铝合金型材表面处理

型材表面处理

氧化着色

氧化方法

采用人工方法使铝及其合金制品表面生成一层氧化膜(Al2O3)并施以不同的颜色,以提

高铝材的耐磨性，延长使用寿命并增加色泽美观。氧化着色的基本工序为铝材表面处理、

氧化、着色和随后的水合封孔、有机涂层等处理过程。

铝的氧化 铝的表面在自然条件下就保持一层 10 ~ 100 埃的氧化膜,人工氧化膜则是根 据不同的目的使膜厚控制在 0.5~ 250 微米。人工膜生成的方法有化学氧化法和电化学氧化 (即阳极氧化)法。

化学氧化 将表面净化处理后的铝或者铝合金在含有氧化剂和活性剂的氧化溶液中进行

化学反应，形成一层氧化膜。活性剂的作用是使氧化膜在生成过程中部份溶解，产生孔隙，

使氧化继续进行，氧化膜得以增厚。氧化溶液的种类不少，常以铬酸盐为氧化剂，碳酸盐

为活性剂。

阳极氧化 通常在硫酸、 草酸或者铬酸等电解质溶液中进行。以铝作阳极， 铅等金属作

阴极，在直流电场的作用下， 阴离子(OH) 向阳极挪移,并在阳极产生新生氧与作为阳极的铝

作用，生成氧化膜。在电解液中酸可局部溶解氧化膜，产生孔隙，使氧化反应得以向纵深

发展。此法使铝的表面形成多孔结构,可进行各种着色处理,并可作为喷漆底层。

着色方法

氧化膜的着色 着色的方法有化学着色、电解着色和自然着色等。

化学着色 将经过氧化处理的铝材浸入有机或者无机染料溶液中， 染料渗入氧化膜的孔 隙， 发生化学或者物理作用而着色。化学着色设备简单，成本低，颜色种类多， 但耐光、耐 蚀性差，只适于室内装饰。

电解着色 经过氧化处理的铝材，在单一金属盐或者多种金属盐水溶液中，进行二次电 解,在电场作用下,金属阳离子渗入氧化膜的孔隙中，并沉积在孔底，从而使氧化膜产生青 铜色系、棕色系、灰色系以及红、青、蓝等色调。

自然着色 铝材在阳极氧化的同时进行着色的方法。有合金发色法和溶液发色法。合

金发色法是控制铝合金成份而获得不同的色调； 溶液发色法也称为电解发色法，是控制电

解液的成份和电解条件来控制色调的。 实际生产中，自然着色普通都采用有机酸作为电解

液，并加入少量硫酸以调节 PH 。

电泳漆

分类 电泳涂料及涂装法在 20 世纪 60 年代后获得工业应用，采用电泳涂料可以进行全封闭

循环系统运行，涂料利用率可达 95% 摆布。电泳涂料以水溶性或者水分散性离子型聚合物为 成膜物，被涂工件可以是阳极也可以作为阴极。

电泳涂料按被涂工件电极可分为阳极电泳涂料和阴极电泳涂料；按成膜物在水中存在

的离子形态可分为阴离子电泳涂料和阳离子电泳涂料。阴极电泳涂料按水分散状态可分为

单组份电泳涂料和双组份电泳涂料；还可按膜厚度分为薄膜型、中厚膜和厚膜型阴极电泳

涂料。

原理

1、电泳是涂装金属工件最有效的方法之一。电泳涂装是将具有导电性的被涂物浸在

装满水稀释的浓度比较低的电泳涂料槽中作为阳极(或者阴极)，在槽中另设置与其对应的 阴极(或者阳极)，在两极间接通直流电一段时间后，在被涂物表面沉积出均匀细密、不被 水溶解涂膜的一种特殊的涂装方法。

2、电泳涂装过程中伴有着四种化学物理变化，即电解、电泳、 电沉积、电渗。

( 1 )电泳：在胶体溶液中，分散在介质中的带电胶体离子，在直流电场作用下，向

着带异种电荷的电极方向挪移， 由于胶体离子在运动过程中受到分散介质的阻力，相对于

真溶液在电场中离子迁移的阻力要大得多，挪移速度较慢，宛如在分散介质中的泳动，故

称电泳。 胶粒电泳速度取决于电场强度及水溶性树脂分散时的双电层结构特性。

( 2 )电解：当直流电场施加于含电解质水溶液时，水在电场中会发生电解，在阳极

区析出氧气，阴极区析出氢气。

阳极反应：2OH ˉ → ↑ O2 + 2H+ 4e

阴极反应：H2O+e → ↑ 1/2H2 + OH

普通，电泳体中杂质离子含量愈高，即体系的电导愈大，水的电解作用愈是剧烈，这

样由于大量气体在电极逸出， 树脂沉积时就会夹杂气孔，导致涂层针孔及粗糙等弊病。 因

此，在电泳涂装过程中应尽量防止杂质离子带入电泳液中，以保证涂装质量。

( 3 )电沉积 ：在电泳涂装时， 带电荷的粒子(树脂和颜填、料)在电场作用下到达 相反电荷的电极，被 H (阳极电泳) OH (阴极电泳) 所中和， 变成不溶于水的涂膜， 这层 漆膜很稳定，而且致密均一。 这一过程称为电沉积。

如在阳极电泳中， 当带负电荷的水溶性树脂粒子在直流电场作用下到达阳极(被涂工

件)时， 即发生电沉积反应， 首先是 OH 放电：

2OH ˉ → ↑O2 + 2H+ 4e OH+H=H2O 此反应的结果使阳极区周围 H 积聚，即局部 PH 值降低，这时过量 H 即

于 RCOO 树脂阴离子反应，使树脂析出并沉积在阳极(被涂工件)表面：

RCOO+H → ↓ROOOH 。

( 4 )电渗：这是分散介质向电泳粒子泳动相反方向运动的现象。在电泳涂装过程中

的电渗作用是由于吸附于阳极上涂层中的水化正离子，受电场作用产生向负电极运动的内

渗力，从而穿过沉积的涂层，使沉积涂层中的含水量显著减少，约为 5 —15% 摆布，可直

接烘烤，而得到结构致密平整光滑的涂层。

应用

可分为阳极电泳漆、阴极电泳漆。

其中阳极电泳漆有阳极丙烯酸，主要应用于铝制品，铝材氧化后用阳极电泳漆保护，

光泽度在 50-90 度之间、漆膜较薄，在铝型材行业广泛应用。

阴极电泳漆又可分为： 环氧电泳漆、丙烯酸电泳漆和聚氨酯电泳漆。

环氧电泳漆：有超强的盐雾性能、及深孔泳透力，在磷化底材上盐雾性能可达 1000

小时以上、主要较成熟的产品以亮黑、哑黑、深灰、浅灰为主。 红色、绿色、及一些彩色

也有应用， 环氧电泳漆是一种可以遮盖底材的涂料，主要用于底漆防腐、也可以做为普通

要求的五金工件面漆。

丙烯酸及聚胺脂电泳漆：有超强的耐候性能，抗 (QUV ) 黄变功能、透明度高 ( 85- 90

度)主要用于镀层保护， 添加专用色浆可调配，透底明艳不同彩色效果的颜色，及在五 金件直接电泳提高盐雾性能。

特性

电泳涂料作为一类新型的低污染、省能源、省资源、起作保护和防腐蚀性的涂料，具

有涂膜平整， 耐水性和耐化学性好等特点，容易实现涂装工业的机械化和自动化， 适合形

状复杂，有边缘棱角、孔穴工件涂装，被大量应用于汽车、 自动车、机电、 家电等五金件

的涂装。

1、电泳涂装可实现彻底机械化、 自动化， 不仅减轻了劳动强度，而且还大幅度提高

了劳动生产率，合用于大量流水线作业。

2、电泳涂料泳透率高，在水中彻底溶解或者乳化， 配制成的槽液黏度很低， 很容易浸 透到被涂物的袋状构造部及缝隙中， 特殊适合于异型导电材料的表面涂装。

3、电泳槽液具有较高的导电性，涂料离子能在电场作用下快速泳动，在被涂物表面

被中和后形成电中性湿漆膜，随着湿漆膜的增厚电阻增大，涂料粒子沉积量逐渐变小，从

而形成均匀细致的涂料膜。 4、涂料的利用率高，高达 95% 以上甚至 100% 。由于槽液的固体含量低、黏度小，

被涂物带出的涂料少，特别是超滤技术的应用，实施涂装过程封闭循环，涂料回收率高。

5、涂膜的防腐蚀能力强，电泳涂装由于在电场作用下成膜均匀，因此采用电泳涂装 法能使工件的内腔、焊缝、边缘耐腐蚀性显著提高。

6、电泳涂料溶济含量低，一是有利于环保，二是生产安全性好。

阴极电泳涂料经过 30 年的发展，国际上以美国为代表的涂料供应商不断采用新技术，

开辟新产品，使电泳涂料不断更新换代。新一代的阴极电泳涂料应具有以下特点：

A. 新一代阴极电泳涂料的泳透率应进一步提高。泳透率越高，车身内部膜厚就越均匀，

从而提高车身整体防腐蚀性， 降低施工电压，减少涂料用量。

B. 提高边缘防腐性。电泳过程中，一些边缘部份由于涂料电化学作用， 造成边角涂层

特殊薄，从而腐蚀易在此处发生， 通过改善涂料性能提高防腐能力。

C. 降低颜基比。颜基比就是涂料中颜料与树脂的比例，降低它可以增加树脂的含量，

提高涂料的流动性， 降低胶体的沉降整速率， 减少颜料絮凝和保护泵，降低材料消耗。

D. 降低溶剂量。溶剂含量越高对环境污染越大，不利于工作。 降低它有利保护环境，

节约投资。

E. 无铅无锡，更趋环保型。铅在电泳涂料的防腐蚀催化、钝化和加速交联等方面起着

重要作用， 但含铅的颜料对裸钢板的防腐蚀影响很大，且铅本身是毒性很强的元素，环保

上对其限制甚严。锡的性能与铅比较接近，通常二者混用。

局限性

1、电泳必须在通电的情况下才干进行，因此合用于具有导电性的被涂物 ( 普通是金

属) 。

2、导电特性不一样的多种金属组合成的被涂物，不宜采用电泳涂装工艺，如有一些 电泳涂料对 Cu 、Sn 等金属离子会产生过敏现象。

3、电泳涂料湿膜须烘烤后才干形成致密的漆膜，因此不能耐高温的被涂物也不能采 用电泳涂装工艺。

4、电泳槽底更新期为 6 个月以内， 所以对小批量生产场合不宜采用电泳涂装。

5、不同底材上的电泳涂料性能有差异。

6、要求有强大的技术力量作为支持，特殊是彩色电泳， 要做到预期的颜色效果，不

是专业人员的话，在调色时有一定的难度。

历史

20 世纪 80 年代，由于美国、日本、德国等许多涂料公司的不懈开辟，阴极电泳涂料

最有代表性的是厚膜型阴极电泳涂料、低温固化型阴极电泳涂料及彩色阴极电泳涂料。 20

世纪 80 年代末期，国际上形成为了三大体系：以美国 PPG 公司为开端的防锈蚀阳离子型电 泳涂料；以德国 Hoechst 公司为先驱的轿车、卡车用阳离子型电泳底漆；以日本神东、关 西涂料公司为代表的改进型阳离子电泳涂料。

从 20 世纪 90 年代开始，欧美汽车厂为环保达标采用环保型汽车涂料替代传统的有 机溶剂型汽车涂料。到 2001 年已采用水性中涂、底色漆的轿车分别已占总产量的份额为： 北美 7% 和 43% ；欧洲 32.5% 和 36% 。其中德国已基本实现水性化，中涂占 80% ，底色 漆占

93% 。

施工方法

( 1 )前处理：主要用于金属工件表面的清洁和磷化，以便满足最终电泳涂装的要求，

常用的磷化有铁系和锌系磷化。 常采用喷淋和浸渍的方法。

电泳系统简图

( 2 )电泳：电泳槽液含有 80 ~ 90% 的去离子水和 10 ~ 20% 的涂料固体。涂料固体 中含有成膜的树脂组分以及提供颜色的颜填料组分。

( 3 )电泳槽及附属设备

a.整流器：提供直流电压，供电泳涂装；

b.循环： 提供槽液循环， 使槽液保持持续均一稳定；

c.热交换系统： 提供合适的工作液温度；

d.过滤：用以除去涂料中的机械杂质；

e.超滤：控制涂料槽液的电导率，维护槽液品质；

f.槽液的回收系统： 回收后冲洗带出的电泳涂料， 提高涂料的利用率；

( 4 ) 烘道：提供漆膜固化所需的涂料固化温度。

主要问题