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鋁方通在噴涂粉末涂料前處理工藝控制【鋁方通廠家】

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文章附圖

白色鋁方通吊頂3.jpg

鋁方通噴涂粉末涂料的前處理工藝原理及流程

  1 前處理工藝原理

  1.1鉻化(黃鉻化)

  鉻化膜生成的途徑比較復雜,研究大致認為反應過程如下:

  (1)在含F-的鉻酸鹽溶液中工件表面發生局部電化學腐蝕反應:

    陽極   2Al→2Al3+ + 6e

    陰極   6H+ + 6e→3H2

    活性F-離子促進腐蝕,加速Al3+的產生。

  (2)在金屬/溶液兩相界面上,pH升高促使Cr2O72-水解生成CrO4,陰極上發生六價鉻的還原反應。

  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)鋁的氧化膜形成

    2Al3++ 6OH-→2Al(OH)3→Al2O3 +3H2O

  通過上述一系列化學反應,則在鋁件表面形成膜,其膜的主要組成為Al2O3、Cr(OH)3、CrOH、 CrO4、xH2O。剛形成的新鮮膜呈膠態,易碰傷。老化處理后膜堅固,與基體附著良好。

  1.2磷鉻化(綠鉻化)

  其成膜是在含有磷酸、鉻酸、氟化物的鹽類溶液中進行的,磷酸是膜的重要成分,鉻酸參與成膜,控制活化劑(氟化物)對基體的溶解速率。其成膜過程與前述有類似之處,主要差別在于鉻酐、氟化物(F-)濃度較高,反應更快,膜層也比較厚。當工件置于鉻磷化處理液中,隨著鋁的溶解及六價鉻的還原,在金屬與溶液兩相界面處的pH就會不斷升高,Al3+及Cr3+濃度增大,并加速H3PO4電離,當其離子濃度大于溶度積,則會在工件表面析出AlPO4及CrPO4,同時工件表面還有鋁氧化物析出。

    Al3++ PO43-→AlPO4↓

    Cr3++ PO43-→CrPO4↓

    2Al3++6OH-→2Al(OH)3→Al2O3+3H2O

  F-對AIPO4有選擇性的溶解。而對CrPO4溶解很差,即AIPO4+ 6F-→AIF63-+ PO43-F-對AIPO4溶解,使膜產生孔隙,進而使F和基體材料反應,鋁不斷溶解,使膜增厚,當然過高的F-及H3PO4都會使膜疏松,甚至難以成膜。膜的組成為AIPO4、CrPO4、Al2O3、H2O,膜中CrPO4顯綠色。

  一、前處理工藝流程

   國內鋁方通廠家大多采用自動噴淋式和浸槽式2種方法,前者的自動化程度和效率較高,適用于大批量形狀較為簡單的工件生產,但一次性投資很大且運行成本較高;后者一般需要專用吊具,工作效率較低,但投資少、運行成本低,適用于各種形狀工件的生產,使用較為普遍。前處理是將鋁型材浸入一系列裝滿化學藥液的溶劑池中,鋁材通常使用鉻化處理。

  1.脫脂

  脫脂是在侵蝕之前去除工件表面的油、脂以及其它污染物,從而形成清潔的表面。堿性溶液是一種常用的除油劑,它是利用堿對植物油的皂化反應,形成溶于水的皂化物達到除油脂的目的。如果脫脂液濃度過低,鋁材清洗不干凈將會影響鉻化膜的生成,會降低漆膜的附著力。鋁合金除油采用弱堿液(pH在8.5~9.5,不應超過11),否則堿性過高會引起鋁合金表面的過腐蝕,在除油液中加入適量的表面活性劑能提高清洗效果加快除油速度。脫脂溫度一般控制在50~70℃,脫脂時間為3~4 min,這有賴于工件表面的狀態。

  2.強堿洗(堿蝕)

  鋁材表面通常存在一層較薄的自然氧化層,在進行鉻化之前必須進行清除,使化學轉化膜與基體結合牢固。堿蝕應嚴格控制槽液溫度、濃度和時間,防止過腐蝕發生,堿蝕后要及時用水清洗,否則表面會出現腐蝕斑紋。

  3.去氧化(出光)

  堿洗階段的一些不溶堿洗殘留物在去氧化階段可以除去。在這些殘留物中存在著一些氧化物,如鎂氧化物、金屬氧化物、硅氧化物等,這些物質在堿性溶液中不溶解,會在表面殘留灰黑色的膜,可通過浸入硝酸或硫酸中去除,使鋁合金表面露出光亮基體。但現在許多廠家使用去氧化液,這種溶液含有鉻酸鹽,可以阻止鋁材表面的再次氧化,用氟化物可以除去硅。浸入時間根據酸洗殘留物的情況為0.5~5.0 min。去氧化通常在室溫下操作。

  4.鉻化

  對鋁材來說,鉻化是最常用的一種化學轉化前處理方法。鉻化膜提高了鋁金屬與涂層之間的附著力,改善了涂層的防腐性能。如果鉻化膜太厚,將大大提高防腐性能但附著力不如薄的鉻化膜。如果鉻化膜太薄可以產生非常好的附著力,但涂層的防腐蝕性能不如厚鉻化膜。鋁材鉻化有2種形式:黃鉻化和綠鉻化。

  黃鉻化池溫度約為25℃,加入硝酸調節pH在1.8~1.9。黃鉻化膜的結構為最外層是很薄的鐵氰化鉻和水合三氧化二鉻,其下覆蓋著一層很厚的水合三氧化二鉻膜。在鋁與鉻化膜的界面上存在少量的氧化鋁與氟化鋁。黃鉻化后呈現黃色鉻化層,顏色從淺黃到深金黃色,鉻化膜的量為0.6~1.2 g/m2。

  綠鉻化也叫磷化鉻化,即使用磷酸調節pH在1.7~1.9,有時可能更低一些。鉻化溫度通常為25~30℃。綠鉻化膜的結構是大量的水合磷酸鉻與少量的水合氧化鉻組成較厚的膜層,氧化鉻朝向鋁表面。在鋁與鉻化膜的界面上存在少量的氧化鋁與氟化鋁。鉻化處理后呈現綠色,顏色由淺綠到深綠變化。鉻化膜的厚度在0.6~1.5 g/m2,顏色應盡量做到一致。鋁合金磷鉻化液配方及工藝控制參數見表4。

  5.漂洗

  在每一步前處理過程中,都有一道或二道水洗以去除工件表面的化學藥液,防止藥液間的交叉污染。脫脂后的第一道水洗通常使用自來水或井水,但前處理的最后幾道水洗要求使用去離子水以防止出現附著力和腐蝕問題。要求去離子水的電導率不能超過30μS /cm,在此重申,使用去離子水非常重要,因為硬水中的鹽(鈣離子)干燥后沉積在工件表面可以形成腐蝕點,導致涂層產生氣泡。對第一道漂洗池沒有溫度限制,但鉻化后的漂洗水溫不要超過50℃,如果漂洗水溫太高,鉻化膜可能會被洗去。漂洗時間一般為幾分鐘,攪動工件或用空氣攪動水可以增強漂洗效果。每一步獨立的前處理工序之間,必須有充足的漂洗,不僅要保證充足的漂洗水,而且漂洗水的純度、溫度和漂洗時間也是至關重要的。漂洗分浸入式或噴淋式,漂洗方式也對前處理效果有一定的影響。

  6.烘干

  鋁方通在噴涂粉末涂料前必須完全干燥,工件表面上的潮氣將影響固化膜的質量。烘干爐的爐溫不能太高,黃鉻化膜的破壞溫度大約是65℃,綠鉻化膜的破壞溫度大約是80℃,如果烘干爐溫度超過以上限制,將降低涂層的防腐蝕性能。

  二、結語

  預處理工藝雖然是粉末涂料靜電噴涂的輔助工序,但對鋁型材的表面質量有著不可低估的作用。鋁型材經磷鉻化后可得到外觀平整、光滑、致密、綠色均勻、附著力良好的轉化膜.能夠顯著提高鋁合金表面的抗蝕能力及涂層良好的附著力,加之成本低廉,溶液成分簡單,容易調整維護,在建筑鋁型材領域得到了廣泛應用。各鋁方通廠家應從自身的情況出發,制定出切實可行的預處理工藝參數,以提高鋁型材的表面處理質量。隨著表面處理新工藝的不斷發展和國家環境政策的愈加嚴格,不僅要控制排出濃度而且要控制排出總量,對于環境治理措施提出了更高的要求。鋁材前處理的最新工藝是采用無鉻前處理,不僅可以有效地減少來自前處理的污染,而且由于無漂洗工藝而節約了成本,減少了浪費。隨著技術的不斷進步,粉末涂料應用于建筑鋁型材領域將會占據更重要的地位。


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