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太阳能边框铝型材中温封孔工艺技术难点探讨

返回列表 来源:www.aps.com.cn 作者:发布日期:2018-08-08 09:28 | 加入收藏阅读次数-
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由于经济的不断增长,随之而来的能源供给将接受一个更大、更严峻的考验,以节省能源、环保著称的太阳能广受各国欢迎。目前欧洲是全球最大的光伏发电市场,预计到2020年,太阳能电力将满足欧洲15%的电力需求。  

太阳能具有可再生和环保等方面的特点,这种优势让包括中国在内的许多国家将太阳能作为重点发展的新能源产业。中国大陆光伏产品主要供应给欧美市场,国内市场份额尚很小。近年来,由于欧美各国市场需求的增大,我国光伏产业取得了快速的发展,最近5年的年均增长速度达到40%以上。在政策进一步加大扶持力度的背景下,未来光伏产业的增长前景将更为广阔。光伏产业所涉及的太阳能边框铝型材,其产品的阳极氧化膜厚度通常要求较高(12~18微米),对阳极氧化膜厚膜而言,常温封孔工艺往往心有余而力不足,且在保持银白色本色和抗热裂性方面存在缺陷,而高温封孔工艺,由于所需能耗太高,使生产厂家又难以接受,因此中温封孔工艺赢得了极大多数太阳能边框铝型材厂家的青睐。目前国内太阳能铝型材中阳极氧化电泳材约占30%,阳极氧化封孔材约占70%(其中中温封孔材约80%)。

封孔工艺过程可以分为两个步骤:首先把硬质氧化的铝浸入室温的锂盐溶液中,工业铝型材然后再含抑灰剂的热水中封孔。据说欧洲已经将锂盐和镁盐为基础的配方推向市场,可以达到封孔要求,具体封孔工艺和性能的细节目前尚不清楚。轻金属盐为基础的封闭工艺适合于透明硬质氧化膜的封孔,不适于染色硬质氧化膜,因为轻金属离子不能防止吸附的有机染料在封孔时浸出。碱土金属盐类Ba2+、Sr2+和Ca2+的封孔,可以提高铝硬质氧化膜的抗点蚀性能,其中Ca2+效果最好,Sr2+其次。

阳极氧化中温封孔铝材生产一般的工艺流程为:挤压坯料→上架→除油→水洗→水洗→碱蚀→水洗→水洗→中和→水洗→水洗→阳极氧化→水洗→水洗→中温封孔→水洗→水洗→下架→贴膜→包装。本工艺为大部分厂家所采用。详细生产工艺各厂家可依据现有条件作出相应调整。

1.封孔槽槽液PH值方面引起的问题

1.1槽液控制方面引起的问题

在正常生产过程中,当槽液中镍离子浓度、槽液温度均处于最佳范围,且封孔时间固定时,PH值过高往往容易造成封孔铝材表面出现“粉霜”。此时可将PH值控制稍微低一点。PH值调整量依据出现粉霜的程度而定。反之,PH值控制过低则易造成封孔不良。工业铝型材一般PH值控制的选取应依据生产过程中的实际情况加以微调。整个生产工艺是一个稳定的体系,一旦体系中其他单元(如氧化槽硫酸浓度、电流密度等)发生较大改变,则相应其他单元也需做出相应的调整。     

1.2 槽液PH值测量不准引起的问题

不时有厂家出现由于PH值测量不准确,导致中温封孔槽出现异常情况,最常见的就是封孔不良和封孔“粉霜”的出现。

如果PH值测量值高于真实值则误导操作人员将PH值控制偏低。测量值与真实值之间数据偏离较大,则很容易出现PH值控制过低而导致封孔不良。

如果PH值测量值低于真实值则误导操作人员将PH值控制偏高。测量值与真实值之间数据偏离较大,则很容易出现PH值控制过高而导致封孔铝材表面出现“粉霜”。 

控制措施:定期校正PH计,发现测量出现较大波动时,建议更换新的测量电极。一般应做到每天最少校正一次;定期更换测量电极。

2.封孔槽槽液温度方面引起的问题

2.1 温度控制方面引起的问题 

中温封孔槽槽液温度的控制:较多厂家选取在约50度(其主要目的是降低能耗)左右。当槽液中镍离子浓度、槽液PH值等均处于最佳范围时。此时封孔温度对铝材封孔速度就起决定作用(排除基材等其他原因造成的影响),一般槽液温度高,封孔速度快,则需相应缩短封孔时间。然而由于封孔速度过快,则较难于控制封孔“粉霜”的出现。反之,封孔槽槽液温度较低,随之出现封孔不良等现象。对于封孔槽槽液温度的选取,建议尽量控制在供应商提供的工艺控制范围内为宜。   

2.2 温度测量不准引起的问题

现在大部分厂家均使用自动温控设备对槽液温度进行控制,这是一项绝佳的改进。然而由于种种原因使得显示温度的显示值与真实值之间出现较大的差异。

温度显示值比真实值高的多则容易出现封孔不良。作者曾碰到有一厂家出现封孔不良,对槽液浓度、PH值校正测量后发现这些主要工艺参数均在工艺控制范围内,后来发现温度显示值比水银温度计测量值高约10摄氏度(水银温度计已校正)。后将中温封孔槽槽液温度提高10摄氏度再进行封孔,进行失重测试,失重测量值为13mg/dm2,失重测试达标(国标:小于30mg/dm2算合格)。反之,温度显示值比真实值低的多则容易出现封孔“粉霜”。

控制措施:在温度控制上,需要操作者用温度计定期进行人工测量校准,调节温度偏差,做到真正意义上的工艺控制。定期更换质量可靠的热电偶。

3 封孔时间的控制 

有部分厂家对封孔时间的控制,他们追求快速封孔。实际上封孔速度过快并非是最佳选择。部分厂家通过生产实践得出经验发现,比较理想的封孔速度选取在1.2?m/min为宜。一般通过调节封孔槽液温度和PH值来调整封孔时间的长短。封孔速度慢则影响产量。封孔铝材表面出现“粉霜”可通过缩短封孔时间来消除“粉霜”。反之,封孔不良则可通过延长封孔时间进行调整。

4 封孔铝材“粘胶”问题

太阳能边框铝型材不同于普通的建筑铝型材,它需要每根产品贴复合保护膜,工业铝型材且要求复合保护膜既能够粘贴牢固,又要求撕开复合保护膜后,产品表面不能够有“残胶”附着。此要求对使用常温冷封孔工艺来说,并非是困难的事情。然而由于中温封孔与常温冷封孔两者工艺封孔机理的不同,导致各自所需“陈化”时间的不同。因此很多中温封孔工艺厂家采用延长贴复合保护膜前的停放时间来缓解粘胶问题。这对于像江阴东华铝材科技材料有限公司每月达约7000吨这样产量的厂家来说,是“没有足够的空间和时间”的,该公司靠强化生产工艺管理和选用优质的生产辅材,较好的解决了“粘胶”这一问题。 

在中温封孔过程中,如果出现封孔不良,这当然会出现 “粘胶”,但是,过封孔,尤其是表面出现“粉霜”时同样会出现“粘胶”现象。

5 国内典型中温封孔槽工艺 

国内众多中温封孔剂中,不同中温封孔剂的控制工艺各有不同。有一些封孔剂选取高温、低PH值控制中温封孔槽、还有一些选取高PH值、低温度控制中温封孔槽。无论选取何种控制工艺,其总的目的只有一个,生产出封孔质量较佳、表面质量优的产品出来。其中有一种比较经典的中温封孔工艺见表2。此种工艺控制能耗相对较低,封孔质量较佳,值得广泛推广使用。

6 “粉霜”分类

对于铝材表面出现的“粉霜”,大致分为三种:

第一种:“封孔白灰”(sealing bloom)。可能就是水合-热封孔生成的勃姆体,换句话说表面的封孔白灰就是孔中的封孔物质,此时表面白灰某种意义上可能就是完成微孔封孔的标志。

第二种:阳极氧化膜“粉化”。

第三种:槽液中钙、镁离子等杂质离子含量较高所形成的沉淀,附着在铝材表面。

上述三种情况为一般常见的封孔铝材表面出现的“粉霜”,第一种情况出现的“封孔白灰”可通过调整封孔槽以达到解决;第二种况出现的“粉化”可通过对氧化槽工艺的控制以达到解决;第三种情况需对水质加以控制,尽量使用纯水,前道水洗控液一般就不会出现此问题。对于铝材表面出现的“粉霜”,需生产操作人员进行准确判断方能对症下药的解决问题。

通常我们所说的为上述第一种情况。在生产过程中准确判断出现的粉霜为上述三种中哪一种,是解决问题的关键。若对出现的现象不能准确把握,随意调整槽液。则很可能出现不但不能解决问题,反而使得情况更糟糕,出现封孔不良或者是铝材表面出现更严重的。

当然,造成铝材表面出现“粉霜”还有其他方面的原因。现列举其中几个供大家参考。

1、有的厂家添加氨水调整槽液PH值,造成局部PH值过高,产生大量Ni(OH)2,使得槽液过于浑浊,会引起铝材表面产生类似“粉霜”状物质。此情况一般是将氨水稀释后补加,不造成局部PH值过高。

2、氧化极板螺丝紧固不牢,造成阴、阳极极比变小,也会引起铝材表面出现“粉霜”。工业铝型材解决此问题只需将阴极板螺丝紧固即可。

3、中和过程中未完全将铝材表面“挂灰”除尽,封孔出槽后表面也会出现一些灰状物在铝材表面。

4、如是某一种型号的铝材较其他型号更容易产生“粉霜”,则应与挤压基材的金相组织有关。

7 总结    

如今光伏产业的发展正愈演愈烈,光伏产业所涉及的太阳能边框铝型材,极大多数生产厂家采用中温封孔工艺。本文针对中温封孔工艺经常遇到的粉霜与封孔质量两个主要问题,分析了问题的起因,并提出了相应的控制措施。选择一种封孔质量稳定、抑制“粉霜”能力强、具有优良的抗杂质离子性能好的中温封孔剂,以及对生产工艺的严格控制是生产出优良封孔产品的必要前提。生产过程中需对药品补加、行车操作等相关人员进行必要的定期培训,以达到互相交流的效果。本文仅供同行参考,其中如有不当之处,还望指正。


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