謝達(dá)明，曹 迪，梁活開(kāi)，樊 瓊

（廣東省肇慶市質(zhì)量計(jì)量監(jiān)督檢測(cè)所；國(guó)家建筑五金產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心（廣東），廣東肇慶526070）

0 前言

隨著我國(guó)建筑行業(yè)的高速發(fā)展，建筑用鋁合金型材的需求量急劇增長(zhǎng)，市場(chǎng)上出現(xiàn)了各類不同的鋁合金型材[1]。鋁合金型材的質(zhì)量事關(guān)人民的切身利益和公共安全，對(duì)其質(zhì)量分析具有重要意義。本文對(duì)粉末噴涂型材（以下稱噴粉型材）、陽(yáng)極氧化型材、電泳涂漆型材（以下稱電泳型材）的膜層制備工藝進(jìn)行了歸納，并根據(jù)國(guó)標(biāo)對(duì)一批次型材的膜層性能進(jìn)行了對(duì)比研究，得出幾種型材膜層性能的差別，給出了不同鋁型材適用的最佳使用環(huán)境[2]。

1 鋁合金型材表面處理工藝

經(jīng)過(guò)熱擠壓出來(lái)的鋁型材是無(wú)任何涂層的基體型材，基體型材經(jīng)過(guò)氧化、電泳、噴涂等表面處理工藝能夠顯著提高其保護(hù)性能和裝飾性能。目前市場(chǎng)上最常用的鋁型材基材牌號(hào)為6063-T5，它具有較高的抗拉強(qiáng)度的同時(shí)還具有一定的延展性能，該牌號(hào)的鋁合金制備出的鋁型材具有優(yōu)異的抗風(fēng)壓性能、裝配性能、耐腐蝕性能，是建筑用門窗、玻璃幕墻等領(lǐng)域的常用材料[3]。目前市場(chǎng)上應(yīng)用最多的鋁型材基材表面處理工藝主要為粉末噴涂、電泳涂漆和陽(yáng)極氧化，其表面處理工藝流程與特點(diǎn)的總結(jié)與分析如下。

1.1 噴粉型材的表面膜層處理工藝

粉末噴涂鋁型材膜層呈現(xiàn)出磨砂質(zhì)感，具有良好的防刮花、耐磨、耐候性等特點(diǎn)，其生產(chǎn)的主要工藝流程為除油、堿蝕、酸洗出光、化學(xué)轉(zhuǎn)化、靜電噴粉、流平固化。除油是除去基材表面沾染的油污等有機(jī)物。由于金屬鋁的性質(zhì)較為活潑，在空氣中極易形成極薄的氧化層，該氧化層會(huì)對(duì)后續(xù)的化學(xué)轉(zhuǎn)化步驟產(chǎn)生不良影響，堿蝕處理能夠除去基材表面的氧化膜，提高化學(xué)轉(zhuǎn)化質(zhì)量。堿蝕后的基材經(jīng)過(guò)酸洗出光使基體表面光亮、平整?；瘜W(xué)轉(zhuǎn)化是在基材表面形成一層具有較高耐腐蝕性能的鈍化膜。經(jīng)過(guò)化學(xué)轉(zhuǎn)化處理后可以進(jìn)行噴粉處理，噴粉最常用的方法為靜電噴涂，原料主要為聚酯粉末，噴涂后再經(jīng)過(guò)加熱、流平固化即可下線包裝。

1.2 電泳型材的表面膜層制備工藝

電泳處理工藝為雙層膜工藝，第一層膜為陽(yáng)極氧化膜，第二層為電泳涂漆膜，該種工藝處理的型材表面光滑、光澤度高，具有良好的裝飾性能，其工藝流程與噴粉型材基本相同，但沒(méi)有化學(xué)轉(zhuǎn)化過(guò)程，經(jīng)過(guò)酸洗出光后直接進(jìn)行陽(yáng)極氧化處理。氧化結(jié)束后需要進(jìn)行封孔處理，封孔處理能夠使膜層性能大幅提高。陽(yáng)極氧化處理完成后還需進(jìn)行電泳涂漆，電泳涂料中的帶電離子在電場(chǎng)力的作用下聚集到型材表面形成厚薄均勻的電泳層，瀝水并加熱固化后即可下線包裝。

1.3 陽(yáng)極氧化型材的表面膜層制備工藝

陽(yáng)極氧化型材的氧化膜制備工藝與電泳型材氧化工藝類似，主要區(qū)別為陽(yáng)極氧化型材表面生成一層較厚且均勻致密的氧化膜。氧化型材的另外一個(gè)特點(diǎn)是可以根據(jù)客戶需求在封孔工藝前對(duì)氧化層進(jìn)行染色處理，然后封孔處理，制備出色彩、花紋各異的樣式，具有良好的裝飾性能。陽(yáng)極氧化型材的氧化膜層厚度較電泳工藝中的氧化層厚度較厚，一般為13~20μm，僅單獨(dú)一層的氧化膜即可實(shí)現(xiàn)對(duì)基體的有效防護(hù)。

2 膜層性能之間的差異

2.1 表面膜層厚度

膜層的厚度對(duì)鋁基體的保護(hù)至關(guān)重要，同種膜層其厚度越大保護(hù)效果也越好，膜層厚度不符合標(biāo)準(zhǔn)，可能會(huì)導(dǎo)致型材產(chǎn)生老化褪色、腐蝕斷裂等問(wèn)題。對(duì)于噴粉和陽(yáng)極氧化型材，可以利用渦流測(cè)厚儀直接測(cè)量膜層厚度；電泳型材涂層由陽(yáng)極氧化膜和電泳涂漆兩層膜組成，渦流測(cè)厚儀無(wú)法辨識(shí)出兩種膜層的各自厚度，需要用金相顯微鏡來(lái)測(cè)量其雙層膜各自的厚度。經(jīng)測(cè)試，該批次噴粉、電泳和陽(yáng)極氧化型材的膜厚如表1所示，由表可知所有膜層厚度滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

表1 不同表面處理工藝鋁型材的膜層厚度

2.2 膜層附著力

鋁合金型材的膜層附著力是其質(zhì)量的關(guān)鍵性能指標(biāo)之一，附著力的強(qiáng)弱決定了在后期的使用過(guò)程中膜層從基材上剝落的難易程度。國(guó)標(biāo)采用漆膜劃格儀對(duì)漆膜進(jìn)行劃格試驗(yàn)，再用標(biāo)準(zhǔn)粘力膠帶粘附劃格，根據(jù)膠帶上粘附的漆膜面積和數(shù)量來(lái)評(píng)定漆膜附著力。經(jīng)過(guò)測(cè)試，該批鋁型材漆膜的劃痕直角處邊界清晰、完整，表明漆膜與基體結(jié)合牢固，滿足國(guó)標(biāo)對(duì)漆膜結(jié)合力的要求。

2.3 耐鹽霧腐蝕性能

沿海地區(qū)空氣濕度較大，風(fēng)雨中含有較多的海鹽微粒，很容易造成鋁型材的腐蝕破壞。在臺(tái)風(fēng)等極端天氣中極易造成腐蝕后的鋁型材從高層建筑上脫落，對(duì)人民生命和財(cái)產(chǎn)安全造成極大威脅，因此對(duì)鋁型材的腐蝕性能評(píng)定具有重要意義[4]。

國(guó)標(biāo)中對(duì)每種型材的鹽霧腐蝕試驗(yàn)方案略有區(qū)別，為了更清晰地對(duì)比鋁型材的耐腐蝕性能，本文針對(duì)3種鋁型材統(tǒng)一進(jìn)行72h的CASS試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明鹽霧腐蝕試驗(yàn)后噴粉和電泳型材的膜層形貌完好；而陽(yáng)極氧化型材膜層表面出現(xiàn)如圖1中密集分布的腐蝕點(diǎn)，該結(jié)果表明陽(yáng)極氧化鋁型材的耐腐蝕性能弱于電泳型材和噴粉型材。因此在沿海等海洋氣候地區(qū)，陽(yáng)極氧化膜層難以實(shí)現(xiàn)在高腐蝕環(huán)境下的有效保護(hù)，應(yīng)選擇噴粉型材或者電泳型材。

圖1 鹽霧腐蝕試驗(yàn)及腐蝕后的型材表面形貌

2.4 膜層耐磨性能

國(guó)標(biāo)采用落沙試驗(yàn)裝置來(lái)測(cè)試鋁型材表面膜層的耐磨性能，根據(jù)表面的磨損程度確定總的落沙重量，再根據(jù)膜層厚度得到磨耗系數(shù)，由磨耗系數(shù)來(lái)確定型材膜層的耐磨性能，為了更清楚直觀地進(jìn)行對(duì)比，磨耗系數(shù)單位統(tǒng)一為g/μm。經(jīng)過(guò)對(duì)噴粉、電泳和陽(yáng)極氧化型材進(jìn)行落沙試驗(yàn)，得出平均磨耗系數(shù)分別為1120g/μm、467g/μm、498g/μm，三種型材的膜層耐磨性能都符合國(guó)標(biāo)要求，且噴粉型材的磨耗系數(shù)遠(yuǎn)高于電泳和陽(yáng)極氧化型材。該試驗(yàn)表明噴粉型材具有良好的風(fēng)沙防護(hù)效果，適用于西北沙塵暴天氣多發(fā)的地區(qū)。

2.5 膜層耐酸堿性能

耐酸堿測(cè)試能夠測(cè)評(píng)鋁型材膜層的抗酸堿侵蝕能力，得出其所適應(yīng)的使用環(huán)境。按照國(guó)標(biāo)配置稀鹽酸溶液，并滴加到鋁型材膜層表面，根據(jù)膜層表面是否產(chǎn)生明顯變化來(lái)評(píng)定膜層的耐鹽酸性能。經(jīng)過(guò)15min鹽酸溶液侵蝕，型材表面均無(wú)氣泡等明顯變化，符合國(guó)標(biāo)要求。陽(yáng)極氧化型材在經(jīng)過(guò)24h后表面出現(xiàn)少量黑色腐蝕區(qū)，48h后腐蝕區(qū)域明顯增大；電泳型材經(jīng)過(guò)48h后開(kāi)始出現(xiàn)個(gè)別的腐蝕孔洞，而噴粉型材48h侵蝕后表面無(wú)明顯變化。該試驗(yàn)表明噴粉型材的耐鹽酸性能最好，而陽(yáng)極氧化鋁型材在酸性環(huán)境中容易發(fā)生腐蝕。在耐堿性試驗(yàn)中，經(jīng)過(guò)48h后膜層表面均未發(fā)生明顯的變化，都具有良好的耐堿性能。此外，針對(duì)陽(yáng)極氧化型材采用無(wú)硝酸預(yù)浸的磷鉻酸法對(duì)陽(yáng)極氧化型材的封孔質(zhì)量進(jìn)行測(cè)試，經(jīng)過(guò)測(cè)試其失重為14mg/dm2，小于標(biāo)準(zhǔn)要求的30mg/dm2，符合國(guó)標(biāo)要求。

3 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)對(duì)幾種膜層的制備工藝和性能對(duì)比分析得出以下幾點(diǎn)結(jié)論。噴粉型材具有最厚的膜層，電泳型材的膜層由陽(yáng)極氧化層和電泳涂漆層2部分構(gòu)成，總膜厚約為20μm。膜層附著性測(cè)試表明所有膜層與基體結(jié)合良好，未發(fā)生剝落等現(xiàn)象。經(jīng)過(guò)72h鹽霧腐蝕性能測(cè)試，僅有陽(yáng)極氧化鋁型材表面出現(xiàn)了腐蝕現(xiàn)象。在耐磨性能測(cè)試中，噴粉型材表現(xiàn)出了優(yōu)異的耐磨性能，適用于沙塵暴多發(fā)的西北地區(qū)。總的來(lái)說(shuō)，噴粉型材具有較好的綜合性能，陽(yáng)極氧化型材的綜合性能相對(duì)較差，但陽(yáng)極氧化型材具有良好裝飾性能和磨砂質(zhì)感，深受人們的喜愛(ài)，可在室內(nèi)等較為溫和的環(huán)境中使用。