光照射到基体的同时侧向送粉，粉末熔化而基体微熔，冷却后得到熔覆层。二者方法不同但效果相近，即熔覆层通常与施加的合金粉末的化学成分相近，熔覆层与基体之间为冶金结合，只有在界面结合层的较窄范围内，施加合金粉末才受到基体的稀释。

3.等离子体微弧氧化

等离子体微弧氧化（PMAO）又称微等离子体氧化（MPO）、阳极火花沉积（ASD）或火花放电阳极氧化（ANOF）,这是一种直接在有色金属表面原位生长陶瓷层的新技术。它是近十几年在阳极氧化基础上发展起来的，但两者在机理、工艺及膜层性质上有许多区别。其原理是：将Al、Mg、Ti 等有色金属或合金置于电解质水溶液中，利用电化学方法在材料表面微孔中产生火花放电斑点，在热化学、等离子体化学和电化学的共同作用下，生成陶瓷膜层的方法。

由于等离子体弧光放电具有高密度能量，可以在基体与外来陶瓷膜层物料间形成气相搅拌，使之充分混合、反应并烧结，通过合理控制沉积速率、反应速度及烧结能量，即可在基体（阳极工件）表面上获得具有较高硬度、膜层与基体结合性能良好的陶瓷化膜层；同时，由于参与反应并形成陶瓷相的物料离子在液体中受到电场力作用可均匀传输到基体附近的空间，在膜层的均匀性、对基体形状尺寸允许程度等方面会有较好保证。通过改变电解液成份及工艺参数，可以制备出不同化学成份配比、晶体结构类型及性能的陶瓷膜层。膜层和基体直接在离子键的作用下结合在一起，等离子体弧光放电的高密度能量使基体表面微区内形成熔融区，使膜层与基体之间形成微区冶金结合，提高了膜层与基体之间的结合能力。

环境污染的治理

随着铝建筑型材表面处理新工艺的开发，对于环境处理措施提出了新的课题。我国传统的阳极氧化工艺的环境处理主要是酸、碱中和(pH值控制)，铝离子去除(液体浑浊度)，低浓度氟离子和镍离子去除等，相对而言比较简单。我国大部分正规企业基本上有齐全的上述环境治理措施，但是国家对于环境和生态保护的要求提到了新的高度，而新工艺的出现又增添新的环境问题。譬如新的单镍盐电解着色工艺引进高浓度镍离子，酸侵蚀工艺引起高浓度的氟离子，粉末喷涂的铬酸盐化学转化处理引进大量六价铬离子。凡此种种都需要在原有基础上增加环境治理的新措施。

我国铝表面处理生产中目前的环境保护措施是传统的阳极氧化废水废液的处理系统，本质上只是将液体污染排放转变为固体废料形式，没有从根源上有效根除污染。现代环境保护措施的新技术思路，是考虑首先将废水处理与槽液调整相结合，按照各道工序利用新技术、新设备，尽量少用化学药品的加入，尽可能回收再生变废为宝。这些新技术有：(1)离子交换技术，(2)离子阻滞技术，(3)膜分离技术，如电渗析、反渗透、超滤等，(4)蒸发(包括空气蒸发或低压蒸发)。再将各种槽液分别处理，优化选用一种技术或组合几种技术。这种考虑立足于回收和循环，在不断改进和日趋完善中接近于“无污染排放”的目标。

五、结语

总的来说，现如今的铝合金表面处理技术有很多种，随着科技的发展技术也在不断的改进。对于新兴技术我们应当积极进行分析，以便更好地使用，对于传统技术应当根据环境要求进行合适的选择，确保表面处理技术的安全性以及环保性。

参考文献

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