建筑铝型材表面处理工艺及膜层性能对比分析

谢达明，曹 迪，梁活开，樊 琼

（广东省肇庆市质量计量监督检测所；国家建筑五金产品质量监督检验中心（广东），广东肇庆526070）

0 前言

随着我国建筑行业的高速发展，建筑用铝合金型材的需求量急剧增长，市场上出现了各类不同的铝合金型材[1]。铝合金型材的质量事关人民的切身利益和公共安全，对其质量分析具有重要意义。本文对粉末喷涂型材（以下称喷粉型材）、阳极氧化型材、电泳涂漆型材（以下称电泳型材）的膜层制备工艺进行了归纳，并根据国标对一批次型材的膜层性能进行了对比研究，得出几种型材膜层性能的差别，给出了不同铝型材适用的最佳使用环境[2]。

1 铝合金型材表面处理工艺

经过热挤压出来的铝型材是无任何涂层的基体型材，基体型材经过氧化、电泳、喷涂等表面处理工艺能够显著提高其保护性能和装饰性能。目前市场上最常用的铝型材基材牌号为6063-T5，它具有较高的抗拉强度的同时还具有一定的延展性能，该牌号的铝合金制备出的铝型材具有优异的抗风压性能、装配性能、耐腐蚀性能，是建筑用门窗、玻璃幕墙等领域的常用材料[3]。目前市场上应用最多的铝型材基材表面处理工艺主要为粉末喷涂、电泳涂漆和阳极氧化，其表面处理工艺流程与特点的总结与分析如下。

1.1 喷粉型材的表面膜层处理工艺

粉末喷涂铝型材膜层呈现出磨砂质感，具有良好的防刮花、耐磨、耐候性等特点，其生产的主要工艺流程为除油、碱蚀、酸洗出光、化学转化、静电喷粉、流平固化。除油是除去基材表面沾染的油污等有机物。由于金属铝的性质较为活泼，在空气中极易形成极薄的氧化层，该氧化层会对后续的化学转化步骤产生不良影响，碱蚀处理能够除去基材表面的氧化膜，提高化学转化质量。碱蚀后的基材经过酸洗出光使基体表面光亮、平整。化学转化是在基材表面形成一层具有较高耐腐蚀性能的钝化膜。经过化学转化处理后可以进行喷粉处理，喷粉最常用的方法为静电喷涂，原料主要为聚酯粉末，喷涂后再经过加热、流平固化即可下线包装。

1.2 电泳型材的表面膜层制备工艺

电泳处理工艺为双层膜工艺，第一层膜为阳极氧化膜，第二层为电泳涂漆膜，该种工艺处理的型材表面光滑、光泽度高，具有良好的装饰性能，其工艺流程与喷粉型材基本相同，但没有化学转化过程，经过酸洗出光后直接进行阳极氧化处理。氧化结束后需要进行封孔处理，封孔处理能够使膜层性能大幅提高。阳极氧化处理完成后还需进行电泳涂漆，电泳涂料中的带电离子在电场力的作用下聚集到型材表面形成厚薄均匀的电泳层，沥水并加热固化后即可下线包装。

1.3 阳极氧化型材的表面膜层制备工艺

阳极氧化型材的氧化膜制备工艺与电泳型材氧化工艺类似，主要区别为阳极氧化型材表面生成一层较厚且均匀致密的氧化膜。氧化型材的另外一个特点是可以根据客户需求在封孔工艺前对氧化层进行染色处理，然后封孔处理，制备出色彩、花纹各异的样式，具有良好的装饰性能。阳极氧化型材的氧化膜层厚度较电泳工艺中的氧化层厚度较厚，一般为13~20μm，仅单独一层的氧化膜即可实现对基体的有效防护。

2 膜层性能之间的差异

2.1 表面膜层厚度

膜层的厚度对铝基体的保护至关重要，同种膜层其厚度越大保护效果也越好，膜层厚度不符合标准，可能会导致型材产生老化褪色、腐蚀断裂等问题。对于喷粉和阳极氧化型材，可以利用涡流测厚仪直接测量膜层厚度；电泳型材涂层由阳极氧化膜和电泳涂漆两层膜组成，涡流测厚仪无法辨识出两种膜层的各自厚度，需要用金相显微镜来测量其双层膜各自的厚度。经测试，该批次喷粉、电泳和阳极氧化型材的膜厚如表1所示，由表可知所有膜层厚度满足标准要求。

表1 不同表面处理工艺铝型材的膜层厚度

2.2 膜层附着力

铝合金型材的膜层附着力是其质量的关键性能指标之一，附着力的强弱决定了在后期的使用过程中膜层从基材上剥落的难易程度。国标采用漆膜划格仪对漆膜进行划格试验，再用标准粘力胶带粘附划格，根据胶带上粘附的漆膜面积和数量来评定漆膜附着力。经过测试，该批铝型材漆膜的划痕直角处边界清晰、完整，表明漆膜与基体结合牢固，满足国标对漆膜结合力的要求。

2.3 耐盐雾腐蚀性能

沿海地区空气湿度较大，风雨中含有较多的海盐微粒，很容易造成铝型材的腐蚀破坏。在台风等极端天气中极易造成腐蚀后的铝型材从高层建筑上脱落，对人民生命和财产安全造成极大威胁，因此对铝型材的腐蚀性能评定具有重要意义[4]。

国标中对每种型材的盐雾腐蚀试验方案略有区别，为了更清晰地对比铝型材的耐腐蚀性能，本文针对3种铝型材统一进行72h的CASS试验。试验结果表明盐雾腐蚀试验后喷粉和电泳型材的膜层形貌完好；而阳极氧化型材膜层表面出现如图1中密集分布的腐蚀点，该结果表明阳极氧化铝型材的耐腐蚀性能弱于电泳型材和喷粉型材。因此在沿海等海洋气候地区，阳极氧化膜层难以实现在高腐蚀环境下的有效保护，应选择喷粉型材或者电泳型材。

图1 盐雾腐蚀试验及腐蚀后的型材表面形貌

2.4 膜层耐磨性能

国标采用落沙试验装置来测试铝型材表面膜层的耐磨性能，根据表面的磨损程度确定总的落沙重量，再根据膜层厚度得到磨耗系数，由磨耗系数来确定型材膜层的耐磨性能，为了更清楚直观地进行对比，磨耗系数单位统一为g/μm。经过对喷粉、电泳和阳极氧化型材进行落沙试验，得出平均磨耗系数分别为1120g/μm、467g/μm、498g/μm，三种型材的膜层耐磨性能都符合国标要求，且喷粉型材的磨耗系数远高于电泳和阳极氧化型材。该试验表明喷粉型材具有良好的风沙防护效果，适用于西北沙尘暴天气多发的地区。

2.5 膜层耐酸碱性能

耐酸碱测试能够测评铝型材膜层的抗酸碱侵蚀能力，得出其所适应的使用环境。按照国标配置稀盐酸溶液，并滴加到铝型材膜层表面，根据膜层表面是否产生明显变化来评定膜层的耐盐酸性能。经过15min盐酸溶液侵蚀，型材表面均无气泡等明显变化，符合国标要求。阳极氧化型材在经过24h后表面出现少量黑色腐蚀区，48h后腐蚀区域明显增大；电泳型材经过48h后开始出现个别的腐蚀孔洞，而喷粉型材48h侵蚀后表面无明显变化。该试验表明喷粉型材的耐盐酸性能最好，而阳极氧化铝型材在酸性环境中容易发生腐蚀。在耐碱性试验中，经过48h后膜层表面均未发生明显的变化，都具有良好的耐碱性能。此外，针对阳极氧化型材采用无硝酸预浸的磷铬酸法对阳极氧化型材的封孔质量进行测试，经过测试其失重为14mg/dm2，小于标准要求的30mg/dm2，符合国标要求。

3 结语

经过对几种膜层的制备工艺和性能对比分析得出以下几点结论。喷粉型材具有最厚的膜层，电泳型材的膜层由阳极氧化层和电泳涂漆层2部分构成，总膜厚约为20μm。膜层附着性测试表明所有膜层与基体结合良好，未发生剥落等现象。经过72h盐雾腐蚀性能测试，仅有阳极氧化铝型材表面出现了腐蚀现象。在耐磨性能测试中，喷粉型材表现出了优异的耐磨性能，适用于沙尘暴多发的西北地区。总的来说，喷粉型材具有较好的综合性能，阳极氧化型材的综合性能相对较差，但阳极氧化型材具有良好装饰性能和磨砂质感，深受人们的喜爱，可在室内等较为温和的环境中使用。