吳冠群

（福建萬(wàn)安實(shí)業(yè)集團(tuán)有限公司，福建漳州 363002）

鋁合金型材是許多行業(yè)廣泛應(yīng)用的材料之一，實(shí)際應(yīng)用中會(huì)因用途不同對(duì)其防腐性能及其他功能有特殊要求，這需要對(duì)鋁材的表面進(jìn)行一定處理，鋁材的負(fù)電位性質(zhì)導(dǎo)致其極易腐蝕，特別是與另一類(lèi)金屬接觸，更會(huì)加重鋁腐蝕程度。所以，進(jìn)行表面處理主要目的是防止鋁材腐蝕以延長(zhǎng)其使用壽命[1]。靜電粉末噴涂鋁合金型材是一種常用的表面處理，這種處理方法的抗腐蝕性能好，處理后的鋁材耐酸堿鹽霧能力優(yōu)異。鋁合金材料靜電粉末噴涂技術(shù)具有綠色環(huán)保、占地小的特點(diǎn)，特別是其工藝簡(jiǎn)潔、便于操作、節(jié)約材料損耗。

1 鋁合金型材靜電粉末噴涂的特點(diǎn)

（1）工藝流程簡(jiǎn)單。整個(gè)噴涂過(guò)程使用的儀器具有較高的自動(dòng)化程度，噴涂的一些環(huán)節(jié)已能夠?qū)崿F(xiàn)電腦控制，使得噴涂操作的難度顯著降低，不用借助太多的輔助設(shè)備。

（2）成品率高。在措施充分的條件下，噴涂獲得滿意產(chǎn)品的成功率較高，極大限度地壓縮了不合格產(chǎn)品數(shù)量。

（3）能耗顯著降低。傳統(tǒng)的陽(yáng)極氧化與電泳法過(guò)程會(huì)消耗大量的水電資源，尤其在氧化過(guò)程中，表面處理每噸鋁合金型材消耗的電量達(dá)到約1 000 kW/h，靜電粉末噴涂減少的輔助設(shè)施也在很大程度上降低了電耗[2]。

（4）環(huán)境效益良好，基本不污染水和大氣。噴涂過(guò)程不會(huì)使用片堿、硫酸等污染物質(zhì)，這種環(huán)保效益的提升有助于鋁合金型材在塑鋼型材市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)，不使用環(huán)境危害大的物質(zhì)，也在一定程度上降低了生產(chǎn)成本。

（5）有效降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。整個(gè)過(guò)程多采用流水線化自動(dòng)作業(yè)，上料方式與夾具使用均有電腦系統(tǒng)輔助，極大地提升了鋁合金型材噴涂的生產(chǎn)效率。

（6）待處理鋁材的表面質(zhì)量要求不高。經(jīng)過(guò)粉末涂層的處理，能夠使鋁材表面的擠壓縫、小的瑕疵得到完全的覆蓋，顯著提升鋁合金型材產(chǎn)品的噴涂質(zhì)量。

（7）經(jīng)靜電粉末噴涂的涂膜物理性質(zhì)優(yōu)良，強(qiáng)于其他表面處理膜，例如靜電噴涂的涂膜在耐磨性、硬度、耐酸性方面的優(yōu)勢(shì)極為突出，提升了鋁合金型材適用范圍和服務(wù)年限。

2 靜電粉末噴涂工藝分析

2.1 工藝流程分析

實(shí)際操作中，為獲得滿意的噴涂效果，需要在進(jìn)行噴涂前對(duì)被涂鋁材表面預(yù)處理。鋁合金材料含有一些合金元素，保證了其較強(qiáng)的力學(xué)性能，然而其抗腐蝕性能卻不盡如人意，鋁材易于和空氣里的氧、水分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成疏松的腐蝕產(chǎn)物。另一方面在加工鋁材中由于機(jī)械對(duì)鋁合金件表面產(chǎn)生的不同程度污染，影響了涂層與底材間的結(jié)合程度，使涂層表面出現(xiàn)針孔等缺陷[3]。采用靜電粉末噴涂工藝能夠避免上述問(wèn)題的產(chǎn)生，其噴涂流程如圖1所示。

圖1 靜電粉末噴涂工藝流程示意圖

2.2 主要工序分析

2.2.1 預(yù)處理

基于裝飾與防腐效果的考慮，鋁合金需要進(jìn)行預(yù)處理，目的是形成耐蝕及粉末涂層結(jié)合力強(qiáng)的化學(xué)轉(zhuǎn)化膜，靜電粉末噴涂的預(yù)處理流程為[4]：除油→水洗→化學(xué)轉(zhuǎn)化→水洗→烘干。

鋁材噴涂前的化學(xué)轉(zhuǎn)化，目前最普遍有效的處理方法是鉻化與磷鉻化，具有穩(wěn)定的性能，易于操作，處理后的顏色是判別其轉(zhuǎn)化效果的重要標(biāo)志，生成的鉻化膜呈黃色，也稱(chēng)之為黃鉻化，而磷鉻化膜呈現(xiàn)綠色，通常稱(chēng)之為綠鉻化。兩種工藝所需的溫度與時(shí)間范圍寬，使用噴淋與槽浸均能夠?qū)崿F(xiàn)。涂層厚度控制在0.3～0.8 g/m2。但鉻化的缺點(diǎn)是六價(jià)鉻對(duì)人體危害很大，因而世界上不少?lài)?guó)家限制使用，大力發(fā)展無(wú)鉻化學(xué)轉(zhuǎn)化處理工藝。已形成商品供應(yīng)的無(wú)鉻化學(xué)轉(zhuǎn)化處理藥劑目前有氟鋯酸鹽和氟鈦酸鹽，其特點(diǎn)是轉(zhuǎn)化膜較薄，只有0.05～0.4 g/m2，缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)化膜無(wú)色，難于目視鑒別，給生產(chǎn)操作帶來(lái)不便。

經(jīng)過(guò)化學(xué)轉(zhuǎn)化后的鋁合金件需要及時(shí)烘干，除去表面水分，這是因?yàn)殇X合金件表面的水分進(jìn)入噴粉過(guò)程容易產(chǎn)生氣泡而導(dǎo)致缺陷。需要注意的是烘干溫度應(yīng)合理，過(guò)高的溫度容易使轉(zhuǎn)化膜失去結(jié)晶水，導(dǎo)致膜疏松而引起涂層附著力顯著下降。根據(jù)鉻化工藝配方的不同，一般烘干溫度控制在60～120 ℃[5]。

2.2.2 靜電噴涂

這個(gè)過(guò)程需要將粉末霧化于空氣中，保持壓縮空氣的干燥、潔凈，如果壓縮空氣中有水分和油，導(dǎo)致粉末受潮影響粉末荷電性，降低霧化性質(zhì)，進(jìn)而使得涂層厚度與均勻性都不滿足要求。除了粉塵之外的一些固態(tài)雜質(zhì)會(huì)使得涂層外觀變差，因此凈化壓縮空氣十分必要。

在噴涂中，需要及時(shí)回收未被吸附的粉末，外溢的噴涂粉末會(huì)在一定程度上影響環(huán)境，外溢的粉末受到空氣水分、和污染物質(zhì)的影響，限制了其回收利用。

2.2.3 流平與固化

噴涂作業(yè)后需要將鋁合金件及時(shí)送至烘烤爐中完成流平、固化過(guò)程，目的是防止空氣中粉塵的黏附而影響涂層性質(zhì)。烘烤涂層需要均勻的爐溫，鋁合金件之間保持一定距離，鋁合金件間防止碰撞，在實(shí)際操作中需要根據(jù)粉末涂料的特性來(lái)控制其流平、固化的溫度與時(shí)間。

3 影響靜電粉末噴涂的主要因素

3.1 粉末導(dǎo)電率

噴涂所使用靜電粉末與鋁合金件之間靜電電場(chǎng)力是噴涂動(dòng)力的來(lái)源之一，粉末涂料具有的體積電阻很大程度影響著噴涂性能，如果體積電阻過(guò)小，帶電粉末會(huì)沖擊已經(jīng)附著的粉末，而導(dǎo)致其脫落；而過(guò)大的體積電阻則會(huì)使得粉末電荷不易放出，使得鋁合金件表面電荷聚集過(guò)多，增大的排斥力限制了厚膜的產(chǎn)生?；诖?，需要在靜電噴涂中嚴(yán)格控制粉末粒子的體積電阻，通常將體積電阻控制在1010～1014Ω·cm的范圍內(nèi)可以保證施工性能，也能夠得到厚膜涂層。

3.2 粉末粒度

粉末自身具有的流動(dòng)性、涂覆性等方面的特性，其影響著噴涂工藝，特別是容易堵塞噴槍以及膜厚方面。粉末材料依靠靜電引力吸附至鋁合金件表層，涂料粒子間的靜電引力與其電量正相關(guān)，靜電涂料粒子帶電量公式為：

式中，Q為粒子所帶電量；ε0為真空介電常數(shù)；r為涂料粒子半徑；E為靜電電場(chǎng)強(qiáng)度；εr為涂料粒子介電常數(shù)。

從公式中可知，粉末粒子的帶電量與粒子半徑大小呈正比關(guān)系。如果粉末粒徑越小，粒子的帶電量就越小，其靜電引力也就越小，靜電引力小的粒子容易被甩出靜電場(chǎng)或者懸浮于靜電場(chǎng)之中，導(dǎo)致噴涂上粉率變低。粉末粒徑過(guò)大時(shí)，帶電量雖然大，然而粒子本身自重大，涂料粒子間也具有較大斥力，降低了上粉率，太大粒徑涂料難以得到厚度較薄的涂層。實(shí)際應(yīng)用中，通常使用的粉末粒徑為范圍30～50 μm[6]。

3.3 噴涂電壓

從3.2中的公式能夠看出，靜電電場(chǎng)強(qiáng)度正比于粉末帶電量。位于低電壓時(shí)，如果噴涂電壓不斷增大，涂料粉末的帶電量相應(yīng)增長(zhǎng)，附著量也會(huì)隨之增加，然而靜電壓具有飽和值，一旦大于飽和值，會(huì)發(fā)生靜電排斤導(dǎo)致附著量的增量變少，過(guò)高的電壓增加粉末擊穿的可能性，危害涂層質(zhì)量，常用的噴涂電壓控制在 60～ 80 kV。

3.4 噴涂距離

噴涂距離影響的主要為涂膜厚度與粉末沉積效率兩個(gè)方面，噴涂距離與電場(chǎng)強(qiáng)度息息相關(guān)。實(shí)際應(yīng)用中，通?？刂频降膰娡烤嚯x在200～300 mm，具有較好的粉末沉積效率。如果噴涂距離過(guò)小，容易使粉末擊穿，影響涂層質(zhì)量。而噴涂距離如果太大，沉積效率又會(huì)過(guò)低，粉末附著力降低，增加了回收粉末的工作。

3.5 供氣壓力

基于靜電粉末噴涂的吸附工藝原理，需要在噴涂工作時(shí)盡可能將氣壓與粉末輸送的空氣量按照最低要求進(jìn)行。過(guò)大的供氣壓力使得粉末獲得較大動(dòng)能，使得粉末易于在鋁合金件表面發(fā)生反彈而難以吸附。在實(shí)際應(yīng)用中，供氣壓力的參數(shù)有三類(lèi)，即供粉氣壓、霧化氣壓以及流化氣壓，這三類(lèi)壓力參數(shù)值的變化均會(huì)導(dǎo)致噴涂效率與質(zhì)量發(fā)生重大變化。

4 結(jié)語(yǔ)

鋁合金表面處理中采用靜電粉末噴涂技術(shù)使其防腐性能良好，其耐酸堿鹽霧能力也較為優(yōu)越。靜電粉末噴涂技術(shù)具有：工藝較為簡(jiǎn)單、成品率高、能耗明顯降低、對(duì)水和大氣的污染程度降低、工人的勞動(dòng)強(qiáng)度明顯降低、對(duì)毛料的表面質(zhì)量要求標(biāo)準(zhǔn)有明顯降低以及涂膜的一些物理指標(biāo)較其他表而處理膜有明顯提高。靜電粉末噴涂的影響因素有粉末導(dǎo)電率、粉末粒度、噴涂電壓、噴涂距離以及供氣壓力等。