前言：

鋁型材因其加工性能佳、質(zhì)輕等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于建筑等各個(gè)行業(yè)，用量占金屬型材的80%以上。針對(duì)鋁型材涂裝前表面處理，通常采用除油、鉻化、烘干工藝處理，使鋁型材表面生成一層疏松有孔隙的鉻酸鹽轉(zhuǎn)化膜，從而使鋁型材基材能與涂料有良好的附著力。但傳統(tǒng)的鉻酸鹽鈍化所生成的轉(zhuǎn)化膜含有的三價(jià)鉻和六價(jià)鉻具有很強(qiáng)的毒性，為高致癌物，同時(shí)考慮到Cr6+和Cr3+治理和監(jiān)管的困難，對(duì)此，各國(guó)政府先后制定了一系列環(huán)保政策，在某些領(lǐng)域限制采用含鉻鈍化工藝。鑒于此，開(kāi)發(fā)研究無(wú)鉻鈍化工藝技術(shù)，摒棄傳統(tǒng)的鉻酸鈍化工藝，是鋁型材鈍化技術(shù)的創(chuàng)新，是推行綠色工業(yè)技術(shù)、保護(hù)環(huán)境的形勢(shì)所需，企業(yè)尋求新的無(wú)鉻表面處理工藝迫在眉睫。

正文：

含鈦基或含鋯基的溶液代替鉻酸鹽用于鋁基材表面的預(yù)處理已確認(rèn)并被行業(yè)內(nèi)廣泛采用。鈦、鋯為同族元素，鈦基或鋯基無(wú)鉻鈍化液主要含氟鈦酸（H2TiF6）或氟鋯酸（H2ZrF6），另外還有少量的HF及高分子化合物。其反應(yīng)機(jī)理為（以H2TiF6為例）：

2Al + 4H2O→2AlO(OH) + 3H2→Al2O3 + H2O

2Al + 6H﹢ + 3TiF62﹣ + 5H2O→(2AlOF．3TiOF2) + 10HF +3H2

Al3﹢﹢ Ti4﹢ +F﹣ +4H2O→ Al(OOH)Ti(OOH)F +6H﹢

Al3﹢ + 2R-COOH  + F﹣ +  H2O→(RCOO)2AlOF + 4H﹢

膜層結(jié)構(gòu)：

從反應(yīng)方程式及膜層結(jié)構(gòu)可以看出，含鈦基的無(wú)鉻鈍化液與鋁基材的成膜機(jī)理是高分子的聚合反應(yīng)。從化學(xué)反應(yīng)的可逆性考慮，聚合反應(yīng)的可逆性較強(qiáng)，即反應(yīng)正方向生成高分子聚合物，逆方向聚合物分解；從化學(xué)鍵角度考慮，聚合高分子的化學(xué)鍵穩(wěn)定性也不是很強(qiáng)。因此，反應(yīng)過(guò)程中的工藝控制須嚴(yán)格謹(jǐn)慎。

表1

槽液的控制范圍較嚴(yán)格，酸槽酸點(diǎn)低于要求范圍會(huì)導(dǎo)致除油效果差，延長(zhǎng)除油時(shí)間，影響生產(chǎn)效率；相反，酸槽酸點(diǎn)過(guò)高，會(huì)使酸洗反應(yīng)劇烈，造成鋁材表面局部產(chǎn)生酸蝕痕。經(jīng)生產(chǎn)實(shí)踐，酸槽酸點(diǎn)最佳控制范圍在1.8-2.7。鈍化槽作為表面處理的核心槽液，游離酸代表著與鋁型材反應(yīng)成膜的鈍化劑的有效含量，低于工藝要求范圍直接導(dǎo)致成膜困難或成膜不完全，過(guò)高會(huì)導(dǎo)致膜層粉化。鈍化槽PH同樣對(duì)成膜反應(yīng)起重要作用，由于H﹢參與成膜反應(yīng)的正逆兩個(gè)方向，PH過(guò)高或過(guò)低都會(huì)加劇反應(yīng)難度，使得成膜困難，因此鈍化槽的PH控制范圍要求嚴(yán)格。最后是純水槽的電導(dǎo)率控制，電導(dǎo)率過(guò)高即表示純水里含導(dǎo)電性成分增加到一定程度，雜質(zhì)過(guò)多或影響膜層性能。格外強(qiáng)調(diào)一點(diǎn)無(wú)鉻鈍化前后最好是用純水洗，因?yàn)橄袂懊嫠f(shuō)的無(wú)鉻鈍化成膜的化學(xué)鍵穩(wěn)定性不是很強(qiáng)，如果采用工業(yè)水或自來(lái)水，其中的Cl﹣和ClO﹣等離子很容易與高分子膜發(fā)生反應(yīng)破壞膜層。

其次表面處理工序的反應(yīng)時(shí)間的掌控要求尤為精細(xì)，表2為無(wú)鉻鈍化處理各工序時(shí)間控制范圍：

表2

酸洗時(shí)間5-30min，要根據(jù)槽液的酸點(diǎn)高低適當(dāng)調(diào)整，實(shí)際時(shí)間控制以料入槽時(shí)的反應(yīng)程度而定。槽液酸點(diǎn)較高時(shí)，反應(yīng)劇烈，型材浸泡時(shí)產(chǎn)生大量密集氣泡，這時(shí)應(yīng)縮短酸洗時(shí)間，5-10min即可，若反應(yīng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)引起型材表面產(chǎn)生侵蝕痕；槽液酸點(diǎn)較低時(shí)，反應(yīng)較平緩溫和，型材浸泡時(shí)產(chǎn)生少量的氣泡，這時(shí)應(yīng)將酸洗時(shí)間控制在15-30min，酸洗時(shí)間不足容易造成除油不徹底，影響成膜。酸洗之后經(jīng)兩道水洗（一般1-2min即可），然后是純水洗，純水洗作為鈍化前的最后一道工序，一定保證純水水質(zhì)（電導(dǎo)率）及浸泡時(shí)間，一般3-5min。鈍化槽反應(yīng)時(shí)間控制區(qū)間較小，根據(jù)鈍化槽游離酸含量，新配槽游離酸含量較高，反應(yīng)較激烈，效率高，反應(yīng)時(shí)間應(yīng)控制在3min以下時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致膜層粉化；處理一定量型材后，游離酸含量降低，反應(yīng)時(shí)間應(yīng)適當(dāng)延長(zhǎng)，一般3-5min。鈍化之后再經(jīng)過(guò)一道純水洗（1-2min）然后滴干，滴干要以45-60°角放置，便于水分滴落。滴干時(shí)間根據(jù)裝框密度及料型號(hào)而定，至水滴不再成柱狀滴落，滴落時(shí)間平穩(wěn)時(shí)再入爐烘烤。

烘干爐的烘烤溫度及烘烤時(shí)間把控亦需謹(jǐn)慎。烘烤溫度工藝要求70-100℃，考慮到生產(chǎn)車間的生產(chǎn)效率及成本，一般設(shè)定為100℃±5℃，最高不超過(guò)115℃。烘干溫度方面的實(shí)驗(yàn)顯示，當(dāng)爐溫超過(guò)120℃時(shí)，雖沒(méi)有出現(xiàn)明顯膜層性能降低或膜層破壞等情況，但當(dāng)再次噴涂時(shí)，會(huì)導(dǎo)致涂層局部劃格不規(guī)則掉漆或掉粉現(xiàn)象。烘烤時(shí)間亦應(yīng)根據(jù)裝框密度及型材壁厚等而定，一般大料烘烤時(shí)間30-60min，普通門窗料60-120min，極小的料裝框密度較大時(shí)，應(yīng)適當(dāng)延長(zhǎng)30-60min，具體看烘干效果，要保證料表面干燥無(wú)水滴。

另外要定期進(jìn)行清槽、換槽液。一般酸洗槽每個(gè)月至少清理1-2次，由于其主要作用在于除油漬、去雜物，槽里容易積累過(guò)多污泥，其中鋁屑或框中掉落的雜物容易與酸長(zhǎng)期發(fā)生反應(yīng)，污染酸槽的同時(shí)還消耗酸用量，所以每次清槽都要徹底。由于酸液除油的有效成分為氫離子，所以溶液里含有被污染摻雜的其他離子不會(huì)對(duì)酸洗除油造成影響，或影響甚微，因此酸槽清理時(shí)不必將酸液換掉，節(jié)約成本。普通水槽一個(gè)月清理一次即可，純水槽根據(jù)鈍化槽換槽時(shí)間進(jìn)行清槽并換槽液。鈍化槽清槽、換槽液時(shí)間應(yīng)根據(jù)鈍化劑使用周期而定，一般按新配槽時(shí)的鈍化劑使用量為一個(gè)周期，以后每次槽液加鈍化劑至配槽時(shí)鈍化劑使用量時(shí)為一個(gè)周期，一般6-10個(gè)周期要進(jìn)行一次清槽、并換槽液。

鋁型材的無(wú)鉻鈍化處理工藝是鋁基材與鈍化劑通過(guò)發(fā)生氧化反應(yīng)、聚合反應(yīng)等一系列的復(fù)雜化學(xué)反應(yīng)而在鋁基材表面生成一種聚合金屬氧化物的膜的過(guò)程。相比鉻化處理工藝，無(wú)鉻鈍化處理工藝沒(méi)有像六價(jià)鉻這樣強(qiáng)氧化性的化學(xué)成分，因此，為了保證無(wú)鉻鈍化工藝的成膜質(zhì)量，在生產(chǎn)中有很多要素都需要嚴(yán)格控制，諸如：反應(yīng)時(shí)間、槽液濃度、清槽換槽周期、烘干爐溫度、烘干時(shí)間等等。

近兩年來(lái)，無(wú)鉻鈍化工藝迅速發(fā)展，雖其工藝控制精度較高，生產(chǎn)中實(shí)際操控有一定難度，但無(wú)鉻鈍化工藝代替?zhèn)鹘y(tǒng)鉻酸鹽鈍化工藝已成必然趨勢(shì)，越來(lái)越多的鋁型材企業(yè)已經(jīng)將無(wú)鉻鈍化工藝吸收并投入生產(chǎn)實(shí)踐，相信在同行精英們的努力下，無(wú)鉻鈍化工藝將會(huì)越來(lái)越成熟，最終融入整個(gè)鋁型材表面處理行業(yè)。