鋁合金材料靜電粉末涂裝預(yù)處理工藝研究

蔣 偉，趙 棟，房寶軍

（1.中鋁青島博信鋁業(yè)有限公司，山東 青島 266300；2.山東鋁業(yè)有限公司，山東 淄博 255051）

鋁合金材料因其密度低是輕量化技術(shù)路線中的重要材料之一。鋁合金材料同時兼有吸收振動和反回彈力強等金屬特性，利于各類車輛、飛機等交通工具平穩(wěn)行駛，操控性和舒適性得到極大提升。鋁合金材料對節(jié)能減排的低碳生活也具有一定的幫助，在利潤微薄的鋁型材領(lǐng)域能夠起到降本與環(huán)保效益作用。目前，鋁合金材料在輕量化方面主要應(yīng)用在汽車、飛機、高鐵、動車、集裝箱、大型貨車等領(lǐng)域，常見的有汽車鋁合金材料，如車架橫梁、車身、發(fā)動機缸體、輪轂，貨車大梁等部件，高鐵動車鋁合金材料，如整體車廂、頂梁、行李架等部件。

但鋁作為一種金屬活性材料,很容易與外界其他物質(zhì)元素發(fā)生反應(yīng)。為增強其裝飾效果與抗腐蝕能力，延長使用期限，必須要經(jīng)過表面處理，比較常用的有氧化處理、粉末或噴漆涂裝處理等工藝方法。本文重點對鋁合金材料在粉末靜電涂裝工藝中的技術(shù)流程進行探討，并通過現(xiàn)場實際工業(yè)化生產(chǎn)，總結(jié)改進了多項工藝技術(shù)指標，形成了較完善的質(zhì)量控制措施。

1 鋁合金材料在涂裝上的工藝要求

1.1 涂裝工藝流程

鋁合金材料涂裝是一個系統(tǒng)項目，主要包括涂裝前的表面處理、材料涂裝以及固化流平等三個基本流程，必須要選擇合適的工藝條件，確保良好的作業(yè)環(huán)境條件以及保證質(zhì)量監(jiān)督、技術(shù)到位、并考慮經(jīng)濟等重要環(huán)節(jié)。工藝流程為：

水洗→脫脂→水洗→水洗→純水洗→鈍化處理→水洗→水洗→純水洗→水分烘干→掛料→噴涂→固化→卸料→檢驗包裝。

1.2 預(yù)處理工藝

表面預(yù)處理是在鋁合金材料的表面進行的準備工作，要把材料表面上的異物（如灰塵、油、鋁屑等）清除干凈，確保生成的膜層具有良好的附著性、耐蝕性、裝飾性，提供適合于涂裝要求的良好涂層材料。通過大量生產(chǎn)試驗，目前我們完善的工藝流程技術(shù)見表1。

表1 預(yù)處理工藝要求

該流程最大的優(yōu)點在于環(huán)保，無污染性物質(zhì)，且效率高、成本低、鈍化層質(zhì)量穩(wěn)定。

預(yù)處理工藝指標控制不達標或操作不規(guī)范，會造成很多質(zhì)量問題，比較嚴重的當屬涂層附著力不合格，使用一段時間后，表面漆膜會逐漸脫落。造成該類缺陷的主要由以下五類問題。

1.2.1 脫脂不凈

脫脂不凈會導(dǎo)致鋁合金材料表面還存在油污、蝕刻量太低或表面的自然氧化膜未完全去除等問題，無法正常進行后序的鈍化處理。實驗表明：脫脂除塵不凈，鋁材經(jīng)過噴涂表面會出現(xiàn)涂層脫落質(zhì)量問題缺陷。

1.2.2 鈍化槽Al3+濃度

圖1 鈍化槽Al3+濃度對涂層沸水附著力合格率影響

鈍化槽Al3+濃度對涂層沸水附著力的影響見圖1。從圖1可知，為了保證涂層附著力100%合格，必須把鈍化槽Al3+濃度控制在0.2g/l以內(nèi)。

為了更好的驗證該實驗結(jié)果，我們在實驗室進行了多次強力沖擊試驗。結(jié)果表明：鈍化槽Al3+濃度超出0.2g/l（0.3～0.4g/l）時，鈍化后的鋁基體涂裝后，做耐沖擊試驗，表面涂層開始脫落，附著力不合格。對不同Al3+濃度鈍化后的基體做晶相觀察發(fā)現(xiàn)：低濃度下處理后的基體表面呈有規(guī)則性的六方結(jié)構(gòu)、且致密；反之，雖也呈六方結(jié)構(gòu)、但稀疏。

1.2.3 末次純水洗電導(dǎo)率與pH值

圖2 末次純水洗電導(dǎo)率對涂層沸水附著力合格率影響

末次純水洗電導(dǎo)率對涂層沸水附著力的影響見圖2，末次純水洗pH值對涂層沸水附著力的影響見圖3。從圖2、圖3可知，為了保證涂層附著力100%合格，必須把9#純水洗電導(dǎo)率＜80μs/cm、pH值＞4.5。

圖3 末次純水洗pH值對涂層沸水附著力合格率影響

為了更好的驗證該實驗結(jié)果，我們在實驗室進行了多次強力沖擊試驗。

結(jié)果表明：經(jīng)過末次純水洗不同的電導(dǎo)率與pH，清洗后的鋁基體涂裝后，做耐沖擊試驗，表面涂層脫落程度不同，驗證了該課題結(jié)果準確性。

1.2.4 鈍化后的存放環(huán)境與存放時間

由于鈍化膜較薄且耐蝕性遠低于六價鉻鈍化層，因此鈍化后應(yīng)及時噴涂處理，防止放在廠房內(nèi)造成鈍化膜腐蝕。特別在廠房較狹小或通風(fēng)不良的情況下，廠房內(nèi)的腐蝕性氣體會加快對鈍化膜的腐蝕。

實踐表明：鈍化后的鋁材最好當班噴涂，特殊情況放置時間也不能超過24h。

2 鋁合金涂裝應(yīng)注意的問題

滿足各性能的合理匹配是需要通過合理的成分設(shè)計,包括成分優(yōu)化和微調(diào),采用先進的成形工藝、優(yōu)化的預(yù)處理工藝、先進的擠壓工藝,控制合理的組織、晶粒度的大小,第二相的均勻分布和大小的控制等諸多技術(shù)的集成,才能夠生產(chǎn)出性能良好的車用鋁合金材料。

鋁合金材料的發(fā)展方向主要是提高強度、改善成形性能和降低成本三個方面。

3 結(jié)論

通過本課題的研究，我們掌握了鋁合金材料常用粉末噴涂（包括前處理）工藝技術(shù)，并且在傳統(tǒng)技術(shù)基礎(chǔ)上進行了完善，更加環(huán)保綠色、高效優(yōu)質(zhì)。

結(jié)合擴大鋁合金應(yīng)用的研究背景，優(yōu)化相關(guān)工藝設(shè)計，熟悉各類技術(shù)參數(shù)及質(zhì)量控制，滿足廣大用戶對個性化的需求，對新型鋁合金材料研發(fā)、推廣及產(chǎn)品轉(zhuǎn)型有極大的促進作用。