论铝型材氧化着色系统工程

论铝型材氧化着色质量问题是一个系统工程论文集暨调和李隶荣编著广东省有色金属加工学术委员会广州1997年7月铸锭质量的影响绪言铝合金经熔铸、均匀、挤压、时效处理等工序之后，最后进行氧化着色等表面处理，故铝材的外观色调和均匀性、色差大小、光泽和平滑度、硬度、耐腐蚀性等内在和外在的质量问题都集中在这个阶段上暴露出来，而工厂职能部门往往把质量问题都归罪于氧化车间，是否都是由氧化着色过程中造成的呢？回答当然是否定的，铝型材的氧化着色质量问题是一个系统工程，很多问题可能是由前工序引起的，“黑锅”不能都由氧化着色车间背着、上述每个工序都有重要影响。

铝铸锭质量最关键的是决定型材内在和外在质量的基础条件。

挤压工艺控制、模具质量是决定型材表面光泽度和平滑度以及机械缺陷的基本要素，时效处理对型材的硬度、强度和着色均匀性产生重要的影响，氧化着色是给铝型材穿衣戴帽，进行表面装饰，起着锦上添花的作用，对铝型材的外观质量负有重要的责任，只有把好每道工序的质量关，才能提高铝型材的整体质量，所以说它是一个系统工程。

当今我国铝型材年产量逾70万吨，而质量上乘，可与国外产品竞争，可打入国外市场者只是很少一部份，一些铝型材存在严重的质量问题，一些劣质型材充斥于市场，对建筑物的安全和使用寿命造成严重危害，中央电视台的焦点访谈节目对此曝光了，如果不重视抓铝型材的整体质量，那我国加入世界贸易组织后受到国际市场竞争的冲击，我国起步比国外晚20年的建筑铝型材业就可能被扼杀、被挤跨。

反之我们认清形势，努力提高技术素质，把好每道工序的质量关，不但在国内市场竞争中可立于不败之地，还可开拓国际市场，靠我们的人力和资源优势，不断扩大出口那么我国的建筑铝型材业将会跃上一个新台阶。

当前我国铝型材的生产与质量与国外相比：一、是工厂数量多达1500家以上，不少工厂产量低，形成不了规模效益，年产少于3000吨的工厂是难以维持生计的，于是就采取粗制乱造之法，大量启用废铝杂铝、减少壁厚不进行时效处理，氧化着色走过场，氧化只数分钟到十数分钟，有的还不封孔，包着厚厚的包装纸低价出售，以求其生存和发展，此路当然是走不通的，有的最后只得关闭，相反一些重视以质量取胜的大厂的产品尽管价高、还是供不应求、生意红火，效益好，达到了质量、规模和效益的和谐统一，国外铝厂很注意规模效益，一个厂的年产量达到数万吨至十万吨。

二、是铸锭不均匀化、杂质多、成份明显偏差和偏析、渣多气多，导致挤压速度慢，模具损耗大，型材壁厚强度低，氧化膜厚度不足，硬度低、封孔不充分、外观光泽差表面缺陷明显。

三、是色种少，特别是当今国际流行的不锈钢色、香槟色、浅金色（又名钛金色）、浅灰色、浅红色、浅蓝色、金黄色以及纯黑色很少，仍以古铜色为主。

色调单一很不利于开拓国内和国际两个市场，现在家庭装饰热潮已经到来，开发多品种，多色种型材是当务之急，希望有识之士抓信这个新动向，新机遇。

综上所述不难看出，必须提高型材的整体质量，把它作一个系统工程来改进提高。

笔者综合国内外同人的经验和自己的研究资料，连续写一系列文章，分别论述铸锭质量的影响，挤压、模具、时效热处理的影响，氧化和电解着色时电源波形的影响，脱脂、碱蚀、除污出光的影响，阳极化电解着色和封孔处理的影响。

通过对影响铝型材表面质量的各道工序进行剖析和讨论，以提高行业对型材氧化质量问题的全面认识。

铸锭质量的影响铝铸锭是铝经过熔炼、精炼、铸造而成的，再经过均匀化处理，送挤压车间挤压成各种型材，铸锭的质量指标主要是晶粒度一级、氢气少（0.1 ml /100g铝以下），渣少粒细（除掉0.08 mm以上的渣粒），金属组织均匀，无裂纹和疏松组织，无气孔和元素偏析，铸锭的塑性和变形性好，铝型材生产时挤压力下降，挤压速度提高，力学性能优良，外观平滑光泽好，为氧化着色奠定了好的基础，如同树大必须根深，万丈高楼必须要有坚实的地基那样，优质高档的铝材只能来源于优质的铝铸锭，铝锭质量的重要性已逐渐成为同仁们的共识。

（一）影响铸锭质量的关键是渣和气国际标准对铝锭中的含氢量没有明确规定，但国外一些大公司和国内一些大厂为确保产品质量，对铸锭中渣和气都有严格定量的要求。

例如美国铝业公司，加拿大铝业公司规定渣要过滤到小于0.001mm的微粒，氢气控制在0.1ml/100g铝以下。

国内大多数为中小型企业，设备简陋，技术力量薄弱，因此对渣和气控制不严，铸锭中含渣量多，颗粒粗大，气孔缩孔缺陷多，铸锭结晶为2-3级，存在元素偏析和组织不均匀，除个别厂外，都不进行均匀化处理，这样的铸锭挤压速度慢，模具损耗大，挤出的型材氧化着色彩性能也差，含渣多时氧化膜不连续，表面斑斑点点很多，着古铜色后表面布满着白灰色小点。

型材表面的平滑度和光泽差，成品率低，所以要严格控制铸锭中的渣和气，这是提高铸锭质量最关键的一环，在我国工厂目前条件下，广州有色院提出了一套成功控制渣和气的方法，其要点简介如下：1，铝在熔化过程中尽量减少成渣和吸气铝熔化过程中与空气中的氧反应生成氧化渣4AL+302———2AL203(渣）同时铝和水反应也生成渣和吸入氢气2AL+3H20———AL203(渣）+6〔H〕(被吸入的原子氢)这两个反应是必然要发生的，但我们可以控制一些条件减少其发生。

(1)控制炉温低于950℃这时生成的氧化铝渣打为 r--AL203，比重为 3.47，可覆盖在铝液表面防止铝继续氧化，也便于清除，如果炉温过高 r--AL203就转化为a--AL203，比重增至为3.97，在铝液中沉淀夹杂较多，覆盖面减少，氧化成渣更严重。

(2)控制铝液低于750℃，因为铝液温度高不但成渣多，烧损失大，而且吸气也多，容易造成铸锭开裂。

(3)控制水分，新砌的炉要烘干，废料、覆盖剂、精炼剂、细化剂、工具以及通入的任何气体都不得带入水分。

(4)控制炉膛内的还原气氛，使炉膛中带一些碳，它与氧生成二氧化碳溢出，减少了铝高温氧化的机率。

2，铝液在精炼中除渣和气熔炼的关键是精炼操作，务必在精炼中最大限度地除去液体中的渣和气，细化结晶，精炼时铝液温度保持在750℃左右，温度低时不利氧化铝渣上浮，铝液中的渣是海绵状的，当不搅动时它浮于液面，由于搅动有些沉淀于底或悬浮于铝液中，表面上的渣通过扒渣清除。

必需强调指出在精炼中除渣是第一性的，尽量在此步骤中除去，过滤除渣只是一个补救措施。

精炼剂的选择很重要，现在市场上伪劣产品很多，不能贪便宜，要知道精炼剂不良造成的损害比不良的着色剂影响更坏，不少厂有此经验教训。

将精炼剂压入炉底部位（距离约有10cm）并移动，这时氧化铝渣很容易被吸附而浮于铝液表面，同时精炼剂是有除气作用的。

除去铝液中的氢气主要靠通入惰性气体如氮气，铝液中的氢容易进入惰性气体中而被带走，要注意氮气宜选用高纯度的，工业级氮气含有一定水份精炼过的铝液经微孔陶瓷板等掉铝液中大于0.001mm的渣粒，（国内最好的设备只能滤掉0.08mm的渣）。

3，防止精炼好的铝液重新成渣和吸气精炼好的铝液要撒上层覆盖剂，防止铝液再氧化成渣，同时静置，在静置时氢气也进一步溢出。

铸造时铝液要水平流入铸模中，且液面平稳防止表面膜被破坏。

铸造时要防止在流盘中造成二次污染，如果用一般的耐火水泥做流盘，由于热胀冷缩而破损，水泥夹带入铸锭中会造成二次污染，要选取用耐高温的水泥等材料。

铸造要控制的三要素：1）、浇铸温度，根据结晶器结构选择，一般选用680～720℃之间，2）、水的温度和水压，用直接水冷法来加速冷却，可使液固相区缩小，金属供给得以改善，消除了破坏金属连续性的缺陷——枝晶间和枝晶内的收缩、疏松和气孔。

3）、浇铸速度依（1）、（2）条件而定，温度是浇铸速度的决定因素。

铝铸锭的热顶铸造工艺（LW）至1996年已使用10年，在拼质量、拼管理的今天应逐步地以MP热顶更换LW 热顶，从工艺装备水平上再保障和提高铸锭质量，可让铝型材质量再上一个新台阶。

现代铝挤压铸锭最先进的铸造工艺是炉外连续铝钛硼细化、连续过滤净化、热顶或气滑铸造成技术。

采用以上措施后效果很好：（1）铝烧损率大为降低、成品率高。

（2）挤压力明显下降，而挤压速度加快。

（3）型材表面的平滑性和光泽大为提高，没有小气泡、不黑斑、小白点等疵病，色差小，色泽上乘。

二）要控制好合金成分和杂质6063铝型材的强度是考察型材质量的主要指标，而合金强度取决于合金成分和加工工艺，但主要取决于成分。

铝型材的成分配制必需兼顾挤压性能、机械强度和表面质量等方面，所以国内外著名厂家都十分重视合金成分和控制例如美国铝业公司镁为0.55%，硅为 0.43%，强化相〈1 。

国外很重视镁硅含量及镁硅比，合金元素的总量不超过1% ，在0.95～1%之间，Mg/Si=1～1.3 ,以保障合金的高强度，我国铝型材与国外产品相比其强度和表面质量都存在一定的差距，究其原因是合金成分的控制和加工工艺上的差别，其主要表现是：1）、我国镁硅比高，多数厂镁为0.55～0.65% ，硅0.38～0.43% ，这还是好的，Mg/Si=1.2～1.6 , 综合指标较好，但 Mg/Si=1.7 就太大了，6063铝合金主要成分范围较宽，如何选择是一个奥秘，选择恰当，虽镁硅含量不高，而强度很高，否则相反，影响合金强度的主要因素是镁硅比，国内一些熔铸专家认为Mg/Si=1.1～1.2 最好，经人工时效后，钳式硬度可达12～14度。

2）我国铸棒基本上没用均匀化处理，铸造组织不匀，不可能采用低温快速挤压技术，表面的平滑度和光泽就受到影响，南平铝厂一直坚持铸棒均匀化处理，并成功地采用了低温快速挤压技术，这是该厂型材外观质量优良的奥秘之一，这些年的生产体验，特别是近年来激烈的市场竞争，一些厂开始启用均匀化处理，这是一个很好的现象，3）我国为节约普遍采用200℃±5高温时效，时效温度高，合金强度下降，以上三方面是我国型材硬度低的主要原因，也是与国外产品有差距的内在原因。

其实专家们早已认识这些原因，由于我国国家标准对型材硬度指标规定太低造成的，所以要提高型材强度还寄望于修改指标。

合金中的强化相要小于1%，常取0.8～0.9%，重要的是强化相要分布均匀，虽然提高强化相含量其强度也提高，但势必要提高镁硅总量，这样做会影响阳极氧化腊的连续性，着色效果差。

有人说镁偏高型材着色性好，但并不很明显。

有人则认为硅偏高一些比镁偏高一些更胜一筹，保障了强化相，并可消除铁杂质的有害影响，例如含镁0.5%，硅0.48%，铁0.24%的合金力学性能很好。

进入九十年代以来国外资料也有提高硅含量的顷向，即大于0.43%，Mg+Si=1%，认为这样的合金兼顾了力学性能和表面质量、综合技术性好。

对铝合金氧化着色质量影响最大的是铁、铜、锌、锰、钛、铬等杂质。

1995年铝锭价高时，国内沿海铝厂大量加入废铝，有的多达80%，大量的杂质严重影响了着色质量，色泽发暗、发青，着古铜色基色不正，这是一批劣质型材，1996年下半年起废铝用量减少，型材质量向中高档发展，走向正常发展的轨道。