為了滿足用戶的需要，
建筑用鋁材一般經過
表面處理才能投放市場。建筑
鋁材的表面保護方法，當前不外乎3種：(1)
陽極氧化，20世紀50年代已引入
鋁合金門窗，至今仍是
鋁門窗方面常用的表面處理措施；(2)陽極
氧化后
電泳丙烯酸樹脂，日本在20世紀60年代已商品化，歐洲到70年代開始使用，目前還主要在亞洲地區應用。該技術當前已由透明光亮膜發展到無光
透明膜和彩色膜，品種更趨多樣化，工業控制和產品質量都比較穩定；(3)化學轉化處理后靜電噴包括
靜電粉末噴涂和靜電液相
噴涂，靜電液相噴涂
氟碳樹脂在20世紀60年代，美國已實現商品化。而靜電
粉末噴涂熱固性聚酯涂層，60年代末在歐洲已實現商品化，當前仍是歐洲各國占優勢的表面處理手段。時至今日，單一陽極氧化的鋁
門窗在國內外市場均明顯縮小日本青睞于電泳涂層，白色電泳涂層發展很快，并在歐洲得到應用。靜電粉末噴涂以其色彩多樣、控制方便、環境保護、性能優良等原因，已成為歐美的首選表面處理方法。近年來靜電粉末噴涂市場在我國也在迅速擴大之中。
1.20世紀90年代的技術發展
過去10年中，我國鋁材(尤其是
鋁型材)得到突飛猛進的發展，鋁
型材的生產規模已接近每年100萬噸。在國外先進工藝和進口
設備的帶動下，我國鋁型材生產技術在陽極氧化工藝和設備方面有了新的進步，而且建立了靜電粉末噴涂和靜電液相噴涂、電泳涂層等最新型
生產線，國外的前沿技術在我國已經萌芽，有了程度不同的發展。
1.1陽極氧化
預處理工藝更新
陽極氧化預處理目的是去除表面自然
氧化膜、油脂和雜質，獲得均勻潔凈的鋁表面，有利于優質
陽極氧化膜的形成。我國用戶還要求去除擠
壓條紋，獲得均一美觀表面。早期采用堿浸蝕法得到啞光表面，但過度浸蝕使鋁損耗很大，一般達到3%～5.5%，不僅增加成本，而且引起嚴重的環境問題，形成啞光表面又伴隨暴露型材本身固有的組織缺陷。此后日本在我國推出酸浸蝕法(日本國內基本上不用于鋁型材)，由于鋁耗低(可達到約1%)，表面細致一度受到我國廠商歡迎。但由于以氟離子為主體的槽液，帶來了更為嚴重的污染，一度引起沸沸揚揚的議論。機械浸蝕法具有操作成本低、環境效益好和表面細致無條痕的優點，首先在法國和
意大利等歐洲國家推廣應用。我國在90年代中期，福建三源鋁業和浙江棟梁鋁業分別從意大利和西班牙引進機構
拋丸機和
機械拋光(掃紋)機及相關工藝，順利運轉至今并收到極好的效益。此后廣東和江蘇等省多家工廠陸續從國外進口多臺設備，同時我國自制設備也已進入市場，價格只有進口設備的1/5～1/8左右。不論機械拋丸(或稱
噴砂)還是機構
拋光(鏡面或緞面拋光)都可以使鋁耗控制在1%以下，而且外觀均勻細致，裝飾效果好。作者根據國內外生產實踐，推薦機械浸蝕處理替代傳統的化學浸蝕(酸或堿浸蝕)，以提升我國鋁型材的外觀檔次。
1.2陽極氧化的工藝和設備進步
陽極氧化工藝在過去的20年中沒有根本性的變化。硬質陽極氧化技術在這期間有不少進步。突破陽極氧化法拉第區的“火花”陽極氧化和
微弧氧化已經商品化。而鋁型材近期開發的高速高效陽極氧化技術(HEA技術)還未獲得廣泛工業應用。
1.2.1脈沖陽極氧化電源
在70～80年代國外曾廣泛宣傳介紹。由于實驗數據大多選自高電流
密度(如>3A/dm2)的硬質膜，隨后在建筑鋁型材陽極氧化工藝中應用時，未得到明顯的效果，因而未得到大面積推廣應用。進一步實踐表明，在生產厚膜(膜厚>20μm)時，脈沖法對于封孔質量比較有利，這就說明電流回復效應可以幫助氧化膜生成過程中的散熱，降低由于溫度升高造成的膜的溶解作用，防止氧化膜孔口的擴大，有利于
硬度和致密度的提高，同時也有助于封孔作用。而對于鋁型材標準陽極氧化工藝，電流密度低(一般在1～1.5A/dm2)，膜厚要求僅10μm，氧化過程放熱并不嚴重，因此未顯示出明顯優點。作者認為在硬質陽極氧化或厚膜生產時，脈沖電源還是很有實際意義的。
1.2.2鋁離子去除的離子交換裝置
陽極氧化硫酸槽液去除鋁離子的離子交換裝置對于優化工藝措施具有實際意義。以往在硫酸槽液中Al3＋超過20g/L時部分排放槽液重新調整，不可避免地造成Al3＋含量周期性波動。為了穩定陽極氧化槽液中Al3＋的含量，80年代我國某些引進線中進口了日本或意大利的Al3＋去除裝置，可能由于當時工藝水平和技術管理的限制，未得到廣泛應用。近年來我國自行生產“回收硫酸自動去Al3＋裝置”，一臺設備每天可去除大約100kg鋁，從而將硫酸中Al3＋控制在設定值，使氧化工藝更加穩定和精確，并同時具有很好的環境效益。
1.3著色技術多種多樣
鋁型材的著色，傳統采用電解著色(即日本人淺田發明的淺田法，也稱二次電解)。室內裝飾也用染色法獲得豐富多彩的顏色(染色法不適于應用在室外)。近年來，國外已推出多色化技術(即利用光干涉效應著色，日本稱之為三次電解)、復合著色(染色后再電解著色)技術，突破了電解著色只有古銅色的框框。但在我國還未實現工業化生產。
1.3.1單鎳鹽電解著色體系
單鎳鹽電解著色體系逐漸增多。歐洲一直以錫鹽著色為主，由于錫鹽和錫鎳混合鹽抗雜質干擾強，對環境損害小，工業控制容易，我國一直以錫鹽(和錫鎳混合鹽)為主。而日本則一直青睞于單鎳鹽，并配有與之適應的特殊電源和槽液凈化(如去鈉鉀)裝置。由于單鎳鹽對于淺色系(仿
不銹鋼色和香檳色)色差小，色調重復性好，因此我國和歐洲近年來均發展單鎳鹽著色技術，其槽液成分除MgSO4、H3BO3之外，NiSO4含量一般較高，在100g/L左右，雜質鈉、鉀均要控制，視工藝要求而不同，日本工藝還要控制銨的含量。
1.3.2新型著色電源的引進。
電源不是孤立的設備，它必然是特定工藝的配套裝置。我國從日本引進的單鎳鹽電解著色工藝有2類，即日輕的尤尼可爾法(均勻著色之意)和新住化法，其電源并不相同，大體可認為是
波形不同的直流著色。而歐洲用于單鎳鹽的著色電源也并非單純的正弦波交流電，如西班牙采用DC(直流)/AC(交流)電源，美國有DC/AC/不對稱AC電源。而意大利的ELCA公司推出多功能著色電源，可以輸出DC、變頻AC及DC和DC/AC疊加等。這種電源可以適用于各種類型的電解著色以及多色化技術。
1.3.3顏色多樣化的要求
顏色多樣化促進新的電解著色槽液出現。鈦金色的硒鹽溶液，金黃色的錳鹽溶液在我國已經相當普遍，但由于不像鎳鹽和錫鹽那樣經過國內外長期實踐考驗，這些溶液著色的鋁材在封孔質量，尤其在使用中變色和
褪色問題仍值得關注。最近在我國鋁材陽極氧化的工藝中，不時出現一些與國外標準工藝不一致的做法，并未仔細考查和檢驗(只為了降低成本)匆匆上馬，作者以為對于長期使用效果和生產環境效益存在不少隱患。
1.4封孔方法百花齊放
當前冷封孔仍是我國建筑鋁型材陽極氧化膜占絕對多數的封孔方法，這是與80年代大量從歐洲引進工藝和設備有關。冷封孔的水質要求不高，工藝控制容易，比較適合我國生產現狀。當前歐洲主要采用冷封孔和高溫蒸汽封孔，后者似有發展之趨勢。日本至今不認可冷封孔工藝，青睞于沸水的水合封孔或電泳(ED)封孔。與沸水封孔和Ni和F的冷封孔相比較，高溫蒸汽封孔正好彌補了它們的缺點，其操作條件在100～110℃，壓力稍高于大氣壓下進行，封孔速度比沸水封孔快，對水質和pH控制不嚴，不會起白粉，既不會發生有機染料在封孔時流失，又沒有環境污染(Ni和F)之慮。這是一個保證封孔和環境質量的好方法。
我國至今仍未解決冷封孔槽液在操作中氟離子頻繁補充的問題，對于封孔工藝
穩定性帶來極大危害。國內各廠普遍添加氟化銨、氟化氫銨、氟化鈉，甚至氫氟酸來補充氟離子。但實踐表明往往更加劇氟的貧化。雖然曾經試圖用氟
硼酸鹽和氟
硅酸鹽來緩解，至今在工業大生產方面仍未徹底解決。
90年代以來，我國研究工作和工業實踐均證明，在冷封孔之后60～70℃純水洗是提高封孔質量，加速封孔速度從而縮短檢測周期的好辦法，甚至可以提高氧化膜的延性，防止微
裂紋出現，因此熱水洗與其說促進型材
干燥，不如說“冷封孔后處理”更加確切。單純烘干不能代替熱水“后處理”的作用。“冷封孔后處理”是工藝進步，也是值得推廣的一項措施。
1.5立式陽極氧化生產線增加
我國的
陽極氧化鋁型材生產線，基本上是臥式的。80年代從日本引進的2條生產線效果并不理想而幾乎被人否定。1997年西飛鋁業公司從日本進口年產12000t立式陽極氧化電泳
涂漆自動生產線，技術水平和產量質量較高。20世紀末和21世紀初，四川方舟和廣東堅美先后投產年產20000t和30000t生產線。一般說來，立式線適于大批量生產，年產量以12000～36000t為佳。此時化學藥品和電能消耗均低于臥式線，同時占地少，易于自動化生產。其主要缺點是一次投資的建設費用高，以月產1000t為例，立式線是臥式線建設費用的1.8倍。然而立式陽極氧化生產線，尤其在電泳涂漆情況下，應是未來的最佳選擇。
1.6鋁型材表面高聚物涂層的市場份額擴大
如果說80年代在我國建立了建筑鋁型材陽極氧化工藝，那么在90年代門類多樣的電泳涂層、靜電粉末汾層和液體涂層迅速興起。表面光亮的
丙烯酸聚合物膜、色彩豐富的粉末噴涂聚酯層和使用性能更佳的氟碳涂層在我國均已建立生產線實現批量生產，大約已占到鋁型材表面處理產品的20%以上，并有不斷擴大的趨勢。
電泳(ED)涂層是30多年前在日本開發的，兼有陽極氧化膜和聚合物涂層雙重優點。ED膜以其平滑光亮在日本和東亞受到歡迎，雖然已有白色和各種顏色的ED膜問世，但建筑市場當前仍以透明膜為主。國外雖在研制開發ED氟碳涂層，但尚未工業化生產。ED漆早期均從日本進口，現我國基本使用價格便宜的臺灣或國產ED漆，其性能雖遜于日本漆，但可以通過國家標準的檢測。
粉末
靜電噴涂聚酯涂層在歐洲倍受歡迎，市場份額已與陽極氧化相當，其色彩豐富、重現性好、工藝控制方便、環境效益好，在我國也有不斷擴大之趨勢。聚酯粉末我國已能生產聚酯—TGIC，可滿足建筑業的需要。歐洲近期開發的性能更好的新型高壽命粉末，可與碳氟
樹脂比美，而這種聚酯—無TGIC粉末在我國尚未使用。
性能優越的碳氟樹脂涂層在我國已有應用。但
涂料只能從外國生產廠進口。含氟的聚合物是已知在環境中最穩定的化合物，目前所謂的碳氟涂料就是指從聚偏二氟乙烯樹脂(
PVDF)為基的涂料。美國PPG公司首創，并以Kynar作為商標，世界各地的碳氟涂料廠一般均采用Kynar500或Hylar5000作為基料復配而成。目前我國的碳氟涂料主要從美國的PPG公司、英國的ICI公司和美國的Valspar公司進口，價格雖高但性能十分優異。據國外介紹其室外使用壽命保證25年以上，高于電泳層和靜電噴涂層。
氟碳液體噴涂一般是多層噴涂，以2層(
底漆和面漆)或3層(底漆、面漆和清漆)為最常用，個別也采用4層工藝。每升
氟碳涂料一般可噴涂5m2，據介紹高壓靜電旋杯
霧化槍可以把上漆率提高到7m2。由于氟碳涂料價格極其昂貴并且大批量和小批量供貨價格差別大，所以上漆率仍應是重要的經濟指標。
2.二十一世紀頭10年的技術展望
我國鋁型材表面處理的技術與國外相比沒有本質的差別，但是從工藝水平、裝備條件、技術管理、環保因素、品質指標和產品質量等方面與國外先進水平比較仍有不少差距。作者在近期分別實地考察意大利、德國和日本，并與國外同行面對面交流中，總結概括出以下幾個方面，作為我國建筑鋁型材表面處理工業在下一個十年中技術發展的借鑒和參考。
2.1清潔陽極氧化工藝更加重視和發展
隨著我國環境意識不斷增加，清潔工藝必然會不斷發展。陽極氧化工藝生產各工序廢液采取閉路循環回收，逐步實現低排放直至零排放(zero－discharge)工藝已在歐洲和日本采用。陽極氧化槽液用離子交換法除去鋁離子回收硫酸；堿浸蝕槽液利用結晶器和
真空過濾排出氫
氧化鋁回收堿；鎳鹽
電解槽液及其水洗槽分別選用離子交換法和反滲透法回收
硫酸鎳并除去雜質；冷封孔槽液用過濾法和離子交換法除去固體沉淀和
金屬雜質；ED漆槽分別選擇離子交換精制和反滲透法回收。全部清洗水通過中和、絮凝、澄清和壓濾除去料渣，而澄清液經過反滲透后回收重用，零排放的清潔工藝無疑是全世界工業界都在追求的方向。由于技術和經費的原因在我國只能分步驟進行。
在實際操作和設計陽極氧化生產線的時候，情況要復雜的多。堿浸蝕槽液如采用結晶過濾的方法，其氫氧化鈉濃度必然不高，此時不可能得到十分滿意的啞光表面，那么堿浸蝕的閉路循環設計應該重新考慮改進，因此實際上它適于機械浸蝕法的工藝。同理其他工藝的閉路循環設計也必然要與生產工藝和產品特征相結合來考慮。但是無論如何，閉路循環設計不僅具有環境保護的特點，而且使陽極氧化各工序的工藝參
數控制更加精確，從而進一步穩定和提高了陽極氧化膜的質量。
2.2靜電粉末噴涂工藝更加受到歡迎
由于色彩豐富，環境效益好，靜電粉末噴涂在我國發展更加迅速。涂層粉末也會朝高檔方向發展，擺脫單一的聚酯—TGIC粉末的狀態，涂層外觀也從單色向木紋、
大理石和圖案等裝飾性更強的方向發展。意大利和德國都在我國展出過此類產品。靜電粉末噴涂的鋁型材一般只有均勻單一的顏色，木紋和大理石外觀是在原粉末涂層上進行類似絲網印刷工藝，將第二種顏色的粉末加到原粉末涂層上，再進行統一的
固化處理，這也就是說新工藝只是在原來噴涂設備的基礎上增補設備就可以實現。可用于鋁型材，更適用于
鋁板的表面處理。金相鑒定表明粉末涂層與
基體之間以及兩種粉末之間有機結合。作者參觀意大利NATURALL工藝生產車間后，感覺技術思路明確，工藝操作簡單，適合在我國推廣使用。另一類獲得本紋和圖案效果的是轉印法，即在第1次噴涂層基礎上，將
塑料膜或紙上的木紋圖案在
加熱下轉移到表面，此方法簡單易行，關鍵在于轉印上去花紋的使用壽命。
粉末噴涂的化學預處理，從環境考慮，應開發低鉻和無鉻化學轉化處理。從克服絲狀
腐蝕出發，也可以用陽極氧化膜作為粉末噴涂層的底層，兩者都是鉻化處理的最佳替代方法。而無鉻
化學轉化膜處理的
添加劑應是我國急待開發的品種。
2.3電泳涂層可以抵御污染大氣
ED膜和粉末涂層都是高聚物涂層，可以有效地抵御污染大氣和海洋大氣的腐蝕。
而ED膜下有陽極氧化膜，不存在膜下絲狀腐蝕的危險，可望成為污染大氣中理想的表面處理手段。長期以來我們印象中的
電泳漆只是透明的
聚丙烯樹脂，近年來日本的電泳漆不論品種還是質量都發生明顯變化。除了我們熟悉的透明有光漆外，還有啞光漆以及白色電泳漆等，都已用在建筑
鋁合金門窗上。至于電泳漆的質量也已經可以和粉末涂層相媲美。西班牙SIDASA公司曾檢測了Honnystone的耐光性，并與粉末靜電噴涂聚酯—TGIC涂層作了比較，結果表明顏色變化基本相同，涂層都不起泡，但光澤保持率Honnystone明顯優于粉末涂層。443h暴露實驗，Honnystone光澤保持率仍有79%～81%，而粉末涂層只剩下49～43%，這說明電泳涂層的性能有了明顯提高。
日本的建筑鋁型材陽極氧化膜的90%用電泳涂漆封孔的，另外10%也選擇高溫沸水封孔工藝。據日方介紹這與日本是個島國，沿海地區大氣鹽份較高，并經過大氣污染的工業發展階段有關。而電泳涂漆層比封孔的陽極氧化膜具有更好的抗海洋大氣和污染大氣的能力。作者估計在我國南方沿海各省和酸雨嚴重地區電泳涂層具有明顯的優勢，參照日本ED膜的市場份額，我國在下一個10年中有相當大的發展空間。
2.4陽極氧化技術之進步以高效節能為目的
眾所周知，陽極氧化的工藝參數已數十年未變化，溶液的硫酸濃度和鋁離子范圍、溫度和電流密度均已列入各國標準。為了提高陽極氧化效率，加快成膜速度，必然要求在保證氧化膜性能的前提下盡量加大電流密度，并想方設法提高成膜系數。氧化膜厚度是與通過的電量(即電流乘以時間)庫侖值成正比，并因
合金不同而異。例如，對于
鋁合金1100、5005、5052和6063，生成25μm氧化膜需要4700庫倉/dm2；而6061、6082和6300鋁合金則需要5500庫倉/dm2。此時若外加電流密度為1.5A/dm2，則生成20μm氧化膜需要時間為44min，則成膜速度為0.46μm/min。而意大利新近開發的高效高速陽極氧化技術(HEA)成膜速度可提高到1.2μm/min以上，據說可在25℃下電流密度達3A/dm2穩定地操作。HEA技術是一個整體設計，包括化學、物理和機械三方面配合而成。化學因素有溶液成分和添加劑引入；物理因素有攪拌方法、
冷卻系統以及溶液溫度與電流密度的組合等；機械因素指多功能電腦控制整流器，其中陽極氧化工藝過程計算機(APC)裝置是很有用的。
2.5多色彩一直是著色的追求目標
鋁陽極氧化膜的電解著色，色彩是單調的古銅色，尋求多色彩一直是陽極氧化工作者的目標。染色雖可獲得豐富多彩的顏色，但耐光性差不適于戶外使用，而且一種顏色要一個槽子十分麻煩，復合著色仍擺脫不了上述困難，也未在歐洲實現大規模工業化生產。利用光干涉原理得到藍、灰、綠、黃和紫色的各種干涉色已有大量文獻報道，但一直被人們認為難于工業控制而視為實驗室工藝。近年來意大利和日本在世界各地約有10余條多色化生產線問世，日本稱之為三次電解法。作者等曾在意大利的Italtecno公司的中試線上，在DrStrazz指導下操作，并參觀位于丹麥哥本哈根市附近的生產線和日本昭和鋼機一工場三次電解車間，又考察了日本西武百貨大樓和哥本哈根機場三號門的應用現場，證明顏色一致，無明顯色差，突破古銅色框框，具有獨特的裝飾效果。我國浙江棟梁鋁業引進意大利技術和設備，在該廠原有陽極氧化和電解著色的基礎上，增加意大利設備于2001年4月第一次生產出多色化鋁材，顏色均勻，重復性好，控制方便，已達到批量生產之要求。雖然該技術對原材料和陽極氧化工藝控制要求甚嚴，但也不是高不可攀和不可企及的技術。棟梁鋁業多色化的開工和今后的推廣可以改變傳統古銅色的單調局面，使建筑業獲得更多的鋁型材的顏色選擇。
2.6改善生態環境是封孔工藝的發展方向
鋁氧化膜的封孔方法很多，我國對于熱封孔、ED膜和冷封孔都比較熟悉，尤其是冷封孔用的比較普遍，但是Ni2＋和F的污染不可輕視。歐洲出于生態之考慮，進行了一系列研究，首先開發鎳基無氟中溫封孔，再發展到無鎳無氟中溫封孔，甚至無
金屬離子中溫封孔，這條發展道路值得我們借鑒，可能也會成為我國今后的發展方向，現簡介如下：
2.6.1鎳基無氟中溫封孔
鎳基(醋酸鎳為宜)有利于提高封孔質量，可以穩定膜孔中有機染料分子，其典型溶液為：
NiAC 3～4g／L（無氟）
抑灰劑 100mg／L
溫度 75～85℃
封孔時間 1～2min／μm
或 Ni2＋ 0.4～1.1g／L
F－ 30～90mg／L（低氟）
潤濕劑 0.2～0.6mg／L
抑灰劑 10～40mg／L
溫度 75℃
封孔時間 0.5min／μm
2.6.2 無鎳無氟封孔
推薦用堿金屬或堿土金屬替代鎳離子，如鎂、鋰和鉀等。封孔溫度75℃，pH6.3，封孔時間按1～2min/μm操作。工業實踐表明封孔質量可以通過國際標準的檢測，槽液壽命和節能效果都比較滿意。
另外也推薦鈦和鋯鹽的冷封孔，由于沒有毒性，封孔質量達到磷鉻酸失重10 mg/dm2而引起廣泛興趣，操作條件如下：
鈦或鋯氟化絡合物 3～10g／L硅酸鹽 ＞0.5g／L硫脲 ＞5g／L溫度 25～35℃封孔時間 0.5～1.0min／μm
2.6.3 無金屬離子中溫封孔
新近Clariant公司推出一個不存在大量金屬離子的配方，進一步研究工作還在進行之中，擴大應用尚需時日。
鑒于生態環境考慮，作者認為無鎳無氟的中溫和常溫封孔將會得到發展。而無氟鎳基中溫封孔工藝已得到歐洲Qualanod的認可，并在歐洲和美國工業上使用，我國可以積極推廣。
2.7 新技術的發展
研究中的新技術很多，有些可能已接近商品化階段，而有些只停留在實驗室階段，在此只能略舉一二。新技術的發展
一是日本曾用周期反向電流技術，在陽極氧化的硫酸溶液中，完成電解浸蝕除去
擠壓條紋。該技術雖仍處于實驗階段，但一旦成功，則具有十分重要技術和經濟價值，并可以從根本上改變鋁材的預處理方法。
二是新西蘭開發的電腦設計，通過兩次著色陽極氧化，獲得兩種顏色的圖案裝飾效果，作為室內裝飾的鋁板十分別致，富有創意，新西蘭稱之為Aluart，展示鋁的藝術效果之內涵。
此外，隨著噴涂的迅速推廣，生態預處理技術和無鉻添加劑必然會發展。相對于國外，我國比較滯后，在未來10年中我國一定會得到重視和迅速開發。
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