引言
為了提高噴涂型材的附著性和耐蝕性，鋁型材噴涂前必須經(jīng)過表面預(yù)處理，由于鉻酸鹽處理技術(shù)其化學(xué)轉(zhuǎn)化膜具有優(yōu)異的耐蝕性能和良好的自修復(fù)能力以及與涂層良好的附著兼容性，生產(chǎn)操作及工藝控制比較簡易，因此，大多數(shù)鋁型材廠都采用鉻酸鹽表面處理技術(shù)。但隨著環(huán)境問題越來嚴峻，國內(nèi)外許多地方政府考慮到傳統(tǒng)的六價鉻及三價鉻對環(huán)境的危害性，以及治理和監(jiān)管的困難，紛紛出臺了嚴格限制采用傳統(tǒng)的含鉻鈍化工藝的環(huán)境政策。
因此，無鉻化表面處理技術(shù)在鋁型材企業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用是必然趨勢，國內(nèi)外都在致力于無鉻化技術(shù)方面的研究，目前應(yīng)用的無鉻化工藝主要有Zr-Ti系無鉻鈍化、硅烷處理、稀土金屬鈍化以及陽極氧化處理等[1]。但由于研究方向各異、研究實力參差不齊，無鉻鈍化工藝技術(shù)良莠不齊，加上應(yīng)用企業(yè)管理控制水平差異，企業(yè)在采用無鉻化表面處理技術(shù)時常遇到批量性脫涂等質(zhì)量事故及客戶投訴退貨，不僅給企業(yè)造成了經(jīng)濟損失，而且影響公司的信譽度，導(dǎo)致了企業(yè)在使用無鉻化處理技術(shù)有疑慮或失去信心。在此，本文將近5年的Zr-Ti系無鉻化鈍化工藝的應(yīng)用經(jīng)驗與大家分享。
一、Zr-Ti系無鉻化化學(xué)反應(yīng)機理
1.1 Zr-Ti系無鉻鈍化膜結(jié)構(gòu)
1.2 鈍化原理及化學(xué)成分
在無鉻鈍化液中存在無機和有機兩相，無機物通過與基底的反應(yīng)形成氟鋁絡(luò)合物，并且在金屬表面的液層中形成膠體熱力學(xué)不穩(wěn)定相，在反應(yīng)中一旦出現(xiàn)熱力學(xué)不平衡因素時，便促使反應(yīng)向產(chǎn)物一方進行，最終再次建立動力學(xué)平衡，從而在金屬表面迅速沉積一層納米陶瓷，納米陶瓷結(jié)構(gòu)示意圖及化學(xué)成分如下圖所示。產(chǎn)物中包括鋁氟化物、鋯、鈦與鋁的氧化物及其氫氧化物等等，同時反應(yīng)溶液中的有機物也同時發(fā)揮其雜化作用，與納米陶瓷協(xié)同沉積對金屬基底進行保護。在此反應(yīng)中形成的鈍化膜均勻、耐蝕性強，而且由于雜化作用，與金屬基底和有機涂層形成了優(yōu)異的結(jié)合力。
二、立式瀑布前處理噴涂生產(chǎn)線的工藝流程及各工序注意事項
2.1 立式鋁材噴涂生產(chǎn)線的工藝流程
2.2 各工序注意事項
1)上架：前處理脫脂無法去除的油污或臟物應(yīng)進行打磨或用乙醇、丙酮、乙二醇等溶劑進行清除。
2)水洗：上架后先經(jīng)過一道水洗槽，目的是減少型材的灰塵帶入脫脂槽，防止脫脂槽受到污染，減少其更換次數(shù)。
3)脫脂：
① 脫脂干凈與否對無鉻鈍化膜質(zhì)量好壞起到至關(guān)重要的作用，正常生產(chǎn)時預(yù)脫脂槽的槽液比脫脂槽更臟，預(yù)脫脂槽主要作用是除去型材表面的油污，而脫脂槽主要是對型材進一步腐蝕，提高型材的刻蝕量，歐洲Qualicoat標準對前處理刻蝕量要求大于1g/m2(海邊建筑使用前處理刻蝕量大于2g/m2)，刻蝕量的大小由鏈速(脫脂時間)、槽液溫度、游離酸濃度、F-電位及Al3+濃度決定。
② 設(shè)備故障、人為等因素導(dǎo)致停產(chǎn)中斷的時間過長時，脫脂槽及脫脂槽后純水洗槽之間的型材粘有槽液未能及時清洗干凈，對鈍化膜質(zhì)量的影響非常大，可能造成涂層附著性變差;為了避免此情況發(fā)生，可在此之間安裝聯(lián)動預(yù)警噴淋裝置，當停線時自動啟動噴淋裝置，及時把型材上的脫脂液沖洗干凈。
4)脫脂后純水洗：避免對無鉻鈍化槽液的污染，純水電導(dǎo)率要求小于80μs/cm，可采用電導(dǎo)率儀進行在線監(jiān)測。
5)無鉻鈍化： 鋁型材表面形成的鈍化膜性能主要體現(xiàn)在防腐蝕能力和噴涂涂層的附著性，鈍化膜質(zhì)量受游離酸度、電導(dǎo)率、Al3+濃度、pH、鈍化時間、槽液溫度等因素影響。鈍化膜膜重需要控制在合理的范圍內(nèi)。如果過低，則可能造成局部無鈍化膜，其耐腐蝕性得不到保障，大量試驗表明其水煮試驗會出現(xiàn)起泡;如果過高，鈍化膜則會出現(xiàn)疏松甚至起粉等不易察覺現(xiàn)象，造成涂層的附著力變差，其最典型表現(xiàn)為涂層耐沖擊性出現(xiàn)嚴重爆裂。因此，必須嚴格控制無鉻鈍化槽液的工藝參數(shù)，保證鈍化膜膜重在合理的范圍內(nèi)。
由于是連續(xù)生產(chǎn)，鈍化槽液濃度會不斷消耗而其Al3+則不斷積累，所連續(xù)生產(chǎn)中為了保證穩(wěn)定的工藝參數(shù)，可采用自動加藥裝置與自動排槽裝置保持槽液的工藝參數(shù)平衡。
在其他條件不變的情況下，溫度越高，鈍化膜膜重越大，而當溫度高于40℃時，由于其上膜速度過快，會造成鈍化膜質(zhì)量出現(xiàn)疏松等缺陷。因此，必須注意季節(jié)性溫度變化，槽液因冬夏季溫差過大時可對槽液進行恒溫控制或?qū)に噮?shù)及時進行調(diào)整。
在水盆不變的情況下，鈍化時間是由鏈速控制的，因此，必須要根據(jù)實際生產(chǎn)情況控制鏈速，避免因膜重過高或過低造成型材涂層性能下降。
由于瀑布立式前處理的特殊性，造成了型材下端的化學(xué)反應(yīng)速度比上端快，因此鈍化膜膜重下端比上端高，如表1所示，因此，在工藝制定時必須要注意型材全段的膜重是否在工藝控制范圍之內(nèi)，同時，必須要注意因設(shè)備故障、人為等因素導(dǎo)致停產(chǎn)中斷的時間過長時,鈍化液在型材上的反應(yīng)時間過長而引起膜重過高對附著性的影響。
6)鈍化后水洗：最后一道純水電導(dǎo)率控制在30μs/cm以下，采用電導(dǎo)率儀進行在線監(jiān)控。
7)烘干：烘干溫度控制在100℃以下，由鏈速控制烘干時間，保證型材充分烘干。
8)噴涂：換粉時，應(yīng)計算好所需要的空鏈長度，避免停鏈換粉時間過長導(dǎo)致膜重過高而引起型材附著力變差。
9)鋁型材性能檢驗：除每批次送樣按GB5237.4-2008、GB5237.5-2008進行性能檢測外，現(xiàn)場對型材的附著力進行抽查是非常必要的;采用老虎鉗彎曲型材端頭及對型材進行破壞性敲打彎曲(如圖3)是非常好的一種現(xiàn)場快速檢驗方法，經(jīng)過多年對無鉻化處理生產(chǎn)的摸索，個人認為此方法在現(xiàn)場快速檢驗附著力較為方便，不僅提高型材附著力檢驗頻率，同時，降低型材附著力性能不合格批量性報廢的風險。
三、結(jié)論
1、使用Zr-Ti系無鉻化前處理技術(shù)時必須做到精細化管理，實時監(jiān)控工藝參數(shù)的變化及設(shè)備運行狀況，才能確保產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性;
2、無論用何種方法檢測附著力，現(xiàn)場快速檢驗型材附著性是非常有必要的;
3、通過近5年的立式無鉻化前處理應(yīng)用，產(chǎn)品質(zhì)量非常穩(wěn)定，本人認為使用無鉻化前處理技術(shù)代替鉻化前處理技術(shù)是可行的。
