1. 前言
隨著市場競爭的日益激烈，用戶對鋁型材產(chǎn)品的種類和質(zhì)量要求不斷提高，使得鋁型材加工企業(yè)在產(chǎn)品種類上要不斷創(chuàng)新。其中，珍珠黑色鋁型材產(chǎn)品是在純黑色鋁型材產(chǎn)品的表面再涂裝一層透明電泳漆，使之擁有黑珍珠般的亮麗，因此深受各用戶的青睞，而珍珠黑色鋁型材的工藝控制較常規(guī)的香檳色和古銅色的生產(chǎn)控制難度更大，主要體現(xiàn)在生產(chǎn)時(shí)易出現(xiàn)顏色發(fā)紅、發(fā)灰、氧化膜剝落、漆膜表面無光澤或出現(xiàn)斑點(diǎn)等缺陷，無法滿足用戶的需求。本文就珍珠黑色鋁型材成功的生產(chǎn)工藝技術(shù)控制作個(gè)扼要介紹，以供同專家起個(gè)拋磚引玉的作用。
2. 珍珠黑色鋁型材的生產(chǎn)工藝流程
珍珠黑色鋁型材生產(chǎn)過程的原始材料為擠壓后經(jīng)人工時(shí)效處理后的鋁型材，在預(yù)處理采用AC酸性脫脂劑脫脂、堿洗、硫酸中和。鋁型材氧化著色處理，采用硫酸陽極氧化及單鎳鹽電解著色。其生產(chǎn)工藝流程如圖1所示。
圖1 珍珠黑色鋁型材生產(chǎn)工藝流程
Fig. 1The engineering flow sheet of the pearly black aluminium profiles
3. 生產(chǎn)工藝控制
3.1 合金化學(xué)成分控制
擠壓型材的材質(zhì)對著色的影響在古銅色鋁型材生產(chǎn)中已明顯表露出來，雜鋁含量過多易造成型材古銅色偏青、發(fā)灰和無光等技術(shù)質(zhì)量問題。因此，為了提高珍珠黑色鋁合金型材的質(zhì)量，必須嚴(yán)格地控制擠壓型材的合金成分，其中常用6063鋁合金的主要化學(xué)成分控制見表1所示。
表1 合金主要化學(xué)成分控制表
Table 1 The control of the alloying element
|
主要成分（％）
|
雜質(zhì)成分（％）
|
|||
|
Mg
|
Si
|
Fe
|
Cu
|
Zn
|
|
0.5～0.75
|
0.43～0.60
|
＜0.2
|
＜0.08
|
＜0.04
|
3.2 擠壓工藝控制
對6063鋁合金型材，國內(nèi)外普遍采用的是在擠壓機(jī)出料臺上風(fēng)冷淬火的熱處理技術(shù)，故要求擠壓件出模溫度必須達(dá)到淬火溫度，使Mg2Si強(qiáng)化相完全固溶。溫度過低，不能充分固溶；溫度過高會形成粗大的晶粒組織,尤其當(dāng)出口溫度超過595℃時(shí)，材料可能發(fā)生過燒和Mg2Si相富集析出，從而使型材在陽極氧化過程中造成氧化膜內(nèi)捕集Mg2Si而呈灰色，同時(shí)易形成粗大的再結(jié)晶組織，著色無光。因此，擠壓型材最佳出模溫度應(yīng)控制在515～530℃。
3.3 預(yù)處理工藝條件
預(yù)處理主要是指脫脂、堿洗、中和和水洗四個(gè)過程，表面預(yù)處理的目的主要是去除鋁型材表面油污、自然氧化膜。在預(yù)處理過程中，脫脂要干凈，若除油不徹底，易出現(xiàn)斑點(diǎn)。堿洗是預(yù)處理工藝中最關(guān)鍵的步驟，堿洗劑以及添加劑，反應(yīng)溫度、時(shí)間等不同程度地影響著鋁型材的表面光澤質(zhì)量。其主要工藝技術(shù)參數(shù)如表2所示。
表2 預(yù)處理的工藝參數(shù)表
Table 2 The technological parameter of the pretreatment
|
工序名稱
|
槽液成分
|
參數(shù)
|
溫度
(℃)
|
時(shí)間
(min)
|
|
脫脂
|
AC脫脂劑
|
2％～3％
|
25～35
|
3～5
|
|
水洗
|
自來水
|
室溫
|
1～3
|
|
|
堿蝕
|
NaOH
|
NaOH：45～55 g/L
Al3+：30～75 g/L
總堿度：150～165
|
50～60
|
2～4
|
|
水洗
|
自來水
|
PH≤12
|
室溫
|
1～3
|
|
水洗
|
自來水
|
PH≤10
|
室溫
|
1～3
|
|
中和
|
H2SO4
|
185～220g/L
|
室溫
|
3～5
|
在表2的工藝技術(shù)參數(shù)條件下，預(yù)處理的主要特點(diǎn)是：
(1) 腐蝕時(shí)間延長至新槽時(shí)的2倍也不會發(fā)生過腐蝕；
(2) 腐蝕時(shí)間延長至新槽時(shí)的2倍也不會發(fā)生過腐蝕；
(3) 腐蝕出來的型材光潔度優(yōu)于鋁離子含量更高時(shí)；
(4) 堿蝕溫度不宜高于6O℃，時(shí)間控制在2～4min內(nèi)。
3.4 氧化工藝條件
3.4.1 陽極氧化失光
黑色外觀的視覺黑色深度與表面光亮度有很大關(guān)系，材料越光亮，外觀越趨于純黑色。對于著純黑色的型材，要控制陽極氧化電流密度，在硫酸質(zhì)量濃度165～185g／L條件下，電流密度應(yīng)取120～140A／㎡為宜。電流密度越大，失光越嚴(yán)重，且氧化膜的孔隙率越小，不利于后道工序著色顆粒的電沉積。
3.4.2 氧化電壓
氧化時(shí)的初始電壓對氧化膜的結(jié)構(gòu)影響很大。電壓較高，所得氧化膜的孔徑增大，孔隙率減?。浑妷哼^高，使鋁制件的棱角邊緣處易被嚴(yán)重?fù)舸译娏饕矔^大，致使膜層十分粗糙，因此陽極氧化開始時(shí)，電壓應(yīng)逐步升高，軟升時(shí)間T2為90s為宜。在氧化過程中，電壓V1波動只允許1～2 V。而斷電時(shí)電壓V2大小往往被人忽視，在生產(chǎn)純黑色時(shí)斷電電壓大小也較為重要，若偏高則影響顏色的均一性，偏低在通電著色時(shí)易出現(xiàn)氧化膜剝落，設(shè)定在8～10V之間是較為合適的。氧化通電示意圖如圖2所示。
圖2 氧化通電示意圖
Fig.2 The standard oscillogram of anodic oxidation
3.4.3 氧化膜厚度
氧化膜厚度一般為13～18μm為宜，對于著純黑色，雖然著色顆粒沉積深度只有4～5μm，但如果著色顆粒離表面太淺，對光線衍射作用弱，顏色就會趨向于沉積金屬的灰黑本色。而氧化膜太厚，則膜內(nèi)易捕集灰色Mg2Si強(qiáng)化相，而影響著色。
3.4.4 槽液溫度
槽液溫度的高低會直接影響膜孔的大小，要生產(chǎn)純黑色，就必須確保單位面積內(nèi)的沉積量。在氧化溫度低于l8℃時(shí)，一般難以得到黑色，陽極氧化槽液溫度應(yīng)控制在21～22.5℃ ，最高應(yīng)不超過23.5℃。否則在后續(xù)工序湯洗及電泳涂裝時(shí)容易褪色。
3.5 著色工藝條件
3.5.1 槽液成分
單鎳鹽著色的優(yōu)點(diǎn)是不需要添加劑，著色均勻。但和錫鹽著色一樣，著純黑色槽液的金屬鹽濃度較生產(chǎn)古銅色的適當(dāng)高些，硫酸鎳（NiSO4.6H2O）的質(zhì)量濃度一般不低于140 g/L，硼酸的質(zhì)量濃度不低于35g/L,硫酸濃度要適當(dāng)?shù)托?，硫酸濃度高易?dǎo)致著色顆粒以疏松的形式沉積于氧化膜孔的外層及表面，外觀呈現(xiàn)黑中帶灰。為了降低槽液的酸度，可采用無氧化膜的光料通電除氫離子。
3.5.2 著色電壓與時(shí)間
單鎳鹽著色是利用整流器高速轉(zhuǎn)換電源極性，改變型材的陽極氧化膜的極性，從而使鎳離子沉積著色。它通電采用的波形如圖3所示。正極通電為活化氧化膜層，負(fù)極通電負(fù)責(zé)著色。要生產(chǎn)出純黑色表面的鋁材產(chǎn)品，不能單純提高電壓延長通電時(shí)間，因?yàn)槟宇伾S著色電壓升高而變深。這是由于膜微孔中沉積的金屬相對含量隨電解著色電壓升高而增加。但當(dāng)電解著色電壓過高時(shí)，著上的顏色較深易剝落，不穩(wěn)定，且在著色的過程中有氣泡產(chǎn)生。電壓低、時(shí)間長時(shí)又會因膜層起不到有利的活化作用而生產(chǎn)不出純黑色。因此，通電波形設(shè)定極為重要,在生產(chǎn)實(shí)踐中可利用不同的波形合并使用，如表3所示。
T－浸泡時(shí)間 ST+－正電壓軟升時(shí)間 ST-－負(fù)電壓軟升時(shí)間
V+－通電正電壓 V-－通電負(fù)電壓 n－波形重復(fù)次數(shù)
圖 3 著色波形示意圖
Fig.3 The sketch map of the coloring oscillogram
|
參數(shù)
|
T/s
|
ST+/s
|
T+/s
|
V+/v
|
ST-/s
|
T-/s
|
V-/v
|
n
|
|
波形一
|
30
|
4
|
6
|
20
|
25
|
75
|
18.5
|
2
|
|
波形二
|
0
|
6
|
8
|
20
|
14
|
50
|
18.0
|
8
|
表3 著色波形工藝參數(shù)表
Table 3 The coloring oscillogram parameters
波形重復(fù)的次數(shù)不宜過多，因?yàn)檎妷撼^氧化電壓，所形成具有整流作用的復(fù)合性氧化膜會反復(fù)擊穿破壞膜針孔結(jié)構(gòu)，金屬沉積在試樣表面，并不在針孔中，同時(shí)會造成氧化膜剝落。
3.6 電泳涂裝工藝條件
電泳涂裝是珍珠黑色型材能否呈現(xiàn)亮麗光澤的重要工序。首先要穩(wěn)定槽液成分，如固形份、電導(dǎo)率、胺克分子比及PH等。同時(shí)也必須確保漆膜厚度適當(dāng)，厚度過高易產(chǎn)生橘皮，厚度低無光澤，一般應(yīng)控制在7～9μm為宜。另外電壓不宜過高，純黑色表面漆膜的針孔視覺感容易放大，因此電壓較香檳與古銅色要低，控制在70～80V為宜。電泳涂裝工藝條件參數(shù)如表4所示。
表 4 電泳涂裝的工藝參數(shù)表
Table 4 The process parameters of electrophoretic coating
|
項(xiàng)目
|
控制范圍
|
|
液溫℃
|
18～24
|
|
固形分質(zhì)量分?jǐn)?shù)（%）
|
6.0～8.0
|
|
PH
|
7.8～8.3
|
|
電導(dǎo)度μS/CM
|
460～660
|
|
胺值／mg
|
27～35
|
|
酸值／mg
|
22～28
|
3.7 成品包裝的質(zhì)量要求
由于珍珠黑型材表面具有特殊的鏡面折光，檢驗(yàn)與包裝時(shí)工作人員均必須佩戴手套，否則容易留下手印，雖可擦除，但影響產(chǎn)品的表面外觀光澤效果。
4. 結(jié)語
珍珠黑色鋁合金型材生產(chǎn)工藝技術(shù)比較復(fù)雜，它不單要精確控制氧化、著色、電泳涂裝等各工序的工藝技術(shù)參數(shù)，還必須確保擠壓型材的優(yōu)良質(zhì)量狀況。只有嚴(yán)格控制生產(chǎn)工藝參數(shù)，才能提高并穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量，生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)的珍珠黑色鋁合金型材。
