1.前言

鋁及其合金因其很多優(yōu)越性能，已成為有色金屬中使用量最大、應(yīng)用面最廣的金屬材料，其使用范圍遍及各個行業(yè)。鋁合金產(chǎn)品必須經(jīng)過表面處理，以改善其表面性能、擴大其應(yīng)用范圍、延長其使用壽命。在陽極氧化后進行封孔的處理工藝中，封孔質(zhì)量的好壞直接決定鋁合金產(chǎn)品的性能及使用壽命。常溫、中溫以及普通的高溫封孔劑在工業(yè)生產(chǎn)已應(yīng)用多年，但隨著鋁合金高端產(chǎn)品的開發(fā)，特別是國內(nèi)外光伏產(chǎn)品太陽能邊框的生產(chǎn)，普通的封孔工藝已不能滿足其高品質(zhì)的要求，我公司SBA-607G高溫封孔劑是一種單組份固體，經(jīng)過大量的實驗和市場生產(chǎn)的檢驗，以其卓越的封孔效果、簡單易操作的工藝、實惠的成本獲得市場的一致好評，并已在市場大面積投入使用。

2.常溫和中溫及沸水封孔在特種型材特別是在太陽能邊框鋁材的生產(chǎn)上存在的不足

太陽能的鋁合金邊框使用壽命一般要在10年以上，并且因其一直暴露在各種惡劣的自然環(huán)境中，所以它必須具有非常好的品質(zhì)，必須能經(jīng)受起高溫、超長時間的強光暴曬、風(fēng)雨及各種鹽霧大氣的腐蝕以及沙塵的磨損。而最早的沸水封孔因?qū)λ|(zhì)的要求高、封孔時間長、能耗大已基本無廠家使用；普通的常溫封孔和中溫封孔在耐腐蝕性能、耐膜裂性能、耐磨性、耐候性、貼膜性能等方面都難以達到邊框的品質(zhì)要求。諸如常溫封孔耐膜裂最高溫度約50℃，中溫耐膜裂最高約70-75℃，而太陽能邊框的耐膜裂溫度要求是最低82℃。

3.關(guān)于新型高溫封孔劑的獨特成份的研究

新型高溫封孔劑是在中溫的基礎(chǔ)上進一步提高封孔質(zhì)量的一種新產(chǎn)品。其主成份是復(fù)合鎳鹽，通過實驗配以更為特別的抑灰劑、PH值緩沖劑、表面活性劑、促進劑等，而具有更為優(yōu)異的封孔品質(zhì)。

3.1 抑灰劑的選擇

封孔灰是封孔過程常常會出現(xiàn)的問題，通常都是加入抑灰劑。抑灰劑通常是一些大分子的有機物，如木質(zhì)磺酸鹽、聚丙烯酸、糊精、羥基羧酸以及磷酸鹽等，用量一般是封孔劑的2%左右。大量實驗證明，采用一種較低分子量的醇類化合物（A）既能抑制封孔灰的形成，又不影響鎳在膜孔中的沉積，抑灰效果良好。實驗中，在同一成份、相同溫度的基礎(chǔ)槽液的五個小槽中，分別同時加入同等含量的某種木質(zhì)磺酸鹽、聚丙烯酸、糊精、苯異硫脲以及A，并逐漸增加其含量。實驗采用同一前處理及氧化工藝的同一膜厚的鋁材，保證統(tǒng)一足夠超長的封孔時間，結(jié)果發(fā)現(xiàn)只有抑灰劑A效果最好，其最適宜的濃度為1%，再增加含量作用不明顯。但另外幾種抑灰劑效果差于A，濃度繼續(xù)增加反而改變鋁材表面光度及顏色。以標準膜厚10um為例，溫度90℃，封孔時間15分鐘，實驗結(jié)果見表1。

表1 不同品種抑灰劑的處理效果

3.2 獨特成份的PH值緩沖劑

不同工藝的封孔，因槽液成份的不同，參與反應(yīng)的物質(zhì)不一樣，其封孔過程中的反應(yīng)和原理會有差異，這種差異影響槽液PH值的不同變化，常規(guī)生產(chǎn)中常溫封孔會使PH值上升，而中溫封孔則導(dǎo)致PH值會下降，為了保證生產(chǎn)過程中PH值的穩(wěn)定，封孔劑廠家都會在封孔劑中添加PH值緩沖劑。同樣，高溫封孔過程中，槽液PH值也會發(fā)生變化，如何穩(wěn)定PH值選擇適宜的緩沖劑是關(guān)鍵。

PH值緩沖劑一般是某種弱酸與其酸鹽或弱堿與其弱堿鹽按一定比例的混合物，反應(yīng)中通過弱酸或弱堿與其鹽的相互作用而起到PH值平衡的結(jié)果。多次實驗結(jié)果顯示，高溫封孔采用某種弱堿及其鹽的緩沖劑，緩沖性能最好。以醋酸鹽緩沖劑、檸檬酸鹽緩沖劑及弱堿性B緩沖劑和弱堿性銨鹽緩沖劑結(jié)果為例，槽液在加入同等量的緩沖劑，連續(xù)生產(chǎn)同等面積、同等膜厚的鋁材，不同時間的PH值變化結(jié)果見表2。

表2 不同弱酸及弱堿緩沖劑的實驗效果

3.3 采用良好性能的表面活性劑、促進劑

表面活性劑是封孔劑的重要組成部分，使用適當(dāng)?shù)谋砻婊钚詣┯兄诜饪讜r鎳在膜孔中沉積，同時大大增加封孔后鋁表面的光滑度。但大多數(shù)活性劑泡沫很多，特別是在溫度高的情況下容易渾濁；有的活性劑有抑制封孔的副作用。實驗中，我們發(fā)覺陰離子表面活性劑肥皂類型的乳化泡沫太多；硫酸化物類型的則很容易產(chǎn)生沉淀；磺酸化物類型的耐槽液中的雜質(zhì)性能差，封孔過程中會在鋁材表面形成污垢。使用陽離子和非離子表面活性劑溶解性特別好，但在封孔中鋁材表面很容易變色，封孔失重和染色實驗都不理想。而一種甜菜堿非離子型表面活性劑，在不同PH值的槽液中都具有良好的溶解性和乳化性，對封孔的失重和染斑檢測效果極為良好，大大提高了封孔質(zhì)量。

新型高溫封孔的過程主要鎳在膜孔中沉積封孔，另外還伴隨著水合封孔的反應(yīng)。在封孔劑中加入獨特成份的促進劑，能加快鎳在膜孔中的沉積，同時還促進膜孔中水合氧化鋁的生成，顯著提高封孔速度；并對著色料和染色料具有優(yōu)良的封孔效果，不變色褪色；封孔后可以立即貼膜。在產(chǎn)品開發(fā)的過程中，實驗所采用的貼膠為一種常用封口膠帶，其粘性比市場太陽能邊框的貼膜粘性要高得多。鋁材封孔后立即貼膜，放入70℃恒溫爐烘烤72小時后絕不粘膠。促進劑還能同時絡(luò)合氧化槽以及著色槽帶入的有害離子，形成絮狀或極小顆粒，通過過濾除去，維持槽液的穩(wěn)定，促進封孔的進行。

4.生產(chǎn)工藝的研究

新型高溫封孔劑SBA-607G是一種單組份固體，生產(chǎn)過程中操作簡單，工藝容易控制。通過深圳華加日西林多年的使用，發(fā)覺其工藝主要控制鎳含量、PH值、溫度和封孔時間，并且PH值、溫度和封孔時間三者有一定的對應(yīng)關(guān)系。在華加日西林的生產(chǎn)取樣檢測歸納過程中，取樣都以標準膜厚20um銀白料，品質(zhì)檢測時間為封孔后2小時立即檢測。各個參數(shù)的影響主要以磷鉻酸失重檢測和膜裂實驗為標準。

4.1 鎳含量對封孔品質(zhì)的影響

新型高溫封孔的主要是復(fù)合鎳鹽的沉積封孔，生產(chǎn)實踐證明槽液中鎳的含量在0.8-1.2g/L之間，封孔失重檢測良好，鎳的含量繼續(xù)增大，封孔效果不會有更大的改善。見表3。

表3

4.2 PH值對失重的影響

封孔反應(yīng)中氫氧根與膜孔中向外擴散的鋁離子相遇，生成水合氧化鋁而在膜孔中沉積下來，封住膜孔，同時有H+析出，槽液的PH值會逐漸下降。在鎳的沉積和水合反應(yīng)的同時進行中，只有適宜的PH值才會促進鎳在膜孔中的沉積，提高封孔質(zhì)量和速度。大量的數(shù)據(jù)表明PH值的最佳范圍在5.0-5.7之間，見表4。

表4

4.3 溫度對封孔效果的影響

新型高溫封孔兼合鎳封孔和水合反應(yīng)的同時進行，而水合反應(yīng)必須槽液在較高的溫度下進行，但鎳封孔溫度較高時耐磨性、耐蝕性能反而會降低，如何促進水合反應(yīng)的進行，又能提高鎳封孔的品質(zhì)，適宜的封孔溫度是關(guān)鍵。實驗數(shù)據(jù)顯示槽液的溫度85-90℃最為適宜。太陽能邊框的另一個重要質(zhì)量要求就是耐膜裂性能。封孔溫度也是在85-90℃時，能有效提高氧化膜的抗熱裂性能，溫度再繼續(xù)升高作用不明顯。實驗時鋁材封孔后立即取樣，在恒溫箱中，從52℃開始起，以 6℃為一個階梯，逐漸提高溫度，每一階梯烘烤30分鐘，逐次仔細觀察鋁材表面氧化膜的變化情況，在觀察鋁材表面的時候切記不要將鋁材拿出烤箱，因為鋁材拿出烤箱溫度會迅速降低，表面膜裂紋會迅速收縮而難以觀察。封孔溫度與裂膜情況的實驗見表5：

表5

4.4 封孔時間對封孔效果的影響

封孔時間的控制與PH值和溫度有很大的關(guān)聯(lián)，較高PH值和較高的溫度，封孔時間相對縮短，反之則需較長。在生產(chǎn)中如果固定封孔時間，槽液PH值較低時溫度則需升高，PH值較高時溫度可以略低。對于常規(guī)工藝，封孔速度0.4min/um即可，時間延長效果不大。以太陽能邊框氧化膜厚20um鋁材為例，在槽溫85-90℃、PH值5.3-5.5，封孔失重與封孔時間的關(guān)系見表6。     

表6

5.結(jié)論

隨著光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，鋁合金太陽能邊框鋁材的質(zhì)量要求越來越高，特別是邊框在惡劣環(huán)境氣候下要求有很好的耐膜裂、耐腐蝕、耐風(fēng)沙磨損等性能。通過大量實驗和生產(chǎn)實踐，利用特殊成份的封孔促進劑、表面活性劑和抑灰劑等組成新型的單組分高溫封孔劑，大大提高了太陽能邊框的封孔質(zhì)量，優(yōu)化了邊框的各種耐候性能。從幾年客戶的生產(chǎn)情況來看，新型的高溫封孔劑使用方便，槽液穩(wěn)定，封孔效果良好，縮短了封孔時間,經(jīng)濟效益顯著，并得到了客戶的一致好評。

1.SBA-607G新型高溫封孔劑成份獨特，槽液穩(wěn)定，封孔速度快，具有常溫和中溫不可比擬的優(yōu)越性。

2. SBA-607G新型封孔劑能大大提高太陽能邊框的失重、貼膜、熱裂性以及耐腐蝕性能，為太陽能邊框的生產(chǎn)提供了有力保障。