铝单板及铝合金型材的特性及其在幕墙中的应用

铝单板及铝合金型材的特性及其在幕墙中的应用

铝单板及铝合金型材的特性及其在幕墙中的应用

提要：铝合金面材及其制品因其力学性能优异，易于加工，装饰能力强，而为人们所熟知。但是深究铝合金究竟是什么，有那些优点，却很少有人能系数其根源。

关键词：铝合金、幕墙、型材、表面处理

中图分类号：TS912+.3 文献标识码：A 文章编号：

所谓铝合金是纯铝通过添加镁(Mg)、锰(Mn)、铜(Cu)、硅(Si)和其它一些元素合金添加剂组成。铝合金就以优良的物理化学性质，自被人们认识到熟知再到接受，只有几十年的时间，被广泛的应用在建筑、飞机制造、甚至是航天领域。

幕墙采用铝合金型材是根据现行国家标准《铝合金建筑型材》GB5237－2000加工制作而成。铝及铝合金与其它金属材料相比，具有以下特点：

1、密度小：铝及铝合金的密度接近2.7g/,约为铁或铜的1/3。

2、强度高：经过一定程度的冷加工可强化基体强度,部分牌号的铝合金还可以通过热处理进行强化处理。

3、导电导热性好：铝的导电导热性能仅次于银、铜和金。

4、耐蚀性好：铝的表面易自然生产一层致密牢固的AL2O3保护膜，能很好的保护基体不受腐蚀。

5、易加工：添加一定的合金元素后，可获得良好铸造性能的铸造铝合金或加工塑性好的变形铝合金。

国际上通用的牌号命名方法是根据《变形铝及铝合金牌号表示方法》（GB/T16474-1996）规定的方法。这个标准是根据变形铝及铝合金牌号注册协议组织推荐的国际四位数字体系牌号命名方法制定的，包括国际四位数字体系牌号和四位字符体系牌号两种牌号的命名方法。按化学成分，已在国际牌号注册组织命名的铝及铝合金，直接采

用国际四位数字体系牌号，国际牌号注册组织未命名的铝及铝合金，则按四位字符体系牌号命名。例如：3XXX就是作为幕墙面材较常用的，以锰为主要合金元素，而6XXX就是作为幕墙龙骨用的，以镁和硅为主要合金元素并以Mg2Si相为强化相的铝合金型材。但是需要注意的是，Mg过剩会降低强度，Si过剩会影响挤压及着色、太少强度不好，Fe高则表面粗糙，影响表面处理。Zn、Cu含量高会使氧化膜不好。

同时《变形铝及铝合金状态代号》还规定了变形铝及铝合金的状态代号，用一个英文大写字母表示，分为（F、O、H、W、T）五种：F自由加工状态，是在成型过程中，对于加工硬化和热处理条件无特殊要求的产品，该状态产品的力学性能不作规定。

O退火状态，适用于经完全退火获得最低强度的加工产品。

H加工硬化状态，是产品在加工硬化后可经过（或不经过）使强度有所降低的附加热处理。H代号后面必须有两位或三位阿拉伯数字，表示细分状态：

H后面的第一位数字表示获得该状态的基本处理程序,例如:H1

单纯加工硬化状态，H2加工硬化及不完全退火的状态，H3加工硬化及稳定化处理的状态，H4加工硬化及涂漆处理的状态。

H后面的第2位数字表示产品的加工硬化程度。

W固溶热处理状态，一种不稳定状态，仅适用于经固溶热处理后，室温下自然时效的合金，该状态代号仅表示产品处于自然时效阶段。

T热处理状态（不同于F、O、H状态），适用于热处理后，经过（或不经过）加工硬化达到稳定状态的产品。T代号后必须跟有一位或多位阿拉伯数字（0~10），表示T的细分状态，T后面的数字表示对产品的基本处理程序。例如：T5由高温成型过程冷却，然后进行人工时效的状态。适用于由高温成型过程冷却后，不经过冷加工（可进行矫直、矫平，但不影响力学性能极限），予以人工时效的产品。T6-固溶热处理后进行人工时效的状态。适用于在固溶热处理后，不再进行冷加工（可进行矫直、矫平，但不影响力学性能极限）的产品，T5、T6是幕墙及门窗型材中常用的热处理状态。

铝合金型材的生产步骤：铝合金棒的铸造-挤压-表面的加工与处理。铝合金棒的铸造，是铝锭加热熔化，加入规定的合金元素（对于建筑用铝合金主要加入镁和硅），然后通过铸造机铸出铝棒。铝合金型材的挤压，包括铝合金型材的开模、铝合金棒的切割与加热和型材挤压三个过程。铝合金型材的加工包括，出料及淬火：从挤压机出口处挤出的型材在出料淬火台上进行快速强制冷却。经人工时效能够显著提高铝合金型材的机械性能，特别是硬度。铝型材断面设计开模方法主要有，平模，半空心模，空心分流模。型材断面设计应注意：合理的挤压比，型材壁厚要合理，避免型材壁厚急剧变化或用圆角过渡，槽形型材长宽比要合理，C形开口型材要注意开口尺寸与闭合尺寸的比例合理，避免大尺寸平板结构。

铝合金材料表面处理是，在铝及铝合金表面上形成绿色非晶型的铬酸、磷酸盐转化膜的过程叫铬磷化，是在含有磷酸、六价铬和碱性氟化物等组成的酸性溶液中进行的。国际标准化组织已制定了铝及铝合金铬酸、磷酸盐转化膜的标准。型材是由经过铬磷化处理过的6063铝合金锭挤压成型，铬磷化处理的型材表面可以结构胶相容。铝合金型材表面处理的种类主要有：阳极氧化，粉末静电喷涂，氟碳静电喷涂，电泳处理，喷砂亚光处理，仿木纹处理。

1. 阳极氧化：以铝或铝合金制品为阳极置于电解质溶液中，利用电解作用，使其表面形成氧化铝薄膜的过程，是在密度为1.5A/DM2的硫酸液的18-20伏电压下进行，产生致密的阳级氧化膜经NI、CO 的封孔处理后，得到一种自然色彩，和铝的色彩一样。

2. 粉末静电喷涂：把干燥粉状物吸附于金属工件，经过200℃左右高温烘干后，粉状物固化成为一定厚的坚固光亮的涂层。主要成份：环氧树脂、聚脂聚氨脂与它们之间的不同组合。工艺过程：铝型材经表面予处理，然后在铬酸盐溶液中进行化学氧化；清洗干燥后进入喷粉室，在强电场（40～100KV）中,通过喷枪(0.1～0.8×10pa)

将带负电荷的粉未均匀地喷涂在型材表面上,所以能保持长时间粘合并能达到100μm。最后在烘干固化室固化,这种涂层抗蚀性、耐热性、

硬度都很高，色泽鲜艳、颜色多达几十种，成本较低。

3. 氟碳静电喷涂：氟碳是以聚偏二氟乙烯树脂（PVDF）为基料，双组份聚氨酯漆、丙烯酯漆配以金属微粒或云母晶体为色料制成的水性涂料，氟/碳化学键与氢离子的结合形式是最稳定、最牢固的结合。喷涂一般要经过铬化前处理、底涂、面涂配色和罩光三层涂料处理，颜色可自由选择，涂层经较高温度固化后，使铝材表面具有较高的硬度和恶劣气候环境下优异的抗褪色性、抗起霜性、抗大气污染、抗裂性以及抗紫外光等性能。

4. 电泳处理：以阳极氧化后的制品作为阳极，铝或不锈钢为阴极，置于热固化型水溶液丙稀酸透明树脂渣溶液中，在外电场的作用下，带负电荷的涂料粒子向制品移动，从而在其表面形成一层带有胶粘性的漆膜，经200℃下烘烤固化得出高防腐，耐候，坚硬的表面涂层。

5. 喷砂亚光处理：用直经为10-30µm的不锈钢丸在抛丸设备工作室击打型材表面，可以消除挤压痕，得出均匀一致的表面状态，然后经阳极氧化或电泳处理后，可以形成无光反射污染的亚光表面效果。

6.仿木纹处理：建筑用铝合金表面的仿木纹处理方法有机械法、印刷法、压膜法和电解法等，机械法、印刷法和压膜法可通称为物理方法，电解法为电化学方法。采用耐候性、耐蚀性好的静电木纹粉处理的铝材表面，可获得足以乱真的各种天然木纹图案，如水曲柳、酸枝红木、和大理石等纹理，既满足现代化豪华装饰装修和回归自然的愿望，又免除了天然木材易腐化、虫蛀的缺点。铝合金仿木纹电解的工艺流程如下：化学除油→弱浸蚀→木纹电解→阳极氧化→着色→封闭。

铝合金在幕墙中应用主要有：装饰面材（单板）和受力构件（型材）。铝合金之所以经常被选做建筑外部装修材料，是因为其重量轻，强度高，耐蚀性好，易加工，色彩变化丰富等诸多优点（例如：河南艺术中心，山东日照游泳馆，大连体育场等）。而铝合金型材目前更是制作门窗及幕墙龙骨不可替代的主要材料，应用更是不胜枚举（水