建筑鋁型材表面處理工藝及膜層性能對比分析

謝達明，曹 迪，梁活開，樊 瓊

（廣東省肇慶市質量計量監督檢測所；國家建筑五金產品質量監督檢驗中心（廣東），廣東肇慶526070）

0 前言

隨著我國建筑行業的高速發展，建筑用鋁合金型材的需求量急劇增長，市場上出現了各類不同的鋁合金型材[1]。鋁合金型材的質量事關人民的切身利益和公共安全，對其質量分析具有重要意義。本文對粉末噴涂型材（以下稱噴粉型材）、陽極氧化型材、電泳涂漆型材（以下稱電泳型材）的膜層制備工藝進行了歸納，并根據國標對一批次型材的膜層性能進行了對比研究，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境[2]。

1 鋁合金型材表面處理工藝

經過熱擠壓出來的鋁型材是無任何涂層的基體型材，基體型材經過氧化、電泳、噴涂等表面處理工藝能夠顯著提高其保護性能和裝飾性能。目前市場上最常用的鋁型材基材牌號為6063-T5，它具有較高的抗拉強度的同時還具有一定的延展性能，該牌號的鋁合金制備出的鋁型材具有優異的抗風壓性能、裝配性能、耐腐蝕性能，是建筑用門窗、玻璃幕墻等領域的常用材料[3]。目前市場上應用最多的鋁型材基材表面處理工藝主要為粉末噴涂、電泳涂漆和陽極氧化，其表面處理工藝流程與特點的總結與分析如下。

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出磨砂質感，具有良好的防刮花、耐磨、耐候性等特點，其生產的主要工藝流程為除油、堿蝕、酸洗出光、化學轉化、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物。由于金屬鋁的性質較為活潑，在空氣中極易形成極薄的氧化層，該氧化層會對后續的化學轉化步驟產生不良影響，堿蝕處理能夠除去基材表面的氧化膜，提高化學轉化質量。堿蝕后的基材經過酸洗出光使基體表面光亮、平整?；瘜W轉化是在基材表面形成一層具有較高耐腐蝕性能的鈍化膜。經過化學轉化處理后可以進行噴粉處理，噴粉最常用的方法為靜電噴涂，原料主要為聚酯粉末，噴涂后再經過加熱、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，但沒有化學轉化過程，經過酸洗出光后直接進行陽極氧化處理。氧化結束后需要進行封孔處理，封孔處理能夠使膜層性能大幅提高。陽極氧化處理完成后還需進行電泳涂漆，電泳涂料中的帶電離子在電場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 陽極氧化型材的表面膜層制備工藝

陽極氧化型材的氧化膜制備工藝與電泳型材氧化工藝類似，主要區別為陽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特點是可以根據客戶需求在封孔工藝前對氧化層進行染色處理，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，僅單獨一層的氧化膜即可實現對基體的有效防護。

2 膜層性能之間的差異

2.1 表面膜層厚度

膜層的厚度對鋁基體的保護至關重要，同種膜層其厚度越大保護效果也越好，膜層厚度不符合標準，可能會導致型材產生老化褪色、腐蝕斷裂等問題。對于噴粉和陽極氧化型材，可以利用渦流測厚儀直接測量膜層厚度；電泳型材涂層由陽極氧化膜和電泳涂漆兩層膜組成，渦流測厚儀無法辨識出兩種膜層的各自厚度，需要用金相顯微鏡來測量其雙層膜各自的厚度。經測試，該批次噴粉、電泳和陽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準要求。

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量的關鍵性能指標之一，附著力的強弱決定了在后期的使用過程中膜層從基材上剝落的難易程度。國標采用漆膜劃格儀對漆膜進行劃格試驗，再用標準粘力膠帶粘附劃格，根據膠帶上粘附的漆膜面積和數量來評定漆膜附著力。經過測試，該批鋁型材漆膜的劃痕直角處邊界清晰、完整，表明漆膜與基體結合牢固，滿足國標對漆膜結合力的要求。

2.3 耐鹽霧腐蝕性能

沿海地區空氣濕度較大，風雨中含有較多的海鹽微粒，很容易造成鋁型材的腐蝕破壞。在臺風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，對人民生命和財產安全造成極大威脅，因此對鋁型材的腐蝕性能評定具有重要意義[4]。

國標中對每種型材的鹽霧腐蝕試驗方案略有區別，為了更清晰地對比鋁型材的耐腐蝕性能，本文針對3種鋁型材統一進行72h的CASS試驗。試驗結果表明鹽霧腐蝕試驗后噴粉和電泳型材的膜層形貌完好；而陽極氧化型材膜層表面出現如圖1中密集分布的腐蝕點，該結果表明陽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，陽極氧化膜層難以實現在高腐蝕環境下的有效保護，應選擇噴粉型材或者電泳型材。

圖1 鹽霧腐蝕試驗及腐蝕后的型材表面形貌

2.4 膜層耐磨性能

國標采用落沙試驗裝置來測試鋁型材表面膜層的耐磨性能，根據表面的磨損程度確定總的落沙重量，再根據膜層厚度得到磨耗系數，由磨耗系數來確定型材膜層的耐磨性能，為了更清楚直觀地進行對比，磨耗系數單位統一為g/μm。經過對噴粉、電泳和陽極氧化型材進行落沙試驗，得出平均磨耗系數分別為1120g/μm、467g/μm、498g/μm，三種型材的膜層耐磨性能都符合國標要求，且噴粉型材的磨耗系數遠高于電泳和陽極氧化型材。該試驗表明噴粉型材具有良好的風沙防護效果，適用于西北沙塵暴天氣多發的地區。

2.5 膜層耐酸堿性能

耐酸堿測試能夠測評鋁型材膜層的抗酸堿侵蝕能力，得出其所適應的使用環境。按照國標配置稀鹽酸溶液，并滴加到鋁型材膜層表面，根據膜層表面是否產生明顯變化來評定膜層的耐鹽酸性能。經過15min鹽酸溶液侵蝕，型材表面均無氣泡等明顯變化，符合國標要求。陽極氧化型材在經過24h后表面出現少量黑色腐蝕區，48h后腐蝕區域明顯增大；電泳型材經過48h后開始出現個別的腐蝕孔洞，而噴粉型材48h侵蝕后表面無明顯變化。該試驗表明噴粉型材的耐鹽酸性能最好，而陽極氧化鋁型材在酸性環境中容易發生腐蝕。在耐堿性試驗中，經過48h后膜層表面均未發生明顯的變化，都具有良好的耐堿性能。此外，針對陽極氧化型材采用無硝酸預浸的磷鉻酸法對陽極氧化型材的封孔質量進行測試，經過測試其失重為14mg/dm2，小于標準要求的30mg/dm2，符合國標要求。

3 結語

經過對幾種膜層的制備工藝和性能對比分析得出以下幾點結論。噴粉型材具有最厚的膜層，電泳型材的膜層由陽極氧化層和電泳涂漆層2部分構成，總膜厚約為20μm。膜層附著性測試表明所有膜層與基體結合良好，未發生剝落等現象。經過72h鹽霧腐蝕性能測試，僅有陽極氧化鋁型材表面出現了腐蝕現象。在耐磨性能測試中，噴粉型材表現出了優異的耐磨性能，適用于沙塵暴多發的西北地區?？偟膩碚f，噴粉型材具有較好的綜合性能，陽極氧化型材的綜合性能相對較差，但陽極氧化型材具有良好裝飾性能和磨砂質感，深受人們的喜愛，可在室內等較為溫和的環境中使用。