李政 鄧維鵬 王大利
（南通市濱海裝飾材料有限公司；中國 江蘇226236）
摘要：
關鍵詞：前處理介質(zhì)及加工工藝；特點；性能；缺陷；效益
一、概述：
粉末（氟碳漆）噴涂鋁型材在噴涂、噴漆之前，需要通過前處理在型材表面形成一層致密的連接介質(zhì)，前處理加工過程——是通過去除型材表面的油污、雜質(zhì)，自然氧化膜之后，再經(jīng)過化學氧化（鉻化或無鉻鈍化），使其鋁表面生成一層鈍化膜，其目的是：
(1)保護鋁型材表面不被空氣腐蝕，防止進一步生成自然氧化膜。
(2)金屬鋁型材表面和粉末涂料或水性油漆的結合，需要一層過渡層，才能使金屬與非金屬之間的結合力更強，達到最佳（經(jīng)沖擊試驗，劃格試驗，沸水試驗檢測合格）使用狀態(tài)。
1. 傳統(tǒng)的前處理工藝：
鋁型材上排扎料→水洗→脫脂→水洗→堿蝕→水洗→水洗→中和出光→水洗→水洗→化學氧化（鉻化或無鉻鈍化）→水洗→純水洗→晾干或烘干→上線噴涂（噴漆）
以上工藝是標準的西方鋁前處理工藝方法,我國在20世紀80年代開始基本上沿用，到了90年代后期,傳統(tǒng)的前處理脫脂、堿蝕、中和出光三道工序，被國內(nèi)研發(fā)的三合一脫脂表調(diào)劑所代替。其優(yōu)點是：簡化生產(chǎn)工藝，提高生產(chǎn)效率，同時也減少了多次水洗帶來的廢水處理量過大，但此工藝也有一個致命的缺點：三合一脫脂采用大量的氫氟酸常溫快速腐蝕鋁表面，其帶出的槽液中氟離子含量嚴重超標，增加了廢水處理的負擔。
2. 沿用的三合一前處理工藝：
鋁材上排→水洗→三合一脫脂→水洗→水洗→化學氧化（鉻化或無鉻鈍化）→水洗→水洗（純水洗）→晾干或烘干-→上線噴涂（噴漆）
3.前處理（傳統(tǒng)與現(xiàn)代）工藝缺陷：
進入二十一世紀，隨著國家對環(huán)境保護，水資源保護的立法和監(jiān)管力度的不斷加大，2015年國家要正式頒布“中華人民共和國環(huán)境保護法”，為此，作為鋁型材加工企業(yè)，迫切需要我們改進新的加工工藝方法，以上工藝所使用有毒、有害污染物質(zhì)，如：傳統(tǒng)工藝中的氟離子、六價鉻；現(xiàn)代無鉻鈍化處理工藝所采用的氟鋯酸鹽、氟鈦酸鹽，還有加速成膜的氫氟酸，同樣也存在有毒氟污染的問題。況且無鉻鈍化工藝處理所生成的轉化膜無法和有鉻化工藝所生成的鉻化膜(300-1000mg/m2)相比，無鉻膜層?。?0-150mg/m2）、疏松、容易破裂，無顏色，在線生產(chǎn)無法判定前處理后膜層是否合格。生產(chǎn)工藝要求嚴格，工藝槽必須使用純水洗，否則膜層容易流失。因此，目前多數(shù)廠家采用無鉻鈍化噴涂鋁材前處理后，涂層脫落現(xiàn)象時有發(fā)生，給生產(chǎn)企業(yè)和用戶帶來了不可彌補的直接經(jīng)濟損失和間接經(jīng)濟損失。
二、新型前處理工藝及特點：
1.需要解決的問題：
（1）簡化生產(chǎn)工藝、提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本、減少廢水排放。
（2）不再使用有毒、有害，國家禁用的一、二類有害化學品。如：氫氟酸、鉻酸（六價）以及其它重金屬鹽。
（3）鋁型材材噴涂前處理工藝所獲得的膜層介質(zhì)，首先：性能指標要完全達到有鉻化處理工藝性能指標要求，經(jīng)過粉末噴涂后涂層在附著力性能試驗，要完全達到國家GB5237-2008標準要求。
（4）工藝簡單、可操作性要強，產(chǎn)品在線可以隨時監(jiān)控產(chǎn)品質(zhì)量，膜層介質(zhì)（凝膠膜）穩(wěn)定性強。
以上需要解決的諸項工藝存在問題：經(jīng)本公司通過無數(shù)次配方的小試、中試、生產(chǎn)在線試驗、最終研制開發(fā)的新型鋁合金前處理介質(zhì)的加工工藝方法，完全可以替代現(xiàn)存的前處理（有鉻、無鉻）加工工藝，其實用性、新穎性、創(chuàng)造性、環(huán)保節(jié)能性，實屬行業(yè)首創(chuàng)。
2. 新型前處理工藝流程：
鋁型材上排→水洗→四合一無鉻電化學氧化（鈍化）→水洗→水洗→晾干或烘干→上線噴涂（噴漆）。
3.新型前處理工藝特點：
（1）大幅度簡化生產(chǎn)工序，提高了生產(chǎn)效率、減少了廢水排放量。
（2）通過電解過程的電腐蝕起到脫脂表調(diào)的作用，不單獨使用三合一脫脂表調(diào)劑。
（3）真正達到了不使用有毒、有害的化學污染藥品，如：氟離子、六價鉻和其它重金屬。消除了對環(huán)境的污染，符合國家環(huán)保要求。
（4）使用低濃度的有機酸配方做導電介質(zhì)，加工過程采用低電壓，低電流、常溫電解成膜（凝膠膜層），目前在國內(nèi)、外實屬首創(chuàng)。
（5）加工過程與其他傳統(tǒng)工藝比較，成膜速度快、加工時間短，電耗是傳統(tǒng)工藝的1/5—1/6、成膜穩(wěn)定、目視可檢測（膜層呈七彩微帶淡藍色），總之：性價比高。
（6）通過快速電解成膜的鈍化工藝原理，采用定電壓、變電流的電化學氧化方法，所形成的膜層質(zhì)地密實、均勻，其膜層（凝膠膜）的吸附性能：對鋁型材表面及涂層表面的吸附性與有鉻化前處理工藝相比較，無差異性。
三、生廠設備：
本工藝相比前述傳統(tǒng)工藝，需要增加的設備投入有：可控整流柜機、槽液循環(huán)系統(tǒng)、槽液過濾機、導電極板、母線，多組人工扎排排架等。
四、輔助材料組分、前處理介質(zhì)類別：
1. “四合一”鈍化劑組分：
本工藝采用了一種“四合一”的鈍化劑作為電解導電介質(zhì)及成膜介質(zhì)，其主要組分：
1. 含羥基有機酸，含量占鈍化劑總重量的5-25%
2. 無機和有機混合酸（包括硼酸，草酸，酒石酸，丁二酸，硫酸，磷酸，葡糖酸），含量占鈍化劑總重量的10-30%
3. 適量的表面活性劑，占總重量的0.19-0.59%
2. 前處理介質(zhì)類別：
鋁型材材在噴涂或噴漆前，必須經(jīng)過前處理，在鋁金屬表面形成一層前處理介質(zhì)，以提高鋁金屬表面與涂料的結合力（附著力）。隨著中國環(huán)境污染程度的日益加劇，傳統(tǒng)的前處理介質(zhì)——鉻化膜 (300-1000mg/m2)由于含有有毒的六價鉻，已被列入禁用產(chǎn)品行列。
無鉻系列前處理介質(zhì)——鋯鈦轉化膜（70-150mg/m2），雖然能夠解決鉻污染環(huán)境的問題，但此種加工工藝使用鈦鋯氟化物，一是增加了用氟的新污染，二是此種前處理介質(zhì)（鈍化膜）膜層超薄、柔軟、耐磨性差，易被碰傷、劃傷、擦傷，在實際生產(chǎn)過程中，被破壞的介質(zhì)（鈍化膜）表面很容易被周邊環(huán)境污染和腐蝕，膜層污染或腐蝕后很難被發(fā)現(xiàn)，往往被腐蝕處有可能造成粉末涂層大面積脫落，又由于無鉻化處理介質(zhì)顏色是無色透明，在大批量生產(chǎn)過程中產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)測無法實現(xiàn)100%全檢，只有完全靠工藝進行保證，一旦加工工藝出現(xiàn)失誤、未發(fā)現(xiàn)，將導致重大的質(zhì)量事故發(fā)生。
新型前處理介質(zhì)——凝膠膜(200-1000mg/m2)，它是在電解氧化反應狀態(tài)下完成，導電介質(zhì)中的有機酸復合鹽和無機混合酸（低濃度無毒、無害），通過電解氧化反應，在鋁基體表面形成一層復雜凝膠狀鈍化膜層，此膜層呈現(xiàn)七彩淡藍顏色、吸附性強，同時在鋁材封閉內(nèi)腔形成同樣的膜層，使其具有更加獨特的內(nèi)外保護層。在型材噴粉后的固化過程中，新型前處理介質(zhì)與粉末在交聯(lián)反應過程中形成非晶態(tài)的玻璃體，使粉末涂層與型材表面結合力（附著力）更強，是前述其他表面處理工藝無法超越的。
五、生產(chǎn)工藝參數(shù)、定額、性能對比：
1.工藝參數(shù)：（配槽：60g/L）
（1）四合一鈍化劑： 50- 60g/L
（2）溫度： 室溫
（3）電壓(直流)： 15-18V
（4）電流密度： 0.25-0.35A/dm2
（5）時間： 4-6 min
（6）攪拌： 壓縮空氣底部攪拌或酸泵循環(huán)過濾
2.工藝定額：
（1）四合一鈍化劑4-6kg/T（平均每噸鋁材按400-600m2計算）
（2）電耗：20kw.h/T。
3.性能對比：
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項目 |
鈍化類型 |
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有鉻鈍化 |
無鉻鈍化 |
四合一鈍化 |
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加工方法 |
噴淋或浸漬 |
噴淋或浸漬 |
電化學氧化 |
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應用領域 |
建筑鋁型材、板材 |
建筑鋁型材板材、卷材 |
建筑鋁型材、板材 |
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處理時間 |
2-4min |
50-120S |
4-6min |
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溫度 |
25-60℃ |
20-30℃ |
常溫 |
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鈍化膜的顏色 |
淡金黃到深褐色 |
無色 |
七彩到淡藍 |
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附著力 |
極好 |
較好 |
超強 |
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涂裝后的耐蝕性 |
極好 |
較好 |
極好 |
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水煮實驗 |
極好 |
較好 |
極好 |
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膜重 |
300-1300mg/m |
70-200 mg/m |
200-1000 mg/m |
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工藝、質(zhì)量控制 |
簡單 |
復雜 |
簡單 |
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是否已經(jīng)寫入國家標準 |
YES |
NO |
NO |
總結：
本文介紹了鋁合金前處理介質(zhì)及加工工藝方法的改進，最新（四合一鈍化）表面前處理加工工藝技術，以及為鋁加工行業(yè)所創(chuàng)造的效益本文所描述的新型鋁型材前處理介質(zhì)及加工工藝方法，是在原有的鋁型材前處理加工工藝的基礎上，采用無污染、環(huán)保型的（四合一）鈍化劑為槽液導電介質(zhì)，加工工藝方法：由以往的兩道——脫脂表調(diào)＋噴淋或浸泡方法，改為一道四合一電化學氧化法，使加工后的鋁型材前處理表面形成復雜凝膠狀鈍化膜層，新型的加工工藝方法有效的縮短了加工工藝時間，降低了輔助料材料的總體消耗，提高了生產(chǎn)效率、降低了生產(chǎn)成本，且廢水排放的處理量明顯減少，經(jīng)處理后的廢水中不含有國家限排的有毒、有害危險污染物。
新型鋁型材前處理介質(zhì)的各項性能指標，從對比表中明顯看出，不論是加工方法、工藝性能、環(huán)保性能、節(jié)能降耗，還是最終噴涂后的產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性能（干濕附著力），完全可以替代現(xiàn)在的、傳統(tǒng)的加工工藝方法，為此，新型鋁型材前處理介質(zhì)及加工工藝的推廣與使用，將是中國乃至世界鋁型材表面處理行業(yè)的一次飛躍。
