鋁合金型材表面處理的目的是要解決或提高材料防腐蝕性、裝飾性和功能性三個(gè)方面的性能。
1.密度低
鋁的密度約為2.7g/cm3,在金屬結(jié)構(gòu)料中*高于鎂的第二輕金屬,只有鐵或者銅的1/3。
2.塑性高
鋁及其合金延展性好,可通過擠壓、軋制或拉拔等壓力加工手段制成各種型、板、箔、管和絲材。
3.易強(qiáng)化
純鋁強(qiáng)度不高,但通過合金化和熱處理容易使之強(qiáng)化,制造**度鋁合金,強(qiáng)度可以和合金鋼媲美。
4.導(dǎo)電好
鋁的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性*次于銀、金、銅。設(shè)銅相對導(dǎo)電率為100,則鋁為64,鐵只有16。如按照等質(zhì)量金屬導(dǎo)電能力計(jì)算,鋁幾乎是銅的一倍。
5.耐腐蝕
鋁和氧具有有極高的親和力,自然條件下鋁表面會(huì)生成保護(hù)性氧化物,具有比鋼鐵好得多的耐腐蝕性
6.易回收
鋁的熔融溫度低,為660°С左右,廢料容易再生,回收率極高,回收能耗只是冶煉的3%。
7.可焊接
鋁合金可通過惰性氣體保護(hù)法焊接,焊接后力學(xué)性能好,耐腐蝕性好,外觀美麗,滿足結(jié)構(gòu)料要求
8.易表面處理
鋁可通過陽極氧化著色處理,處理后硬度高,耐磨耐腐蝕及電絕緣性好,通過化學(xué)預(yù)處理還可以進(jìn)行電鍍、電泳、噴涂等進(jìn)一步提高鋁的裝飾性和保護(hù)性
鋁的表面機(jī)械預(yù)處理
1.機(jī)械預(yù)處理的目的
提供良好的表觀條件,提高表面精飾質(zhì)量;
提高產(chǎn)品品級(jí);
減少焊接的影響;
產(chǎn)生裝飾效果;
獲得干凈表面。
2.機(jī)械預(yù)處理的常用方法
常用的機(jī)械預(yù)處理方法有拋光、噴砂、刷光、滾光等方法。具體采用那一種預(yù)處理要根據(jù)產(chǎn)品的類型、生產(chǎn)方法、表面初始狀態(tài)及**終精飾水平而定。
3.機(jī)械拋光的原理及作用
高速旋轉(zhuǎn)的拋光輪與工件摩擦產(chǎn)生高溫,是金屬表面發(fā)生塑性變形,從而平整了金屬表面的凸凹點(diǎn),同時(shí)使在周圍大氣氧化下瞬間生成的金屬表面的極薄氧化膜反復(fù)地被磨削下來,從而變得越來越光亮。主要作用是去除工件表面的毛刺、劃痕、腐蝕斑點(diǎn)、砂眼、氣孔等表面缺點(diǎn)。
4.噴砂的原理及作用
用凈化的壓縮空氣將干沙流或其它磨粒噴到鋁制品表面,從而去除表面缺點(diǎn),呈現(xiàn)出均一無光的沙面。主要作用:去除工件表面的毛刺、鑄件熔渣及其他缺點(diǎn)和污垢;改善合金機(jī)械性能;取得均一的表面消光效果。
5.刷光的原理及作用
刷光是借助刷光輪的旋轉(zhuǎn)刷除產(chǎn)品表面的毛刺、污垢等。對鋁合金拉說就是對產(chǎn)品進(jìn)行拉絲處理,主要目的是起到裝飾的作用
6.滾光的原理及作用
滾光是將工件放入盛有磨料和化學(xué)溶液的滾筒中,借助滾筒的旋轉(zhuǎn)使工件與磨料、工件與工件相互摩擦已達(dá)到拋光的效果。
1.化學(xué)拋光或電化學(xué)拋光的作用
化拋是***精飾處理方法,能去除鋁制品表面輕微的模痕和擦劃傷條紋,去除機(jī)械拋光中可能形成的摩擦條紋、熱變形層、氧化膜等,使粗糙的表面趨于光滑從而獲得近似鏡面光亮的表面,提高了鋁制品的裝飾效果。
2.化拋的原理
化拋是通過控制鋁材表面選擇性的溶解,使鋁材表面微觀凸出部分較其凹洼部分優(yōu)先溶解,從而達(dá)到表面平整光亮的目的。電化拋的原理是前列放電,其他的化拋類似。
3.化學(xué)轉(zhuǎn)化的作用
化學(xué)轉(zhuǎn)化主要用于保護(hù)鋁及其合金不受腐蝕,可直接用作涂層或者作為有機(jī)聚合物的底層,不*解決了涂層與鋁的附著性,也可提高有機(jī)聚合物涂層的耐腐蝕性。
1.陽極氧化的定義
陽極氧化是一種電解氧化,在該過程中鋁合金的表面通常轉(zhuǎn)化為一層氧化膜,這層膜具有保護(hù)性、裝飾性以及其他的一些功能性。
2.陽極氧化膜的分類
氧化膜分兩大類:壁壘型氧化膜和多孔型氧化膜,壁壘型氧化膜是一層緊靠金屬表面的致密無孔的薄氧化膜,厚度取決于外加電壓一般不超過0.1um。
3.陽極氧化膜的特性
a.氧化膜結(jié)構(gòu)呈多孔性蜂窩狀結(jié),膜的多孔性使具有很好的吸附能力,可以作涂鍍層的底層也可被染色,提高金屬的裝飾效果。
b.氧化膜的硬度高,陽極氧化膜的硬度很高,其硬度大約在196-490HV,因?yàn)橛捕雀邲Q定了氧化膜的耐磨性非常好。
c.氧化膜的耐蝕性,鋁氧化膜在空氣、土壤中都很穩(wěn)定,同基體的結(jié)合力也很強(qiáng),一般情況下氧化后都會(huì)進(jìn)行染色封孔或噴涂處理,使其耐腐蝕性進(jìn)一步增強(qiáng)。
d.氧化膜的結(jié)合力,氧化氧化膜于基體金屬的結(jié)合力很強(qiáng),很難用機(jī)械的方法將它們分離,即使膜層隨金屬彎曲,膜層仍于基體金屬保持良好的結(jié)合,但氧化膜的塑性小,脆性大,當(dāng)膜層受到較大的沖擊負(fù)荷和彎曲變形時(shí),會(huì)產(chǎn)生龜裂。
e.氧化膜的絕緣性,鋁的陽極氧化膜的阻抗較高,導(dǎo)熱性也很低,熱穩(wěn)定性可高達(dá)1500度,熱導(dǎo)率0.419W/(m?K)—1.26 W/(m?K)??捎米麟娊怆娙萜鞯碾娊橘|(zhì)層或電器制品的絕緣層。
鋁合金氧化膜生成過程
1.陽極氧化的第一階段
無孔層的形成階段,ab段,通電開始斷時(shí)間(幾秒到幾十秒)內(nèi)電壓劇增,達(dá)到臨界電壓,(電壓的相當(dāng)大值)表明這時(shí)陽極表面形成了連續(xù)、無孔的薄膜層。無孔層電阻較大,阻礙了膜的繼續(xù)增厚,無孔層的厚度與形成電壓成正比,氧化膜在電解液中溶解速度成反比。厚度約0.01~0.1微米 。
2.陽極氧化的第二階段
多孔層形成階段,bc段,在膜相當(dāng)薄的地方將首先被溶解出空穴來,電解液就可以通過這些空穴到達(dá)鋁的新鮮表面,電化學(xué)反應(yīng)得以繼續(xù)進(jìn)行,電阻減小,電壓隨之下降(下降幅度為相當(dāng)高值的10~15%),膜上出現(xiàn)多孔層。
3.陽極氧化的第三階段
多孔層增厚,cd段,這時(shí)電壓平穩(wěn)而緩慢的上升,這時(shí)無孔層不斷被溶解成多孔層,新的無孔層友在生長,這樣多孔層就在不斷增厚,當(dāng)生成速度與溶解速度達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí),膜的厚度就不再增加,這時(shí)反應(yīng)就應(yīng)該停止了。鋁合金氧化膜的電解著色
1.鋁合金氧化膜的常用著色工藝:
鋁合金常用著色工藝大體上可以分為三類:
a、整體著色法:包括自然發(fā)色和電解發(fā)色兩種,自然發(fā)色指陽極氧化過程使鋁合金中添加成分(Si、Fe、Mn等)氧化,而發(fā)生氧化膜的著色。電解發(fā)色指電解液組成及電解條件的變化而引起的氧化膜的著色。
b、染色法:以一次氧化膜為基礎(chǔ),用無機(jī)顏料或者有機(jī)染料進(jìn)行染色的氧化膜。
c、電解著色法:以一次氧化膜為基礎(chǔ),在含金屬鹽的溶液中用直流或交流電進(jìn)行電解著色的方法,電解著色的耐候性、耐光性和使用壽命比染色法要好、其成本遠(yuǎn)低于整體著色法,目前廣發(fā)應(yīng)用于建筑鋁型材的著色。
鋁合金氧化膜的封孔
1.鋁合金氧化膜封孔的定義
鋁陽極氧化之后對氧化膜進(jìn)行的物理或化學(xué)處理過程,以降低氧化膜的孔隙率和吸附能力,以便把染料密封在微孔中,同時(shí)提高膜的耐蝕性、耐磨等性能。在建筑行業(yè)世界各國對氧化膜的封孔基本上采用高溫蒸汽法、冷封孔、電泳涂裝法三種工藝,但目前中溫封孔有擴(kuò)大的趨勢。
2.熱封孔工藝
a.沸水封孔:在接近沸點(diǎn)的純水中(溫度95度以上,去離子水),通過氧化鋁的水合反應(yīng)將非晶態(tài)的氧化鋁轉(zhuǎn)化成水合氧化鋁,由于水合氧化鋁比原來的體積大了30%,體積膨脹使的氧化膜的微孔填充封閉。
b.高溫蒸汽封孔:原理和沸水封孔一樣,***:速度快、水質(zhì)的依賴性小、少出現(xiàn)白灰、褪色風(fēng)險(xiǎn)小。設(shè)備需要密閉來保證溫濕度,一般溫度115~120度,壓力在0.7~1atm為佳,成本高!
3.冷封孔工藝
冷封孔是我國相當(dāng)常用相當(dāng)基本的封孔技術(shù),操作溫度20~25的室溫,時(shí)間和熱封孔比縮短一半,是依靠微孔中的沉積的填充物來進(jìn)行封孔的,相當(dāng)成熟的工藝為氟化鎳為主成分的冷封工藝。冷封孔完成后要進(jìn)行熱水陳化后(60~80度去離子熱水,10~15分鐘)處理來改性,避免產(chǎn)品出現(xiàn)高溫微裂。
4.中溫封孔工藝
針對熱封和冷封工藝的缺點(diǎn)開發(fā)出無機(jī)鹽中溫封孔技術(shù),主要包括鉻酸鹽封孔、硅酸鹽封孔和乙酸鹽封孔。
a.鉻酸鹽封孔:可提供良好的防腐蝕作用,尤其用于壓鑄鋁合金和高銅鋁合金(PH6.32~6.64,大約10min)
b.硅酸鹽封孔:由于硅酸鹽封孔后常常發(fā)生白灰或者變色,目前除非特殊需要不用此工藝
c.乙酸鎳封孔:封孔品質(zhì)比較好,在北美用得較多,我國除有機(jī)染色的小部件采用外,其他基本不用。
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