立噴噴涂前處理發黑分析

蔣福利，尹 烈

（1.廣東華昌鋁廠有限公司， 廣東 佛山 528231；2.凱米特新材料科技有限公司，山東 臨沂 273400）

傳統的噴粉或者噴漆工藝對鋁基材的遮蔽能力強，鋁材表面的組織缺陷一般不會影響到最后的成品外觀與性能。隨著鋁材應用范圍擴大，水性漆、透明粉噴涂等裝飾材逐漸興起，偶爾會出現前處理后基材色澤發暗影響到成品底色的情況，此類現象尤其在立式轉印噴粉前處理線比較明顯，在生產過程中，經常發現在型材下端有不同程度的、無規則排列的點狀暗灰色腐蝕麻點，這種腐蝕點與鋅元素引起的雪花腐蝕點形狀完全不一樣，而且在生產過程中是間斷出現的，當腐蝕點比較密集時即造成表面“發黑”無光甚至掛灰。根據多年的生產經驗和現場工藝跟進，一般認為產生該類型暗灰色腐蝕點的主要原因有下述幾個方面：

1 合金成分影響

建筑用6063 鋁材為了確保Mg 元素充分形成強化相Mg2Si，一般在配制合金成分時人為的使Si 元素適量過剩。隨著Si 含量的增加，合金的晶粒度細化，力學性能提升。研究表明，過剩Si 不僅能形成游離態的Si 相，還會與基體形成雜質相聚集在晶界附近，在腐蝕介質的作用下，偏陰極相(如游離Si、FeSiAl、FeAl3等)與周圍的陽極相發生微電池反應，陰極相周圍的陽極鋁會優先腐蝕溶解，而Mg2Si 溶解速度較鋁基體快，Mg 溶解在槽液中硅在鋁合金表面殘留下來形成暗灰色麻點。

2 前處理影響

立噴前處理工藝流程一般為：除油—刻蝕—水洗—純水洗—無鉻鈍化—純水洗。無鉻鈍化PH 一般控制2.5 至3.5，無鉻前后純水洗PH 值一般在3～5 左右，一般立式噴涂前處理采用瀑布式水洗會造成前處理通道大量酸霧，如果抽風不佳，整個前處理系統均處于酸性氛圍，加之木紋線噴粉膜厚要求高，鏈速慢，型材前處理時間長極可能引發點腐蝕[1]。

鈍化前水槽中存在少量氯離子容易誘導點蝕，一般出現在工件邊角位置、滴水面或型材下端，尤其是工件未及時清洗或者在水槽中停留時間過長時更明顯，嚴重時通面都是麻點毫無光澤。Cl-與溶解的A13+發生絡合反應：Al3++Cl-+H2O→AlOHCl++H+，使腐蝕處的酸性進一步加強，腐蝕條件更加惡化，當Cl-濃度增高時，絡合反應向右進行從而出現較為嚴重的斑點腐蝕。資料認為槽液中氯離子溶度高于200 mg/kg 就需要加以處理，但在污染的槽液中除去氯離子是相當困難的。氟離子腐蝕也是前處理不可忽視的，經脫脂刻蝕后鋁材表面活性增強，加之除油帶入的氟離子積累，若水洗槽長期使用，極可能造成氟離子腐蝕，氟離子腐蝕一般表現為黑色彗星點，較易辨識。故噴涂前處理各工藝槽須定期清理，脫脂槽可排放部分槽液重新補充添加，水槽則需要定期更換。

點腐蝕一般存在一個孕育期，此值與槽液中雜質離子溶度和基材本身熱處理狀態有關，拿不同合金牌號和熱處理狀態坯料在立式線進行試驗，發現長時間在含氟除油槽中除油，表面均會出現不同程度的腐蝕麻點情況，只是各種坯料出現發暗的時間長短不同而已。槽液中的雜質離子會顯著縮短孕育期，比如氟離子、氯離子、硫酸根離子等，在孕育期內，微小氣泡總是在材料薄弱地帶形核、長大、然后脫離表面在此處留下一個微小的點腐蝕源，隨后劇烈釋放逐漸長大。故在實際生產中，要加強前處理抽風，嚴格按照工藝生產，控制型材的處理時間和各工藝槽停留時間，定期維護各工藝槽[2]。

3 擠壓影響

大多時候點腐蝕分布具有明顯的方向性，型材表面光亮度較好的區域點腐蝕較少，而擠壓紋明顯的地方腐蝕較厲害。較粗擠壓紋處擠壓時阻力較大，應力較為集中，該處金屬的晶格發生嚴重畸變，成為局部高自由能區。擠壓時各工藝參數控制不當都易產生偏析形成雜質相從而影響后工序。

4 熱處理影響

很多時候會發現小批量或者坯料的某段前處理后異常掛灰發黑，出現此種狀況一般與坯料的熱處理有很大關系，熱處理不當造成異常析出，現場表征為異常的坯料硬度比正常偏低2～3 度，嚴重的時候硬度甚至會小于8 度。當鋁棒加熱溫度或擠壓后溫度高于低熔點共晶的熔點，使低熔點共晶和晶界復熔產生過燒（圖1），產生主要原因如下：①擠壓出料口發紅冷卻后變暗變黑（表面氧化）；②表面脫皮外形收縮（熔化后晶距擴張膨脹，內部網格化，表層同基體分離）；③晶粒粗化或者復熔。合金過燒不能用熱處理或加工變形消除，因過燒在陽極氧化或者噴涂前處理時出現的發暗，即使返工，也很難消除。

圖1 晶界復熔

控制過燒一般從以下幾個方面入手：①控制擠壓棒溫和出料口溫度。②時效爐內溫度要均勻，擺放合理，杜絕時效爐內燃氣與鋁材直接接觸。③控制熔鑄精煉和鑄棒溫度，防止鋁水過燒。

6063 鋁合金熱處理可強化相是β 相,其脫溶序列為α 過飽和固溶體→G1P1 區→β″相→β′相→β 相，最后的穩定相β（Mg2Si）是6063 合金中唯一時效強化相，通過Mg2Si 相的過飽和固溶以及彌散沉淀析出而強化合金。但當鋁材熱處理異常時，比如時效溫度過高、時間過長或者均會導致異常析出。

前處理腐蝕過程中，Mg2Si 溶解速度比鋁材快，而在Mg2Si 溶解和消失過程中，Si 基本被溶解而留存在表面形成所謂的“浮灰”，一般情況下，由于脫脂時間短，除油槽游離酸溶度不高，表層浮灰不需中和即可清洗干凈。若因熱處理不當導致析出異常，則會造成起灰發暗，如圖2。

圖2 熱處理不當導致的異常情況

5 雜質影響

鑄棒中的富鐵相、O、SI 等等，這些都是結晶相，尺寸比較粗大，均勻化會讓Mg2Si 相、O、SI 等可溶相全部回溶，富鐵相是難溶相無法回溶，但富鐵相會發生形態上的轉變，長條的富鐵相會發生熔斷繼續存在基材中。由于歐標前處理對刻蝕量有要求，因而鋁基材表面必定會有所損失，酸洗過程中，可溶解相隨著鋁基體溶解消除，不溶的富鐵相存留在表面形成起灰發暗現象，故一定要在源頭控制，嚴格控制鑄棒的雜質含量。

6 操作影響

設備故障、人為等因素導致停鏈條時間過長時，脫脂槽、脫脂槽后純水洗槽之間、鈍化后水洗的型材粘有槽液未能及時清洗干凈，易引起腐蝕同時會造成涂層附著性變差，為了避免此情況發生，可在此區域安裝聯動預警噴淋裝置，當停鏈條時自動啟動噴淋裝置，及時把型材上的殘留槽液沖洗干凈。

7 結語

噴涂前處理后型材發暗，不僅僅是噴涂前處理自身的問題，更多的情況應該從前工序找原因，對癥下藥，這樣才能保證產品質量。