铝表面处理

铝的表面保护处理技术

针对铝表面性能方面存在的缺陷, 表面处理是一项行之有效的保护措施。铝的表面处理可以在保留铝及其合金原有性能的基础上, 提高与完善其表面的保护和装饰性能。铝的表面处理技术不是一项单一技术, 而切切实实是一项系统工程。它是多种机械处理工序和化学表面预处理工序与各种表面成膜和涂装处理工序的搭配和组合, 甚至工序之间的正确清洗同样是不可轻视的步骤, 只有严格技术措施和工艺制度才能达到目的。

铝的表面预处理方法有机械法和化学(电化学)法两大类。机械法包括喷砂、刷光、扫纹和抛光处理等, 化学法包括脱脂、碱洗、去灰、亚光处理和抛光处理等。铝合金的工业化的表面保护处理技术运用最广泛的有阳极氧化处理、化学转化处理(以前称化学氧化, 中国不少资料至今沿用日语直接称之为“化成”处理), 电镀与化学镀处理和有机聚合物涂装处理(电泳、喷粉或喷漆)等。在使用要求不高的情形下可以通过单一的化学转化处理, 即化学氧化处理作为最终的表面处理方法。比较多的情形是化学转化膜作为表面有机聚合物涂装的底层, 在必要时阳极氧化膜也可以作为有机物涂装的底层。铝合金建筑型材的表面处理目前有阳极氧化处理、阳极氧化电泳涂漆处理和有机聚合物静电喷涂处理三大类, 而建筑用铝合金板带的辊涂技术也是相当普遍和成熟的工艺。

铝材表面处理的根本目的是要解决铝及其合金的防护性(protection)、装饰性(decoration)和功能性(function)三方面问题。铝的腐蚀电位比较负, 其全面腐蚀和局部腐蚀都比较容易发生, 铝与其他金属接触(包括电接触)时, 由于电偶作用使铝的腐蚀明显加速, 也就是说铝的电偶腐蚀问题非常突出。因此防护性主要指防止铝的腐蚀和保护金属铝的外观, 阳极氧化膜和有机聚合物涂层等是最常用的两种表面保护手段。装饰性主要从美观出发提高外观品质, 如除去表面缺陷、不规则纹理或挤压条纹、保持和提高金属的表面光亮度、赋予铝表面以各种颜色或各种纹饰等等。为了使这种装饰作用持久保持, 必然要同时考虑或增添防护措施, 也就是增添表面处理技术, 例如机械扫纹或机械抛光、化学抛光或电化学抛光、阳极氧化和着色、以及涂装透明漆膜或彩色漆膜等。功能性是指赋予金属表面的某些化学或物理的新特性, 比如增加硬度、提高耐磨损、强化电绝缘及亲水性等。至于利用阳极氧化膜的多孔性特点沉积功能性粒子, 赋予铝表面阳极氧化膜以新的功能(电磁功能、光电功能)等, 更形成了具有广泛潜在用途的另一大类崭新的阳极氧化功能膜领域。本章作为全书的引子, 以下全面扼要介绍几种主要的表面处理方法。

1.5.1 阳极氧化处理

阳极氧化是铝的一种“万能”的表面处理技术, 也是目前工业上应用最广泛的, 人们最熟悉的铝合金的表面保护技术。只要谈及铝材的表面处理, 人们总是首先想到阳极氧化。阳极氧化的类型很多, 按照阳极氧化膜的结构有壁垒型和多孔型两大类。阳极氧化处理作为铝材的一种表面保护手段, 生成的是多孔型阳极氧化膜, 而不是壁垒性阳极氧化膜。多孔型阳极氧化膜可以进行着色处理, 按照性能和使用要求分别进行电解着色或染色处理。为了满足耐腐蚀性和耐候性等各种性能要求, 通常必须进行多孔型膜的封孔处理, 从实际应用出发分别选择热封孔、冷封孔、中温封孔甚至有机物封孔, 如电泳涂漆等。许多无机酸或有机酸溶液都可以作为阳极氧化的槽液, 硫酸阳极氧化是最常使用的阳极氧化工艺, 铝合金建筑型材的阳极氧化槽液通常是

130~200 g/L的硫酸溶液。虽然在某些情况下, 如硬质阳极氧化处理, 在硫酸中可能添加草酸或其他有机酸。

铝阳极氧化膜的硬度明显高于金属本身, 普通硫酸阳极氧化膜的显微硬度约为300HV, 硬质阳极氧化膜可以达到450HV以上, 都远远高于金属铝和铝合金材料的硬度值。如前所述, 铝表面自然氧化膜是铝耐腐蚀的基础, 阳极氧化膜的耐腐蚀性能远高于自然氧化膜的, 因此阳极氧化膜的耐腐蚀性和耐磨损性能都更加理想。而且铝的阳极氧化膜本身具有很好的透明度, 从而在阳极氧化处理之后的金属表面, 还可以保持铝的原有的亮丽金属质感。因此阳极氧化处理不仅改善了铝合金的表面耐腐蚀性等使