铝及铝合金卷材的氧化

2011-07-10张翼鹏广州汉氟莱化工有限公司广东广州510000

中国建材科技 2011年6期

张翼鹏（广州汉氟莱化工有限公司广东广州510000）

1 铝及铝合金卷材氧化概述

铝及铝合金卷材氧化是由单片铝阳极氧化发展起来的，和其它金属卷材一样，其氧化产品的生产历史已有近30年。1972年，在比利时制造出第一台金属卷阳极氧化单面处理自动化流水线机组，随后相继在德国、意大利、英国、中国出现。到2011年铝卷材氧化生产线已超过10条。产能也已超过10万吨。

中国在20世纪90年代末开始引进国外氧化产品应用在外墙装修。最早应用是上海希尔顿酒店。本世纪初在广东、浙江，上海等地开始研制铝卷材阳极氧化氧化生产线，经过近10年的努力现在已基本成熟，已有多条铝卷材双面阳极氧化生产线，但单面阳极氧化线极少，故阳极氧化膜厚度多在8微米以下。由于各厂的技术力量、研究方向不同，生产的产品各有千秋。因此国内还没有一家综合性能很高的铝卷材阳极氧化生产厂家。

1.1 铝及铝合金卷材氧化的目的

铝及铝合金卷材阳极氧化的目的在于通过氧化方法，使铝卷材表面形成牢固的连续氧化膜而发挥其装饰、防护和特殊功能等作用。

1.2 铝及铝合金卷材氧化的原理

铝及铝合金卷材氧化的生产是在连续氧化生产线上，经过前处理、氧化、着色、封孔等工序在铝卷材表面形成均匀的氧化膜。

铝及铝合金卷材经过阳极氧化处理后，氧化膜对铝板的防护作用集中反映在产品的耐腐蚀性能和耐候性能有了显著提高。氧化膜耐候性极强，10微米氧化膜可出具15年，15微米氧化膜可出具20年的质量保证。

1.3 铝及铝合金卷材氧化的发展方向

随着经济建设的发展，对铝及铝合金卷材氧化产品的市场需求量将会继续增加，对花色品种的需求会越来越多，广泛应用在建筑装饰（铝幕墙板、铝蜂窝板、铝塑板、铝屋面板、铝天花板、铝门窗及卷闸门系列）、汽车内饰、灯饰灯具、家用电器、食品包装、家具的领域。

2 铝及铝合金卷材氧化工艺

铝及铝合金卷材经过清洗除油脱脂、碱洗腐蚀、中和处理、阳极氧化、电解着色（染色）、封孔处理，在铝卷材表面上形成各种颜色和各种不同膜厚的氧化层。其工艺流程为：开卷－脱脂－碱洗—中和—阳极氧化－电解着色（如铝本色无此工序）—封孔处理－收卷。按需要可粘贴保护膜。

2.1 阳极氧化铝及铝合金基材要求

铝及铝合金基材的质量是铝卷材阳极氧化生产的核心部分，其在铝材加工的开始一直到成品铝卷都要经过严格控制。从铝材的熔铸、金属净化、晶粒细化、铸造板坯、洗面、热轧、冷轧、热处理、拉弯矫直等每一个工序都决定了最终氧化成品的表面质量，任何微小的缺陷，都将最终影响产品表面的视觉效果。

铝卷材的涂装能用底漆和面漆遮盖住铝材表面的微小缺陷，而阳极氧化正好相反，氧化能放大铝材表面微小缺陷。因此铝材的产品质量是生产铝阳极氧化板的先决条件，国际上有专门的生产铝阳极氧化板基材的厂家，并有相应的国际标准。

铝及铝合金基材是阳极氧化产品的关键。另一个关键就是阳极氧化的处理方法，两者同等重要。

2.2 铝及铝合金卷材氧化前处理

为了去除铝及铝合金卷基材表面所附着的油污、灰尘、氧化物等，提供适合氧化要求的良好基底，氧化前必须对基材表面进行处理。通常把这种处理称为氧化前处理或预处理。铝卷材前处理的目的是提高铝卷材的表面清洁及导电性能，形成适合氧化膜生成的铝材表面。

前处理是保障铝卷材氧化表面质量的重要工序。通过化学清洗剂和化学（腐蚀或抛光）溶液两个工序，配合一定的工艺过程，将铝卷材表面的油污、杂质清除干净，使铝卷材得到一个阳极氧化所要求的工艺表面。

表1 铝及铝合金硫酸阳极氧化膜耐蚀性

脱脂—在碱性或酸性溶液中清洗铝材表面，去除铝材在轧制过程中表面残留的轧制油等其他表面杂质。

碱洗—在氢氧化钠中对铝材表面进行适当处理，一是去除自然氧化层，二是对最终产品的要求提供适合氧化的基材。

中和—中和碱洗反应，清洁并洗白碱洗后的铝材表面，提高氧化前的PH值。

前处理在整个阳极氧化工艺中属于基础工序，处理过程中所形成的缺陷往往带有潜伏性，且会直接影响产品的最终质量。因此要引起充分的重视。前处理缺陷形成的原因是多方面的，常见的原因有前处理试剂、设备、铝卷材材质、人为因素几个方面。这些因素相互联系，又相互制约的。有时一种缺陷的产生与多方面的因素相关。

2.3 阳极氧化

以铝为阳极置于硫酸电解液中，利用电解作用，使铝表面形成阳极氧化膜的过程称为铝硫酸阳极氧化。目前国内外广泛应用的是硫酸直流阳极氧化，它与其他酸阳极氧化相比较，在生产成本、氧化膜特点和性能方面具有下列明显的优越性。

1）生产成本低。电解液所要的硫酸价格低，电解耗电少，废液处理简单，与其他阳极氧化比较是一种最为廉价的工艺。

2）膜的透明度高。一般硫酸氧化膜为无色透明，且铝越纯，膜透明度越好，合金元素Si、Fe、Mn会使透明度下降，但Mg对透明度无影响，最适合于抛光后的光亮阳极氧化处理。

3）耐蚀性和耐磨性好。表1列出了铝及铝合金硫酸阳极氧化膜在各类大气和CASS试验中的耐蚀性。

4）电解着色和化学染色容易。硫酸氧化膜是多孔型（孔隙率平均为10%～15%），且无色透明，不受本色的影响，在电解着色过程中，金属离子能从其孔底析出而发色，使色泽美观、耐光和耐候性好，在化学染色中，多孔型膜吸附力强，容易使染色液渗入到膜孔中去，发生化学作用或物理作用，染成各种鲜艳的颜色。

2.4 铝阳极氧化膜的着色

铝阳极氧化膜的着色有几种方法，工业化技术着色的氧化膜大体可以分为以下三种大类。

1）整体着色膜。日本又称自然发色膜或一次电解发色膜。有时又分为自然发色膜和电解发色膜。自然发色指阳极氧化过程使铝合金中添加成分（Si、、、、Fe、Mn等）氧化，而发色氧化膜的着色，比如Al -Si合金的硫酸阳极氧化膜；电解发色指电解液组成及电解条件的变化而引起氧化膜的着色，比如在添加有机酸或无机盐的电解液中阳极氧化，其代表性的技术有Kalcolor法（硫酸+磺基水杨酸）及Duranodic(硫酸+邻苯二甲水杨酸)。

2）染色膜。以硫酸一次电解的透明阳极氧化膜为基础，用无机颜料或有机染料进行染色的氧化膜。由于阳极氧化膜具有孔隙率高、吸附能力强、容易染色的特点，各种染色法便应运而生。染色法即是将刚阳极氧化后的铝板清洗后立即浸渍在含有染料的溶液中，氧化膜孔隙因吸附染料而染上各种颜色。由于这种方法上色快、色泽鲜艳、操作简便；染色后经封孔处理，染料能牢固地附着在膜孔中，形成了染色膜，提高了膜层的防蚀能力、抗污能力以及可以保持美丽的色泽。

3）电解着色膜。以硫酸一次电解的透明阳极氧化膜为基础，在含金属盐的溶液中用直流或交流进行电解着色的氧化膜。代表性的电解着色的工业化技术是浅田法（Ni盐交流着色法）、Anolok法和Sallox法（二者均系Sn盐交流着色法）、住化法和尤尼可尔法（Ni盐直流着色和直流脉冲着色法）等。近年来在工业上开始得到推广的多色化技术。可以在一个电解着色槽中得到多种颜色。这是一种新型的利用干涉光效应的电解着色方法。

2.5 铝合金阳极氧化的封孔

国标对封孔的定义为“铝阳极氧化之后对于阳极氧化膜进行的化学或物理处理过程，以降低阳极氧化膜的孔隙率和吸附能力”。封孔是阳极氧化的最后一道工序，热水加镍盐或有机物封孔称为热封孔，其本质是水合反应。操作温度在20～25》C的室温，以氟化镍为主要成分的封孔工艺称为冷封孔。热封孔及冷封孔等封孔技术都已非常成熟,本文不作详细介绍。封孔已经不局限于以水合反应过程为原理的沸水和高温蒸汽封孔，从而使充填过程的冷封孔、铬酸盐封孔、已酸镍封孔或中温封孔等都包括在封孔范畴之内。中温封孔是无氟、无镍、无重金属新型封孔技术。

中温封孔的温度低于沸水封孔而高于冷封孔，实际上它不是单独的一个方法，而是包括许多开发中的一系列工艺。重点对环境保护、降低污染、减少能耗、提高效率、改进品质和方便控制而开发的新型中温封孔。

1）无镍中温封孔。无镍中温封孔采用碱金属、碱土金属或其它二价或三价金属的已酸盐，如锌、钴、铬（ш）、钙、锰、钡、铈以及镁和锂等乙酸盐，代替以镍盐为主成分的封孔技术，再加上表面活性剂和抑灰剂等构成无镍体系。

2）无重金属的中温封孔。不仅是镍，其它重金属离子对环境也往往是有害的，因此从保护环境的角度出发，无重金属离子的中温封孔更受关注。其方法是选用锂或镁的盐溶液，加入少量氟化物和抑灰剂（如聚膦基羧酸、环已烷-六羧酸）以及表面活性剂（如十二烷基硫酸锂）。封孔工艺过程可分两个步骤：首先阳极氧化的铝浸入室温的锂盐溶液中，然后在含抑灰剂的热水中封孔。

3）“无金属”的中温封孔。欧洲正在致力于开发完全没有金属离子的配方，在接近90℃时封孔，最佳的结果已经大致可以达到无镍的金属封孔水平。

封孔的目的主要是降低多孔性阳极氧化膜的沾污性和提高氧化膜的耐腐蚀性。生产实践的经验表明，氧化工艺正确、封孔品质合格的阳极氧化膜，可以通过包括盐雾腐蚀试验在内的一系列耐腐蚀性检验。