1 國內(nèi)外相關(guān)產(chǎn)品標準中對預(yù)處理的規(guī)定
1、GB/T 23443-2009《建筑裝飾用鋁單板》、GB/T 23444－2009《金屬及金屬復(fù)合材料吊頂板》、GB/T 22412－2008《普通裝飾用鋁塑復(fù)合板》、JG/T ×××－××××《建筑幕墻用鋁蜂窩板》、JG/T ×××－××××《普通裝飾用鋁蜂窩板》五標準中對涂層性能有要求，但對預(yù)處理未作要求。
2、GB/T 17748－2008《建筑幕墻用鋁塑復(fù)合板》中提到鋁材應(yīng)進行預(yù)處理，但無具體要求。
3、GB 5237.4－2008和GB 5237.5－2008中規(guī)定型材的預(yù)處理應(yīng)符合GB/T 8013.3－2007中第5章的規(guī)定執(zhí)行。GB/T 8013.3－2007中對無鉻化學(xué)轉(zhuǎn)化預(yù)處理、鉻酸鹽或磷鉻酸鹽化學(xué)轉(zhuǎn)化預(yù)處理、陽極氧化預(yù)處理都有所規(guī)定，其中對無鉻化學(xué)轉(zhuǎn)化預(yù)處理未提出具體的指標要求，而對于鉻酸鹽轉(zhuǎn)化膜和磷鉻酸鹽轉(zhuǎn)化膜的單位面積膜層質(zhì)量、陽極氧化預(yù)處理膜的膜層厚度有具體的指標要求。
4、AAMA 2604-05、AAMA 2605-05中對產(chǎn)品的化學(xué)轉(zhuǎn)化預(yù)處理有規(guī)定，并對鉻酸鹽轉(zhuǎn)化膜的單位面積膜層質(zhì)量提出了具體的指標要求。
5、Qualicoat中對鉻酸鹽化學(xué)轉(zhuǎn)化預(yù)處理、磷鉻酸鹽化學(xué)轉(zhuǎn)化預(yù)處理、陽極氧化預(yù)處理都有所規(guī)定，而且對于鉻酸鹽轉(zhuǎn)化膜和磷鉻酸鹽轉(zhuǎn)化膜的單位面積膜層質(zhì)量、陽極氧化預(yù)處理膜的膜層厚度有具體的指標要求。同時還規(guī)定預(yù)處理過程中的酸洗（或堿洗）工序中應(yīng)有一定的鋁耗，要求刻蝕量至少為1g/m2，在海邊使用產(chǎn)品的預(yù)處理，其刻蝕量至少為2g/m2。
6、BS EN 12206:2004中對鉻酸鹽化學(xué)轉(zhuǎn)化預(yù)處理和磷鉻酸鹽化學(xué)轉(zhuǎn)化預(yù)處理有規(guī)定，并對鉻酸鹽轉(zhuǎn)化膜和磷鉻酸鹽轉(zhuǎn)化膜的單位面積膜層質(zhì)量提出了具體的指標要求。
目前國內(nèi)外標準中對于無鉻轉(zhuǎn)化處理膜一般都未規(guī)定膜層厚度，但對于鉻化膜、磷－鉻化膜和陽極氧化膜的厚度，在有些國內(nèi)外標準中還是有規(guī)定的，表1中列出了國內(nèi)外各標準中對鉻化膜、磷－鉻化膜和陽極氧化膜厚度的規(guī)定。
表1
|
標準或規(guī)范 |
鉻化膜的厚度，g/m2 |
磷－鉻化膜的厚度，g/m2 |
陽極氧化膜厚度，μm |
|
GB/T 23443-2009 |
－ |
－ |
－ |
|
GB/T 23444－2009 |
－ |
－ |
－ |
|
GB/T 22412－2008 |
－ |
－ |
－ |
|
JG/T ×××《建筑幕墻用鋁蜂窩板》 |
－ |
－ |
－ |
|
JG/T ×××《普通裝飾用鋁蜂窩板》 |
－ |
－ |
－ |
|
GB/T 17748－2008 |
－ |
－ |
－ |
|
GB 5237.4－2008和GB 5237.5－2008 |
0.4～1.0 |
0.4～1.2 |
3～8 |
|
Qualicoat:2009 |
0.6～1.2 |
0.6～1.5 |
3～8 |
|
BS EN 12206:2004 |
0.4～1.0 |
0.4～1.2 |
|
|
AAMA 2604-05 |
≥0.323 |
－ |
－ |
|
AAMA 2605-05 |
≥0.341 |
－ |
－ |
2 預(yù)處理的作用
噴涂前的預(yù)處理工序是鋁合金型材有機聚合物噴涂生產(chǎn)中必不可少的工序，它對于鋁及鋁合金有機聚合物噴涂產(chǎn)品有至關(guān)重要的作用，它可以提高噴涂產(chǎn)品的最終性能，主要表現(xiàn)為以下兩點：
（1）增加有機涂層與底材之間的附著性，確保涂層與底材牢固粘結(jié)。
（2）起保護作用，增強噴涂產(chǎn)品的耐腐蝕性能，確保產(chǎn)品在實際使用過程中不容易被腐蝕，提高抗涂層下絲狀腐蝕性能。
3 預(yù)處理的種類
美國ASTM D1730-67“噴漆用鋁及鋁合金預(yù)處理標準”中列出了四種預(yù)處理方式：
A類為溶劑清洗處理，其方法包括人工擦洗或浸漬、溶劑噴淋、蒸汽脫脂處理等；
B類為化學(xué)處理，其方法包括堿洗、硫酸－鉻酸蝕洗、晶態(tài)磷化處理、非晶態(tài)磷化處理、碳酸鹽－鉻酸鹽處理和鉻化處理等；
C類為陽極氧化處理，其方法包括硫酸陽極氧化處理和鉻酸陽極氧化處理等；
D類為機械處理，其方法包括手動或電動金屬刷或其他打磨處理、噴砂處理等。
在這四類預(yù)處理方式中，A類溶劑清洗處理、B類的堿洗和硫酸－鉻酸蝕洗、D類機械處理可作為清洗處理的方法，根據(jù)產(chǎn)品的最終使用條件不同，在這些清洗處理之后通常應(yīng)進行化學(xué)轉(zhuǎn)化處理，B類的晶態(tài)磷化處理、非晶態(tài)磷化處理、碳酸鹽－鉻酸鹽處理、鉻化處理和C類陽極氧化處理是化學(xué)轉(zhuǎn)化處理的方法，可在鋁材表面生成一層具有保護作用和增加漆膜附著性的轉(zhuǎn)化膜。
對于建筑用鋁及鋁合金有機聚合物噴涂產(chǎn)品的預(yù)處理通常應(yīng)進行化學(xué)轉(zhuǎn)化處理，因此我們習(xí)慣于按轉(zhuǎn)化處理的種類來劃分預(yù)處理種類，目前預(yù)處理種類主要可以分為以下幾大類：
1、鉻酸鹽預(yù)處理，其中包括鉻酸鹽處理（通常稱為鉻化處理）和鉻酸鹽－磷酸鹽處理（通常稱為磷－鉻化處理）；
2、陽極氧化預(yù)處理；
3、其他無鉻化預(yù)處理，其中包括鈦－鋯體系無鉻化預(yù)處理、稀土（鈰）體系預(yù)處理、硅烷體系預(yù)處理鉬酸鹽化學(xué)轉(zhuǎn)化處理、鈷鹽轉(zhuǎn)化處理、鋰鹽轉(zhuǎn)化處理和高錳酸鹽化學(xué)轉(zhuǎn)化處理等處理方式。
4 預(yù)處理工藝
4.1 鉻酸鹽預(yù)處理工藝
鉻酸鹽預(yù)處理工藝在GB/T 17460-1998《化學(xué)轉(zhuǎn)化膜鋁及鋁合金上漂洗和不漂洗鉻酸鹽轉(zhuǎn)化膜》（該標準修改采用ISO 10546：1993）中已有規(guī)定，鉻酸鹽預(yù)處理工藝是鋁及鋁合金噴涂產(chǎn)品中最常用的一種化學(xué)轉(zhuǎn)化處理工藝，目前鉻酸鹽預(yù)處理工藝仍然是建筑用鋁型材噴涂處理中主要的預(yù)處理工藝，鉻酸鹽預(yù)處理工藝成熟，操作比較簡便，易于控制，采用鉻酸鹽預(yù)處理工藝的噴涂產(chǎn)品性能優(yōu)良，涂層附著性和產(chǎn)品的耐腐蝕性佳。
（1）鉻酸鹽處理典型工藝流程
（2）工件表面要求及清洗處理
工件在鉻化處理或磷－鉻化處理前必須清洗，必要時還應(yīng)進行酸洗，以確保待處理工件表面應(yīng)清潔，基本無氧化物、金屬切屑、磨塵、油、脂、潤滑劑、手汗等不利于噴涂處理的污物。
（3）鉻酸鹽處理工藝要求
非鋁金屬材料不得與鋁及鋁合金材料在同一鉻化處理溶液或磷－鉻化處理溶液中處理，以免原電池腐蝕。
鉻化處理或磷－鉻化處理通常采用浸漬（攪拌或不攪拌）、噴淋、涂抹等技術(shù)實現(xiàn)。鉻化處理溶液或磷－鉻化處理溶液通常是酸性的，含有六價鉻和/或三價鉻的鹽，以及對轉(zhuǎn)化膜外觀和硬度產(chǎn)生影響的其他一些組分。因此，轉(zhuǎn)化膜類型和顏色決定于鉻化處理溶液或磷－鉻化處理溶液的組成，但它們也受溶液pH值、溫度、處理時間、溶液攪拌以及被處理合金的特性和表面狀況的影響。
鉻化處理或磷－鉻化處理最后一道水洗應(yīng)在電導(dǎo)率低于30μm/cm（20℃時）的去離子水中漂洗。如果在鉻化處理或磷－鉻化處理最后一道水洗為熱水漂洗，則漂洗的時間應(yīng)盡可能短，以防止六價鉻溶解。轉(zhuǎn)化處理后工件的干燥溫度是需要控制的工藝參數(shù)，在工件表面測量的干燥溫度不能太高，以免過度脫水。對于鉻酸鹽膜（不含磷酸鹽）的干燥溫度不應(yīng)超過65℃；對于鉻酸鹽－磷酸鹽膜的干燥溫度不應(yīng)超過85℃；對于采用兩次干燥的工藝，第一次干燥的溫度應(yīng)不超過65℃，第二次干燥的溫度通常為100℃～110℃。
鉻化處理或磷－鉻化處理后的工件存放時間一般不應(yīng)超過16h，通常在預(yù)處理之后應(yīng)立即進行噴涂處理，否則將可能影響噴涂膜的附著性。
（4）單位面積膜層質(zhì)量及其檢測方法
轉(zhuǎn)化膜的厚度對于轉(zhuǎn)化膜的用途及性能是有重要影響的，是在有機聚合物噴涂生產(chǎn)過程應(yīng)加以控制的指標，由于轉(zhuǎn)化膜的厚度通常都比較小，因此通常是采用單位面積膜層質(zhì)量來考察轉(zhuǎn)化膜的厚度。
采用鉻化處理可以獲得多種類型、不同用途的膜層，從膜層厚度上大致可分為三類：
第一類是耐蝕性最好的棕色厚膜；
第二類是適用于作為有機涂層底層的黃色中等厚度的膜（黃色膜顏色包括從彩虹淡黃色到金黃色）；
第三類是導(dǎo)電性能最好的無色薄膜。
采用磷－鉻化處理可以獲得顏色從無色到綠色的膜層。膜層的顏色及其均勻性，因合金種類、工件表面狀況而異。表面的彩虹色和區(qū)域間顏色深淺存在差異是正常的。
表2列出了通常情況下，不同單位面積膜層質(zhì)量所對應(yīng)的膜層的顏色以及膜層的防腐性能。
表2
|
膜層種類 |
單位面積膜層質(zhì)量，g/m2 |
顏色 |
防腐性能 |
|
鉻酸鹽膜（鉻化膜） |
0.05～0.2 |
無色 |
微弱的耐腐蝕性，絕緣性能差 |
|
0.2～1.3 |
黃色 |
中等耐腐蝕性，通常可用于涂層的底層 |
|
|
1.3～3 |
棕色 |
耐腐蝕性最好，通常直接作為裝飾膜層使用 |
|
|
鉻酸鹽－磷酸鹽膜（磷－鉻化膜） |
0.05～0.2 |
無色 |
中等耐腐蝕性，通?？捎糜谕繉拥牡讓?/p> |
|
0.2～2 |
淡綠色 |
||
|
2～5 |
綠色 |
①、我國GB 5237.4-2008、GB 5237.5-2008和英國BS EN 12206:2004中規(guī)定：
Ａ、鉻酸鹽膜（鉻化膜）單位面積膜層質(zhì)量為0.4～1.0g/m2，
Ｂ、鉻酸鹽－磷酸鹽膜（磷－鉻化膜）單位面積膜層質(zhì)量為0.4～1.2g/m2。
②、Qualicoat中規(guī)定：
Ａ、鉻酸鹽膜（鉻化膜）單位面積膜層質(zhì)量為0.6～1.2g/m2，
Ｂ、鉻酸鹽－磷酸鹽膜（磷－鉻化膜）單位面積膜層質(zhì)量為0.6～1.5g/m2。
單位面積膜層質(zhì)量可按GB/T 9792《金屬材料上的轉(zhuǎn)化膜 單位面積上膜層質(zhì)量的測定重量法》中規(guī)定的相關(guān)方法進行檢測，新鮮轉(zhuǎn)化膜的具體檢測方法如下：
風(fēng)干試樣（面積為A），用分析天平稱量，精確到0.1mg（質(zhì)量為m1）。將試樣浸于（1+1）硝酸溶液中，在室溫下保持1min。取出試樣立即在潔凈的流動水中漂洗，然后用蒸餾水中漂洗，迅速干燥，再稱量（質(zhì)量為m2）。
單位面積膜層質(zhì)量計算公式如下：
mA=10×（m1-m2）/A
式中：
mA——單位面積膜層質(zhì)量，單位為克每平方米（g/m2）；
m1——有轉(zhuǎn)化膜的試樣的質(zhì)量，單位為毫克（mg）；
m2——溶解退膜之后的試樣的質(zhì)量，單位為毫克（mg）；
A——試樣覆膜表面的面積，單位為每平方厘米（cm2）
4.2 陽極氧化預(yù)處理工藝
陽極氧化預(yù)處理工藝目前我國應(yīng)用還比較少，在我國GB/T 8013.3－2007和歐洲規(guī)范Qualicoat中對硫酸陽極氧化預(yù)處理工藝進行了相關(guān)規(guī)定，采用硫酸陽極氧化預(yù)處理工藝生產(chǎn)的噴涂產(chǎn)品，其耐沖擊性、抗杯突性和抗彎曲性相對差一些，但產(chǎn)品的膜下絲狀腐蝕性能優(yōu)良，可以說是目前幾類比較常見的預(yù)處理工藝中，耐膜下絲狀腐蝕性能最好的一種有機聚合物噴涂預(yù)處理工藝。以下就硫酸陽極氧化預(yù)處理工藝進行介紹。
（1）鋁型材陽極氧化預(yù)處理典型工藝流程
（2）工件表面要求及清洗處理
工件在陽極氧化處理前必須清洗，以除去可能對陽極氧化處理帶來不利影響的各種雜質(zhì)，確保待處理工件表面的清潔。
（3）陽極氧化預(yù)處理工藝要求
進行陽極氧化預(yù)處理應(yīng)選擇合適的陽極氧化工藝條件，通?？砂匆韵鹿に嚄l件進行陽極氧化處理：
硫酸濃度： 180～220g/L；
鋁離子含量： 5～15g/L；
陽極氧化溫度： （20℃～30℃）±1℃；
電流密度： 0.8～2.0A/dm2。
為了確保槽液均勻，在陽極氧化處理過程中，槽液應(yīng)進行攪拌。陽極氧化處理后，工件應(yīng)在電導(dǎo)率低于30μm/cm（20℃時）的去離子水中清洗；為了確保去除陽極氧化膜中的酸液，清洗時間必須充分。
制備的陽極氧化膜的厚度應(yīng)控制在3～8μm。陽極氧化處理后的工件存放時間一般不應(yīng)超過16h，通常在預(yù)處理之后應(yīng)立即進行噴涂處理，否則將可能影響噴涂膜的附著性。
4.3 鈦－鋯體系無鉻預(yù)處理工藝
由于全球環(huán)保意識的加強，無鉻化學(xué)轉(zhuǎn)化技術(shù)的開發(fā)有很大的進展，目前已開發(fā)出多種體系的無鉻轉(zhuǎn)化技術(shù)，其中鈦－鋯體系無鉻轉(zhuǎn)化技術(shù)工業(yè)實踐時間最長，工藝也相對比較成熟。
（1）鈦－鋯體系無鉻處理典型工藝流程
（2）工件表面要求及清洗處理
工件在鈦－鋯體系無鉻處理前必須清洗，必要時還應(yīng)進行酸洗，以確保待處理工件表面清潔，基本無氧化物、金屬切屑、磨塵、油、脂、潤滑劑、手汗等不利于噴涂處理的污物。
（3）鈦－鋯體系無鉻處理工藝要求
鈦－鋯體系無鉻處理工藝因各預(yù)處理液供應(yīng)商的配方不同而異，其轉(zhuǎn)化膜顏色通常為無色或淡藍色，目前各國標準都沒有具體規(guī)定無鉻化學(xué)轉(zhuǎn)化處理膜的厚度，各生產(chǎn)廠家都是根據(jù)預(yù)處理液供應(yīng)商提供的技術(shù)要求來控制轉(zhuǎn)化膜的厚度。鈦－鋯體系無鉻轉(zhuǎn)化膜厚度通常比鉻酸鹽轉(zhuǎn)化膜的厚度低，有些預(yù)處理液供應(yīng)商要求鈦－鋯體系無鉻處理液生成的轉(zhuǎn)化膜單位面積膜層質(zhì)量只需0.03～0.18g/m2即可。
鈦－鋯體系無鉻處理通常采用浸漬（攪拌或不攪拌）、噴淋等技術(shù)實現(xiàn)。無鉻化學(xué)轉(zhuǎn)化處理的化學(xué)氧化能力遠低于鉻酸鹽轉(zhuǎn)化處理，因此化學(xué)前處理的選擇應(yīng)該更加嚴格，要求表面潔凈程度更高以解決表面的可能污染，并防止金屬鋁的表面預(yù)先生成某些不溶性化合物。為了實現(xiàn)這一要求，通常在化學(xué)轉(zhuǎn)化處理之前應(yīng)至少進行兩道水洗，并且在化學(xué)轉(zhuǎn)化處理之前的最后一道水洗應(yīng)采用電導(dǎo)率低于30μm/cm（20℃時）的去離子水（有些槽液供應(yīng)商推薦去離子水的電導(dǎo)率應(yīng)低于50μm/cm）漂洗。鈦－鋯體系無鉻轉(zhuǎn)化處理之后的最后一道水洗也應(yīng)在電導(dǎo)率低于30μm/cm（20℃時）的去離子水中漂洗。鈦－鋯體系無鉻處理后的工件存放時間一般不應(yīng)超過16h，通常在預(yù)處理之后應(yīng)立即進行噴涂處理，否則將可能影響噴涂膜的附著性dalilvcai.com。
5 預(yù)處理工藝有關(guān)環(huán)保方面的思考
眾所周知，六價鉻的環(huán)境危害極其嚴重，六價鉻對皮膚有嚴重的刺激性，能造成皮膚潰瘍，長期攝入將引起扁平上皮癌、肉瘤、乳腺癌等多種疾病。六價鉻不容易分解處理，在生物體和人體內(nèi)積聚，其危害的潛伏期很長，是一種毒性極強的致癌物。由于傳統(tǒng)的鉻酸鹽轉(zhuǎn)化處理技術(shù)生成的轉(zhuǎn)化膜含有六價鉻，各國政府制定了一系列政策在某些領(lǐng)域限制采用此種工藝，其中最具影響的是：2003年2月13日，歐盟通過的“關(guān)于在電氣電子設(shè)備中限制使用六價鉻等6種有毒有害物質(zhì)的RoHS指令”，這一指令主要是針對電氣電子設(shè)備產(chǎn)品。在其他領(lǐng)域，例如航空航天、建筑鋁合金門窗幕墻領(lǐng)域，目前還沒有見國外相關(guān)政策報道。但是從這一系列的環(huán)保政策中，我們可以看到各國政府對六價鉻造成環(huán)境污染的重視，含六價鉻的預(yù)處理工藝慢慢被淘汰將可能成為一種趨勢。國外早已經(jīng)在開發(fā)研究無鉻化學(xué)轉(zhuǎn)化技術(shù)，并已經(jīng)應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)，據(jù)有關(guān)資料介紹，歐洲目前在室外使用的鋁材有機聚合物噴涂方面，無鉻化處理的比例約占30％左右，與十年前比較，采用無鉻處理技術(shù)的比例有所提高。
國內(nèi)許多地方政府考慮到傳統(tǒng)的鉻酸鹽轉(zhuǎn)化處理工藝中六價鉻的環(huán)境危害性，以及治理和監(jiān)管的困難，紛紛出臺嚴格限制采用傳統(tǒng)的鉻酸鹽轉(zhuǎn)化處理工藝的環(huán)境政策。而目前我國無鉻化學(xué)轉(zhuǎn)化處理工藝的應(yīng)用比例還很低，實際上還處于試驗、中試或范圍不大的工業(yè)應(yīng)用階段，據(jù)報道還不斷出現(xiàn)質(zhì)量紛爭。為此，鋁材生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)在保證噴涂產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，關(guān)注無鉻預(yù)處理工藝技術(shù)的發(fā)展，分析研究應(yīng)用無鉻預(yù)處理工藝技術(shù)的可行性，盡快解決鉻酸鹽處理工藝中六價鉻對環(huán)境造成污染的問題,大瀝鋁材網(wǎng)。
為了盡早解決六價鉻對環(huán)境污染的問題，我們除了自己應(yīng)積極的進行試驗研究之外，還應(yīng)關(guān)注外國的發(fā)展，借鑒國外的經(jīng)驗與技術(shù)。有機聚合物噴涂前的無鉻化學(xué)轉(zhuǎn)化處理工藝，目前國外的主要研究方向和工業(yè)化應(yīng)用方面，大體為鈦－鋯體系、稀土體系和有機硅烷體系三方面。鈦－鋯體系的無鉻化學(xué)轉(zhuǎn)化處理工藝，國外已經(jīng)在工業(yè)上推廣應(yīng)用多年，尤其在歐洲的鋁罐、室內(nèi)散熱器和某些鋁輪轂等方面已經(jīng)廣泛使用，但在建筑鋁門窗涂裝前的化學(xué)轉(zhuǎn)化處理中應(yīng)用的還不是很多。
鈦－鋯體系無鉻化學(xué)轉(zhuǎn)化處理，應(yīng)該說是目前國際上比較成熟的無鉻轉(zhuǎn)化處理工藝，但鈦－鋯系處理后表面沒有明顯的顏色區(qū)分，給生產(chǎn)帶來一定的不便。
近年，美國的一些研究院校和國內(nèi)的一些大學(xué)正在研究有機硅烷表面處理工藝，并已取得實質(zhì)性的進展。有機硅烷處理工藝或許是值得我們期待的另一個發(fā)展方向dalilvcai.com。
總結(jié)：本文介紹了鋁及鋁合金有機聚合物噴涂產(chǎn)品預(yù)處理的作用和種類，并分別介紹了鉻酸鹽預(yù)處理工藝、陽極氧化預(yù)處理工藝和鈦－鋯體系無鉻預(yù)處理工藝等技術(shù)的相關(guān)內(nèi)容，本文最后對預(yù)處理工藝有關(guān)環(huán)保方面的問題進行了思考，建議各生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)關(guān)注無鉻預(yù)處理工藝技術(shù)的發(fā)展，分析研究應(yīng)用無鉻預(yù)處理工藝技術(shù)的可行性，盡快解決鉻酸鹽處理工藝中六價鉻對環(huán)境造成污染的問題。
