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铝型材喷涂粉末涂料前处理工艺控制

返回列表 来源:www.aps.com.cn 作者:发布日期:2019-11-11 11:56 | 加入收藏阅读次数-
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    铝型材喷涂粉末涂料的前处理工艺原理及流程

    1前处理工艺原理

    1.1铬化(黄铬化)

    铬化膜生成的途径比较复杂,研究大致认为反应过程如下:

    (1)在含F-的铬酸盐溶液中工件表面发生局部电化学腐蚀反应:

    阳极2Al→2Al3++6e

    阴极6H++6e→3H2

    活性F-离子促进腐蚀,加速Al3+的产生。

    (2)在金属/溶液两相界面上,pH升高促使Cr2O72-水解生成CrO4,阴极上发生六价铬的还原反应。

    3H2+Cr2O72-→2Cr(OH)3+OH

    (3)Cr6+及Cr3+化合物的形成

    2Cr(OH)3+CrO42-+2H+→Cr(OH)3Cr(OH)CrO4+2H2O

    (4)铝的氧化膜形成

    2Al3++6OH-→2Al(OH)3→Al2O3+3H2O

    通过上述一系列化学反应,则在铝件表面形成膜,其膜的主要组成为Al2O3、Cr(OH)3、CrOH、CrO4、xH2O。刚形成的新鲜膜呈胶态,易碰伤。老化处理后膜坚固,与基体附着良好。

工业铝型材

    1.2磷铬化(绿铬化)

    其成膜是在含有磷酸、铬酸、氟化物的盐类溶液中进行的,磷酸是膜的重要成分,铬酸参与成膜,控制活化剂(氟化物)对基体的溶解速率。其成膜过程与前述有类似之处,主要差别在于铬酐、氟化物(F-)浓度较高,反应更快,膜层也比较厚。当工件置于铬磷化处理液中,随着铝的溶解及六价铬的还原,在金属与溶液两相界面处的pH就会不断升高,Al3+及Cr3+浓度增大,并加速H3PO4电离,当其离子浓度大于溶度积,则会在工件表面析出AlPO4及CrPO4,同时工件表面还有铝氧化物析出。

    Al3++PO43-→AlPO4↓

    Cr3++PO43-→CrPO4↓

    2Al3++6OH-→2Al(OH)3→Al2O3+3H2O

    F-对AIPO4有选择性的溶解。而对CrPO4溶解很差,即AIPO4+6F-→AIF63-+PO43-F-对AIPO4溶解,使膜产生孔隙,进而使F和基体材料反应,铝不断溶解,使膜增厚,当然过高的F-及H3PO4都会使膜疏松,甚至难以成膜。膜的组成为AIPO4、CrPO4、Al2O3、H2O,膜中CrPO4显绿色。

    一、前处理工艺流程

    国内铝型材喷涂厂大多采用自动喷淋式和浸槽式2种方法,前者的自动化程度和效率较高,适用于大批量形状较为简单的工件生产,但一次性投资很大且运行成本较高;后者一般需要专用吊具,工作效率较低,但投资少、运行成本低,适用于各种形状工件的生产,使用较为普遍。前处理是将铝型材浸入一系列装满化学药液的溶剂池中,铝材通常使用铬化处理。

    1.脱脂

    脱脂是在侵蚀之前去除工件表面的油、脂以及其它污染物,从而形成清洁的表面。碱性溶液是一种常用的除油剂,它是利用碱对植物油的皂化反应,形成溶于水的皂化物达到除油脂的目的。如果脱脂液浓度过低,铝材清洗不干净将会影响铬化膜的生成,会降低漆膜的附着力。铝合金除油采用弱碱液(pH在8.5~9.5,不应超过11),否则碱性过高会引起铝合金表面的过腐蚀,在除油液中加入适量的表面活性剂能提高清洗效果加快除油速度。脱脂温度一般控制在50~70℃,脱脂时间为3~4min,这有赖于工件表面的状态。

    2.强碱洗(碱蚀)

    铝材表面通常存在一层较薄的自然氧化层,在进行铬化之前必须进行清除,使化学转化膜与基体结合牢固。碱蚀应严格控制槽液温度、浓度和时间,防止过腐蚀发生,碱蚀后要及时用水清洗,否则表面会出现腐蚀斑纹。

    3.去氧化(出光)

    碱洗阶段的一些不溶碱洗残留物在去氧化阶段可以除去。在这些残留物中存在着一些氧化物,如镁氧化物、金属氧化物、硅氧化物等,这些物质在碱性溶液中不溶解,会在表面残留灰黑色的膜,可通过浸入硝酸或硫酸中去除,使铝合金表面露出光亮基体。但现在许多厂家使用去氧化液,这种溶液含有铬酸盐,可以阻止铝材表面的再次氧化,用氟化物可以除去硅。浸入时间根据酸洗残留物的情况为0.5~5.0min。去氧化通常在室温下操作。

    4.铬化

    对铝材来说,铬化是最常用的一种化学转化前处理方法。铬化膜提高了铝金属与涂层之间的附着力,改善了涂层的防腐性能。如果铬化膜太厚,将大大提高防腐性能但附着力不如薄的铬化膜。如果铬化膜太薄可以产生非常好的附着力,但涂层的防腐蚀性能不如厚铬化膜。铝材铬化有2种形式:黄铬化和绿铬化。

    黄铬化池温度约为25℃,加入硝酸调节pH在1.8~1.9。黄铬化膜的结构为最外层是很薄的铁氰化铬和水合三氧化二铬,其下覆盖着一层很厚的水合三氧化二铬膜。在铝与铬化膜的界面上存在少量的氧化铝与氟化铝。黄铬化后呈现黄色铬化层,颜色从浅黄到深金黄色,铬化膜的量为0.6~1.2g/m2。

    绿铬化也叫磷化铬化,即使用磷酸调节pH在1.7~1.9,有时可能更低一些。铬化温度通常为25~30℃。绿铬化膜的结构是大量的水合磷酸铬与少量的水合氧化铬组成较厚的膜层,氧化铬朝向铝表面。在铝与铬化膜的界面上存在少量的氧化铝与氟化铝。铬化处理后呈现绿色,颜色由浅绿到深绿变化。铬化膜的厚度在0.6~1.5g/m2,颜色应尽量做到一致。铝合金磷铬化液配方及工艺控制参数见表4。

    5.漂洗

    在每一步前处理过程中,都有一道或二道水洗以去除工件表面的化学药液,防止药液间的交叉污染。脱脂后的第一道水洗通常使用自来水或井水,但前处理的最后几道水洗要求使用去离子水以防止出现附着力和腐蚀问题。要求去离子水的电导率不能超过30µS/cm,在此重申,使用去离子水非常重要,因为硬水中的盐(钙离子)干燥后沉积在工件表面可以形成腐蚀点,导致涂层产生气泡。对第一道漂洗池没有温度限制,但铬化后的漂洗水温不要超过50℃,如果漂洗水温太高,铬化膜可能会被洗去。漂洗时间一般为几分钟,搅动工件或用空气搅动水可以增强漂洗效果。每一步独立的前处理工序之间,必须有充足的漂洗,不仅要保证充足的漂洗水,而且漂洗水的纯度、温度和漂洗时间也是至关重要的。漂洗分浸入式或喷淋式,漂洗方式也对前处理效果有一定的影响。

    6.烘干

    铝材在喷涂粉末涂料前必须完全干燥,工件表面上的潮气将影响固化膜的质量。烘干炉的炉温不能太高,黄铬化膜的破坏温度大约是65℃,绿铬化膜的破坏温度大约是80℃,如果烘干炉温度超过以上限制,将降低涂层的防腐蚀性能。

    二、结语

    预处理工艺虽然是粉末涂料静电喷涂的辅助工序,但对铝型材的表面质量有着不可低估的作用。铝型材经磷铬化后可得到外观平整、光滑、致密、绿色均匀、附着力良好的转化膜.能够显著提高铝合金表面的抗蚀能力及涂层良好的附着力,加之成本低廉,溶液成分简单,容易调整维护,在建筑铝型材领域得到了广泛应用。各厂家应从自身的情况出发,制定出切实可行的预处理工艺参数,以提高铝型材的表面处理质量。随着表面处理新工艺的不断发展和国家环境政策的愈加严格,不仅要控制排出浓度而且要控制排出总量,对于环境治理措施提出了更高的要求。铝材前处理的最新工艺是采用无铬前处理,不仅可以有效地减少来自前处理的污染,而且由于无漂洗工艺而节约了成本,减少了浪费。随着技术的不断进步,粉末涂料应用于建筑铝型材领域将会占据更重要的地位。

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