鋁型材表面處理種類及特點

鋁型材，就是鋁棒通過熱熔、擠發色處理壓、從而得到不同截面形狀的鋁材料。鋁型材的生產流程主要包括熔鑄、擠壓和上色三個過程。其中，上色主要包括：氧化、電泳塗裝、氟炭噴塗、粉末噴塗、木紋轉印等過程。
　　
　　按用途可以分為以下幾類：
　　
　　1。建築鋁型材（分為門窗和幕牆二種）
　　
　　2。散熱器鋁型材。
　　
　　3。一般工業鋁型材：主要用於工業生產制造用的，如自動化機械設備、封罩的骨架以及各根據自己的機械設備要求定制開模，比如流水線輸送帶、提升機、點膠機、檢測設備、貨架等等，電子機械行業和無塵室用得居多。
　　
　　4、軌道車輛結構鋁合金型材：主要用於軌道車輛車體制造。
　　
　　5、裝裱鋁型材，制作成鋁合金畫框，裝裱各種展覽、裝飾畫。
　　
　　按合金成分類：
　　
　　可分為10陽極處理24、2011、6063、6061、6082、7075等合金牌號鋁型材，其中6系的最為常見，不同的牌號區別在於各種金屬成分的配比是不一樣的，除了常用的門窗鋁型材如60系列、70系列、80系列、90系列、幕牆系列等建築鋁型材之外，工業鋁型材沒有明確的型號區分，大多數生產廠都是按照客電鍍戶的實際圖紙加工的。
　　
　　鋁及鋁合金與其它金屬材料相比，具有以下一些特點：
　　
　　1、密度小
　　
　　鋁及鋁合金的密度接近2。7g/，約為鐵或銅的1/3。
　　
　　2、強度高
　　
　　鋁及鋁合金的強度高。經過一定程度的冷加工可強化基體強度，部分牌號的鋁合金還可鋁表面處理以通過熱處理進行強化處理。
　　
硬陽處理　　3、導電導熱性好
　　
　　鋁的導電導熱性能僅次於銀、銅和金。
　　
　　4、耐蝕性好
　　
　　鋁的表面易自然生產一層致密牢固的AL2O3保護膜，能很好的保護基體不受腐蝕。通過人工陽極氧化和著色，可獲得良好鑄造性能的鑄造鋁合金或加工塑性好的變形鋁合金。
　　
　　5、易加工
　　
　　添加一定的合金元素後，可獲得良好鑄造性能的鑄造鋁合金或加工塑性好的變形鋁合金。

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鋁表面處理要分清楚利與弊

人為表面處理--鋁氧化加工不僅可以增加耐蝕性，硬陽處理而且增加了裝飾性。鋁陽極處理及其合金表面電鍍在大氣中極易生成一層極薄的氧化膜(厚度約為40~9A)，使其具有一定的防腐能力。但由於腆層疏松多孔且不均勻，因而不能作為可靠的防護膜層，並且腆層是非晶的，使得鋁及其合金失去了原有的光澤，不能使其作為滿意的裝飾性膜層使用。

鋁及其合金陽極氧化，較之化學氧化性能更為優越，通常能夠作為最終防腐、裝飾使用或作為著色、染色電泳塗裝的基礎。陽極氧化按其電解質液種類及膜層性質可分為硫酸法、鉻酸法、草酸法、混酸法，硬質及瓷質陽鋁表面處理極氧化等方法。

1。化學氧化處理

化學發色處理氧化處理所得到的化學氧化膜是多孔的，具有較高的化學活性，可進行各種著色處理，再最後封孔處理。但由於腆厚僅在o。5-4非曲直μm之間，吸附著色劑較少，難獲得鮮艷的顏色，且耐蝕性較差，但可作為油漆、搪瓷的底層，室內裝飾及結構復雜、表面處理要求不高的小零件鋁表面處理工藝。

2。電化學氧化

拋光:可分為化學拋光、電化學拋光及機械拋光。近年來開發了二酸拋光工藝，可以克服化學拋光中的傳統三酸拋光工藝由於產生大量黃煙，嚴重污染工作環境的缺點，同時還降低了工作溫度計和成本，效果也不遜於三酸拋光。

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鋁金屬表面處理中，為什麼陽極氧化“備受寵幸”？

我們都知道鋁在生活和工業上應用廣泛，而鋁的表面處理鋁表面處理方法也是種類繁多，通常有陽極氧化處理、化學轉化處理，微弧氧化處理、電鍍處理、化學鍍處理或表面有機塗裝（噴粉或噴漆）等等。而應用最廣泛的工藝莫過於是陽極氧化處理，那麼為什麼陽極氧化會“備受寵幸”呢？

鋁及鋁合金的陽極氧化工藝在工業上有著廣泛的應用，可以用來防止制品的腐蝕或達到防護-裝飾的雙重目的，如用作耐磨層、電絕緣層、噴漆底層和電鍍底層等。下面就由傑昌電鍍廠來介紹一下陽極氧化的各個用途特點。

（1）防止鋁制品的腐蝕

由於陽極氧化所得的膜層本身在大氣中有足夠的穩定性，所以可以利用鋁表面上的氧化膜作為防護層。鋁在鉻酸溶液中進行陽極氧化而得到的氧化膜致密、耐蝕性好；從硫酸溶液中得到的氧化膜的孔隙較前者大，不過其膜層較厚，且吸附能力很強，若經過適當的填充封閉處理，其耐蝕性也是很好的。特別指出的是，鉻酸陽極氧化法特別適用於鉚接件和焊接件的陽極氧化處理。

（2）防護-裝飾制品

對於大多數要求進行表面精飾的鋁及其合金制品，經過化學或電化學拋光後，再用硫酸溶液進行陽極氧化可以得到透明度較高的氧化膜。這種氧化膜可以吸附很多種有機染料和無機染料，從而具有各種鮮艷的色彩。這層彩色膜既是防腐蝕層，又是裝飾層。在一些特殊工藝條件下，還可以獲得外觀與瓷質相似的防護裝飾性的氧化膜。

（3）作為硬質耐磨層

通過對鋁及鋁合金進行硬質陽極氧化，可以在其表面獲得厚而硬的Al2O3膜層。這種膜層不僅具有較高的硬度和厚度，而且還有低的粗糙度。在硫酸或草酸溶液中，也可以通過陽極氧化的方法在鋁制品上獲得硬而厚的氧化膜。多孔的厚氧化膜能夠儲備潤滑油，因此它可以陽極處理有效地應用於摩擦狀態工作的鋁制品，例如汽車及拖拉機的發動機氣缸、活塞等經過陽極氧化後，可大大提高其耐磨性。

（4）作為電的絕緣層

鋁及鋁合金制品經過陽極氧化後電鍍所得到的氧化膜具有較大的電阻，因此它對提高某些制品的電絕緣性有一定的作用，可以用陽極氧化制備電容的介電層，也可以用氧化鋁為其表面制備絕緣層。

（5）作為噴漆的底層

由於陽極氧化膜的多孔性及良好的吸附能力，它可以作為噴漆和其它有機膜的底層，使漆膜和有機膜與制品牢硬陽處理固地結合在一起，從而增加其耐蝕性。

（6）作為電鍍的底層

鋁及鋁合金制品在進行電鍍前，必須事先對其施加底層，而後才能進行電鍍發色處理。在基質表面上施加底層的方法很多，除了電鍍鋅、浸鋅、化學鍍鎳之外，陽極氧化處理也是重要方法之一。

相信通過上面的6點大家都應該了解陽極氧化工藝得以廣泛應用的原因，陽極氧化除了在工業上應用廣泛外，其在科技領域也是“備受寵幸”。許多創新的電子設備都應用到陽極氧化。相信在未來，鋁合金陽極氧化工藝將運用到更多的領域。

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鋁及其合金表面處理在輕武器上的運用

鋁屬兩性金屬，其表面很容易形成一層極薄的氧化膜（厚度電鍍約為0。01～0。02μm），在大氣中有一定的防腐能力。但由於這層氧化膜是非晶的，它會使鋁制品表面失去原有的光澤，此外氧化膜疏松多孔，不均勻，抗蝕能力較差，且容易沾染污跡。因此，鋁及鋁合金制品通常需要進行表面處理。為了滿足輕武器使用要求，我廠采用鋁合金硬質陽極氧化法，並對鋁合金機匣硬質陽極氧化整體著色工藝進行了深入的研究，形成了一套較為完整的工藝流程，從而使鋁及鋁合金在輕武器上的應用得以鞏固。

硬質陽極氧化法是一種厚層陽極氧化工藝，是鋁及鋁合金在低溫硫酸電解液中，經過階梯電流作用而進行的電化學反應。它除具有一般硫酸氧化膜的性質外，還能夠使其表面在硬度、耐磨性、結合強度、滑動性能、電穿透強度以及耐腐性等性能方面都能得到提高，是一種能夠滿足較高要求的表面處理方式。

輕武器因使用條件決定對於其表面耐磨、耐紫外光照等要求相對較高，選用適當的材料和適當的表面處理方法非常重要。普通陽極氧化只能滿足一般外觀要求，采用LY11、LY12硬鋁合金、LC4超硬鋁合金材料在硫酸溶液中得到的硬質陽極氧化層厚度可達到50～80μm，膜層硬度HV0。1370～500。是輕武器上比較理想的表面處理方法。陽極處理在這裡我們主要針對其特點介鋁表面處理紹鋁合金硫酸硬質陽極氧化工藝過程。

1工藝流程

裝攔→脫脂→上夾具→脫脂→清洗→弱腐蝕→清洗→光澤處理→去離子水清洗→硬質陽極氧化→去離子水清洗→硬陽處理染黑色→清洗→封閉→熱水燙干→烘干

2氧化前處理主要工序及工藝條件

對鋁合金工件進行氧化前處理，是獲得優質氧化層的重要環節。粗糙或沾有污物的工件表面，是不能得到平滑、結合力好、防腐性能優越的氧化層的。為獲得高質量的氧化層，必須作好氧化前處理。

3硬質陽極氧化鋁合金機匣整體著色工藝

3。1硬質陽極氧化工藝條件

3。2染色工藝

零件經硬質陽極氧化出槽後，為灰黑色，表面疏松多孔，為了提高發色處理氧化膜的外觀質量，一般要對氧化層進行染色。

3。3硬質陽極氧化膜的封閉處理

通過對鋁及鋁合金硬質陽極氧化生產工藝條件和參數的優化，采用封閉劑LD-5950進行封閉效果較好，不僅提高了氧化膜的外觀質量，氧化膜的各項性能都得到了提高。

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熱鍍鋁鋅鋼表面環氧樹脂

熱鍍鋁鋅鋼板應用廣泛，但易陽極處理被腐蝕。硅烷化及其改性處理工藝簡單、無毒、無污染、適用範圍廣、與有機塗層和金屬均有良好的結合性能。水溶性環氧樹脂塗層黏結性、電絕緣性、力學性能及耐蝕性能優良，經濟實用，被廣泛用於金屬、織物、家具的塗裝。但是，單一的硅烷塗層或環氧樹脂塗層用於熱鍍鋁鋅鋼板均不能達到較好的防護效果，其應用因此受到了限制。水性環氧樹脂克服了溶劑型環氧樹脂含揮發性物質、有刺激性氣味等弊端，目前以其為主成膜物質的研究報道較少。

1復合塗層的制備

(1)基材前處理基材為熱浸鍍55%鋁鋅鋼板，尺寸為50．0mm×70．0mm×0．5mm，用堿性脫脂劑［20g/L月桂酸，80g/L偏硅酸鈉，2g/L十二基磺酸鈉，30g/L碳酸鈉，20g/LD-Na(葡萄糖酸鈉)，30g/L氫氧化鈉(粒狀)，10g/L三聚磷酸鈉］於40℃脫脂20s，去離子水清洗，熱風吹干。

(2)處理液處理液由體積比為70：20：6：4的無水乙醇、去離子水、硅烷偶聯劑KH560和環氧樹脂BH685組成，用冰乙酸調節其pH值至5～6後，充分攪拌1h，35℃下靜置72h。

(3)塗層制備采用浸漬-提拉法，即將預處理後的熱鍍鋁鋅鋼板浸於30℃處理液中8s後提出，用HG101-1型電熱鼓風干燥箱於180℃固化30min。

2復合塗層的性能測試

2．1形貌、成分及結構

采用supra35型掃描電鏡(SEM)觀察復合塗層的形貌；采用oxford型能譜儀(EDS)分析復合塗層的成分；采用Bio-ＲadFTS-3000型傅立葉變換紅外光譜儀(FTIＲ)測試復合塗層的結構，波數為4000～400cm－1，分辨率為4cm－1。

2．2耐蝕性能

參照GB/T10125－1997，在DCTC1200P型鹽霧試驗箱中進行中性鹽霧腐蝕:介質為(35±5)g/LNaCl溶液，溫度25℃；用鹽酸或氫氧化鈉調節pH值至6．5～7．2；試樣與垂直方向成15°～30°。

采用CHI650A電化學工作站進行極化曲線和交流阻抗測試:測試介質為3．5%NaCl溶液，工作電極為塗層試樣，用透明膠布密封，預留工作面積為10mm×10mm，參比電極為飽和甘汞電極(SCE)，輔助電極為鉑電極；極化曲線掃描速率為0．005V/s，掃描範圍為相對開路電位±0．5V；交流阻抗(EIS)在自腐蝕電位測試，正弦波激勵信號為5mV，掃描頻率範圍為1×(10－2～105)Hz。

2．3附著力

參照GB9791－2003“鋅和鎘上鉻酸鹽轉化膜試驗方法”，手持軟紙來回輕擦復合塗層表面10次，若復合塗層不磨損或脫落至露出鋅基體，則說明其對基體的附著力電鍍較高。摩擦後在其表面滴一滴5%(質量分數)醋酸鉛進行醋酸鉛點滴試驗，觀察表面變黑時間，以測試復合塗層摩擦後的耐蝕性能。

結果與討論

1復合塗層的形貌、結構及成分

復合塗層均勻、完整，但存在微裂紋；復合塗層主要含有C，O，Si，Al，Zn等元素，說明這些元素均參與了復合塗層的形成，因為XPS不能探測到氫元素，所以不能排除復合塗層中有H元素存在的可能。

538～837cm－1處為環氧樹脂的特征吸收峰，表明水性環氧樹脂BH685參鋁表面處理與了成膜；1052cm－1左右出現吸收峰的寬化，系Si－O－Si與Si－O－Zn和Si－O－Al吸收峰間的相互重疊所致，硅烷偶聯劑KH560水解生成Si－OH，Si－OH在一定的固化時間和固化溫度下進一步濃縮和聚合生成Si－O－Si，熱鍍鋁鋅鋼板脫脂後，有利於Zn(OH)2和Al(OH)3的生成，浸漬後，金屬羥基基團很容易與溶液中的Si－OH以氫鍵相結合，進而生成Si－O－Zn和Si－O－Al［1］；1416cm－1為－CH2的彎曲振動吸收峰，表明復合塗層中有未水解的硅烷KH560；1573cm－1出現了－COO的對稱伸縮振動峰，表明復合塗層中存在pH調節劑冰乙酸；2438cm－1為C=O的伸縮振動吸收峰，表明復合塗層中有環氧樹脂；3415cm－1附近出現了較強的－OH寬化振動吸收峰，一方面說明水解的SiOH為完全縮合，另一方面也可能是因為環氧基團被打開生成了－OH，進而生成Si－O－C，有利於復合塗層耐蝕性能的提高。

2復合塗層的耐蝕性能

2．1腐蝕形貌

熱鍍硬陽處理鋁鋅鋼板中性鹽霧腐蝕24h後，表面有大量黑鏽、白鏽和紅鏽，腐蝕嚴重；復合塗層中性鹽霧腐蝕48h後，表面沒有發生腐蝕，而中性鹽霧腐蝕72h後，表面有白鏽和少量黑色點蝕產生，腐蝕面積約為20%。顯然，復合塗層使熱鍍鋁鋅鋼板的耐蝕性能明顯提高。

2．2極化曲線

復合塗層的陰極電流比基材約降低了2個數量級，這是因為復合塗層覆蓋了活性區，導致陰極電流顯著降低；復合塗層陰極曲線的斜率與基材相比沒有明顯變化，這也說明復合塗層僅作為物理隔絕層；復合塗層的陽極電流較基材有一定程度下降，說明其對熱鍍鋁鋅鋼板具有一定的屏蔽保護作用；熱鍍鋁鋅鋼板在約－1．02V處出現腐蝕電流降低的平台，可能是因為腐蝕產物在電極表面的大量積累而導2．2．2極化曲線圖4為復合塗層及熱鍍鋁鋅鋼板的極化曲線。

2．3交流阻抗

熱鍍鋁鋅鋼板表現為2個時間常數，說明其發生了嚴重的腐蝕；復合塗層在高頻區阻抗值迅速降低，相位角為正值，為容抗特征，低頻區出現負相位角，說明有感抗成分，但在整個頻率範圍僅表現為1個時間常數，說明熱鍍鋁鋅鋼板表面復合塗層的腐蝕未到達熱鍍鋁鋅鋼板。由圖5b可知，與熱鍍鋁鋅鋼板相比，復合塗層總阻抗值增加，高頻區(≧103Hz)阻抗值約增加1個數量級，中頻區(101～103Hz)阻抗值約增加0．5個數量級，低頻區(＜10Hz)阻抗值約增發色處理加2個數量級，表明復合塗層耐蝕性能較熱鍍鋁鋅鋼板明顯提高。

2．4綜合分析

通常，硅烷KH560水解後生成3個SiOH基團，SiOH基團與熱鍍鋁鋅鋼板的AlOH和ZnOH進一步形成Si－O－Al和Si－O－Zn。SiOH基團之間相互縮合生成Si－O－Si網絡結構，可提高基體的耐蝕性能。環氧樹脂塗層主要以高分子聚合物對基體起保護作用。將硅烷KH560和環氧樹脂共混復配後，一方面由於SiOH基團的縮合，提高了環氧樹脂聚合物的交聯密度，使電解質溶液難以滲透；另一方面由於硅烷KH560使得環氧樹脂部分開環，增加了－OH基團，進而生成Si-O-C，從而提高硅烷塗層的致密度。因此，環氧樹脂-硅烷復合塗層具有較好的耐蝕性能。

3復合塗層的附著力

手持軟紙，來回輕擦復合塗層試樣表面10次後，未見白色軟紙上沾有灰色物質，表明復合塗層未磨損至露出鋁鋅基體，復合塗層對基體的附著力較高。醋酸鉛點滴試驗顯示，復合塗層表面摩擦處變黑的平均時間大於60s，表明摩擦處的復合膜仍然具有一定的耐蝕性能。

結論

(1)復合塗層均勻、完整，但存在微裂紋，主要含有C，O，Si，Al，Zn等元素和Si－O－Zn、Si－O－Al、Si－O－Si及Si－O－C結構。(2)熱鍍鋁鋅鋼板表面的環氧樹脂-硅烷偶聯劑復合塗層與基體相比耐蝕性能較好:復合塗層顯著降低了陰極腐蝕電流密度，一定程度降低了陽極腐蝕電流密度，復合塗層極化電阻和總阻抗較基材明顯增加。復合塗層對基體附著力較高。

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