國內鋁制品表面處理技術?

　　本文根據第三屆全國五金制品表面處理技術交流大會的技術資料及座談交流情況，以輕工鋁制品可用于生產規模的實際工藝為主，對其中新的工藝和技術進行簡要介紹和概述。內容分為下面幾個部份:
　　(一)氧化前的表面處理。
　　(二)氧化工藝。
　　(三)氧化后的精飾。
　　(四)其它的表面處理工藝。
　　(五)一些粗淺的看法。
　　概況
　　隨著鋁冶煉和加工技術發展，鋁制品現已廣泛應用于航空，建材、車輛、船舶、輕工等部門。在國外的先進工業化國家如美、英、日本等國，從二十年代開發工業生產鋁制品陽極氧化膜算起，近六十年來，鋁制品的表面處理技術發展極為迅速。以輕工產品而言，應用自動化設備，嚴格的工藝氧化出來的產品，經過膠版印刷，熱轉移印花著色，電泳涂漆等裝飾性處理，將使產品給人以十分美觀、精致的外觀。我國的鋁制品工業起步較慢，但發展也很快。從解放初僅有幾個小企業到現在已擁有遍布全國一百多個較大企業，年產量超過五萬噸。但是隨著人民生活水平不斷提高，鋁制品仍遠遠不能滿足人民生活需求，特別是和國外同類產品相比，在質量和花式品種方面，差距很大，顯示了我國鋁制品加工和表面處理技術相對落后。近幾年，通過頻繁的國內外科技交流，以及科技工作者的努力，試驗和采用了一些新工藝和新技術，但總的來說，我國鋁制品表面處理技術方面尚處于待開發的發展時期。　
　
　　一、氧化前的表面處理
　　鋁制品材質成份，純度對鋁氧化的氧化膜層質量的影響早就為科技工作者所了解。但是在工業生產中，國內鋁制品板材的表面加工質量嚴重影響陽極氧化產品質量，這一矛盾越來越突出。國外鋁制品板材均經過銑面處理，平滑如鏡，氧化后質量極佳。而我國，鋁材往往光澤度不高，氣泡，劃傷，重皮粗糙等現象十分嚴重，經陽極氧化處理后，這些疵點依然顯露出來。裝飾性較強的工藝如多種圖案印花，熱轉移印花等由于板材質量表面狀態不良而造成效果不佳現象尤為嚴重。所以提高板材外觀質量就成為保證鋁制品氧化最佳質量的重要一環。
　　在鋁制品氧化前除油處理方面，大多數工廠仍沿用弱堿化學除油或苛性鈉除油洗白，但近年來，已有越來越多的工廠采用添加表面活性劑的方法進行除油。利用表面活性劑的獨特理化性質、降低表面張力、乳化、增溶發泡和本身對堿、硬水等有良好化學穩定性的作用，來提高了除油凈化效果，并使堿性表面形成一層泡沫層，抑制堿霧逸出，減少污染，改善操作條件。如天津鋁制品三廠介紹用天津或上海合成洗滌劑廠生產的AS陰離子型表面活性劑進行鋁盆洗白，就收到較好的經濟效果。其具體工藝是:苛性鈉(NaOH)10%；溫度97～100℃；時間5～7秒。表面活性劑AS添加量約為0.2克/升，視情況增減。
　　為使鋁制品表面光亮平滑，經成型后的鋁制品一般都經過機械拋光。但機械拋光后進行氧化，只能得到平滑的氧化膜，光澤度往往還不夠。對要求高光澤裝飾性氧化膜的產品，經機械拋光后還要進行化學拋光或電解拋光。純鋁或高純鋁鎂合金經化學拋光或電解拋光后能獲高反射系數的光澤表面，特別是電解拋光，能獲得令人十分滿意的效果。遺憾的是，一般三酸化學拋光溶液由于含有硝酸(HNO3)，加溫操作，分解出二氧化氮(NO2)氣體而產生“黃龍”公害。而質量優良穩定的電解拋光液都含有鉻酐，從而產生含鉻廢水、污染環境，造成三廢處理問題。很自然，人們都想研試不產生“黃龍”的化學拋光和不含鉻的電解拋光工藝。浙江黃巖熒光化學廠生產的“鋁件無黃煙化學拋光添加劑WXP”，在北京環保部門協助下通過了鑒定。添加劑WXP系用于磷酸，硫酸型拋光溶液的發亮劑，并兼有抑制酸霧的作用。所用工藝配方是:磷酸(比重d=1.7)工業純800毫升/升；硫酸(比重d=1.84)工業級200毫升/升；WXP為2毫升/升；溫度95～120℃。新配溶液每升應加入3克鋁。由于該配方中不含硝酸，所以拋光時不產生“黃龍”公害；抑制酸霧效果也不錯。
　　至于不含鉻酐的電解拋光，許多文章都列舉了不少配方，大多是在磷酸，硫酸為主的拋光液中加入些有機酸(比如檸檬酸、酒石酸，草酸)或醇(比如乙醇、丁醇、甘油)等，以圖通過這些添加劑取代鉻酐對鋁表面起緩蝕拋光作用。但經試驗，這類配方存在成本高，電解液穩定性差等缺點，難于在大工業生產中推廣使用。據報導，上海有不少單位已致力于無鉻酐電解拋光試驗有些廠最近還通過了鑒定。我們期待各地同行在這方面能有突破性的試驗成果。
　
　　二、氧化工藝
　　硫酸法、草酸法、鉻酸法氧化工藝特別是硫酸陽極氧化法幾乎為每一個從事鋁制品表面處理的人無所熟知。這幾種氧化方法各有其特點和適用范圍，如草酸法，能取得較厚的氧化膜層，氧化膜本身就帶些裝飾性色彩，但該法成本高，消耗電能大。硫酸法氧化膜層透明無色，吸色性能好，加上電解液成份簡單穩定，工藝操作容易，成本低，所以更得到廣泛應用。但硫酸法槽溫控制范圍小，升溫快，往往要加裝冷凍設備，這又成為一困難。在日本、早就開發了硫酸—草酸混合酸氧化法，取二者之長、避二者之短，并成為日本的主要氧化槽液。我國沈陽鋁制品廠介紹了采用混合酸氧化技術，他們推薦的配方是:硫酸10～20%；草酸1～2%；直流電壓10～20伏；陽極氧化。
　　對于氧化液升溫冷卻方式，哈爾濱鋁制品一廠介紹了采用吉林省四平通用機械廠生產的BXO極式換熱器的經驗。認為這種換熱器效果好。具有投資少，占地少，安裝快、換熱效率高，耐蝕性強，密封性能好等優點。該換熱器較適用于草酸氧化液。至于選用型號大小，可根據槽液量，參照四平通用機械廠所編的“極式換熱器選型說明書”的說明方法來計算。
　　三、氧化后的精飾
　　氧化后許多鋁制品都還要經過染色或印花噴花等處理，以求得到各種鮮艷色彩或美麗圖案，增加花式品種。1980年通過輕工部鑒定的鋁制品轉移印花法，能獲得花紋清晰，色澤鮮艷，層次豐滿的各種彩色圖案。鋁制品轉移印花法又叫升華轉移彩色工藝、其基本原理是用分散性染料特制成轉移油墨，按圖案要求先印在紙上，制成彩色印花紙，然后將印花紙貼于鋁制品的氧化膜上，通過加溫熱壓，使印花紙上的分散染料成氣相轉移到氧化膜微孔內，形成彩色圖案。轉移印花法以其超脫傳統氧化染色方法的技術使鋁制品表面得到彩色圖象，因而吸引許多鋁制品工企業注意試驗和生產。上海，武漢，青島等地鋁制品廠都已投入工業生產。現階段，該工藝成本還偏高，制造轉移印花紙要借助于印刷行業，高溫加壓轉移彩色圖案大多數還處于手工操作階段。理論上對印花轉移的機理探討得似乎還未十分透徹。較多人認為主要是在高溫加熱條件下，轉移油墨中的分散染料升華到氧化膜層。但有些試驗結果說明:氧化膜層的厚度和吸附性能也起極重要作用，所以不會單純是一種分散染料的簡單升華現象。相信隨著對轉移機理的不斷探索，繼續改進應用工藝和積累經驗，轉移印花法將會為鋁制品的美化裝飾開辟一個廣闊的新領域(鋁氧化轉移印花工藝詳見資料2、3)。
　　鋁制品氧化后染色，具有工藝穩定，成本低和操作方便等優點。加上能通過工藝上的改進來獲取多種外形美觀或各具特色的圖案，增加花式品種，因而，染色工藝從來就是鋁氧化工作者的試驗課題。“滲透法著彩色工藝”“大理石花紋染色工藝”等就屬這一類。滲透法是利用鉻酐褪掉底色重染，而大理石花紋染色則是利用油脂來封閉底色滲透法的。具體做法是把氧化染底色后的鋁制品用鉻酐(工業純350～450克/升)或草酸(工業級200～300克/升)噴涂點滴，用石棉，玻璃纖維等揩劃，利用鉻酐潤濕性輔展產品，使輔展部份褪色，用水沖洗后立即停止褪色的圖象反應，然后再染第二次色或反復進行鉻酸揩擦、水沖、染色等程序。于是就可出現彩色線條類似鮮艷花朵云彩等美觀圖案。至于大理石花紋染色法，則是把氧化后鋁制品先染第一道底色后，浸放入表面浮有油脂(如花生油)的水中。在提起或浸入時，由于油脂和水的分別自然流掛，使到氧化膜層部份地受到呈不規則的條紋狀的油脂所沾污，當再染第二道色時，則氧化膜受到油脂沾污部份就染不上色，而沒有受到油脂沾污的另一部份則染上了第二種色調，這就使到鋁制品表面呈現一種形如大理石花紋狀的不規則美麗圖案。
　
[page] 　　四、其它表面處理工藝
　　鋁制品除了氧化染色外，還有一些其它表面處理工藝，如噴漆或噴漆噴花工藝等。噴漆工藝就是將經除油洗白后的鋁制品，噴涂氨基烘漆，晾平，于150～170℃條件下烘15～20分鐘即成。噴漆噴花則是選用硝基色噴漆，先噴底漆，然后對著圖案花板進行噴花，最后噴罩光漆，并于60℃溫度條件下烘2分鐘。噴漆和噴漆噴花工藝在江蘇等省鋁制品廠廣泛用于生產鋁制水桶、痰盂、面盆、茶盤等產品上。
　　近年國外還發展了不少鋁表面處理新工藝新技術，比如電解著色，涂敷聚四氟乙烯和搪瓷工藝等，并已應用于工業生產，使鋁制品表面更豐富多彩和適應各種用途。國內一些科研單位和工廠也已試驗研究這些工藝，相信不久就可以在國內市場大量見到這類產品，現把這些新工藝簡單介紹如下:
　　(1)電解著色
　　就是在氧化電解液內直接加入些添加劑，一般是一些有機酸如硫代水楊酸，甲酚磺酸等，氧化出帶色彩的氧化膜。嚴格說來草酸法氧化出黃色氧化膜也應屬這一種。也有把經氧化后的鋁工件放進含有鎳、硒、鈷、錫等金屬鹽電解液中電解使氧化膜著色的，依鋁材質成份不同和電解工藝不同可以得到各種顏色。雖然目前用電解著色法得出的色調還較為單調、遠不如有機染料染色色彩鮮艷，但是電解著色是氧化膜發色，耐用性好，耐氣候性特佳。目前電解著色的鋁制品已大量應用于建材比如鋁制門窗框上。
　　(2)涂敷聚四氟乙烯、聚苯硫醚等樹脂的工藝
　　聚四氟乙烯是一種耐高溫工程塑料、它具有高度化學穩定性、電絕緣性和抗粘附性，在-60℃至250℃的寬廣溫度范圍內都能保持良好使用性能、故多應用于輕工民用炊具等鋁制產品上，也很受人歡迎。涂敷工藝一般是:先按一定配比把聚四氟乙烯樹脂球磨過濾，制成分散液，噴涂于經噴砂、除油、洗白的鋁制品上，然后經燒結、塑化、淬火而成。這種工藝在上海、哈爾濱、北京等地均有試驗。
　　(3)鋁搪瓷工藝
　　鋼鐵搪瓷用的普通搪瓷粉要在700～1000℃才能熔附于工件上，而鋁和鋁合金的熔點一般在600℃左右。很明顯普通搪瓷對鋁是不適用的。鋁制品搪瓷溫度一般不能超過550℃所以又叫低溫搪瓷，這需要采用一些特種搪瓷和特殊的搪瓷方法。據稱，蕪湖市二輕研究所和山東新泰鋁制品廠對鋁搪瓷有比較全面研究，初步試驗已獲成功。
　
　　五、一些粗淺的看法br> 　　(1)鋁制品品種煩多，產品表面裝飾要求各異，各地廠家條件也不盡相同，所以我們一定要根據環境條件，產品要求，結合設備生產實際來選用新工藝新技術。比如硫酸—草酸混和酸氧化法，綜合了硫酸法草酸法的長處，有節能，允許溫度較高、氧化膜較厚等優點。但在具體應用上要加以靈活運用。我廠(國營陽江小刀廠)一向沿用硫酸法氧化生產多次染色法來生產具有多種圖案的小刀氧化鋁柄片。在1973年，由于當時冷凍設備損壞，我們就在1300升氧化槽中用硫酸—草酸混和酸進行試驗生產。當時實用工藝配方是硫酸15%；草酸1%；槽溫26～33℃；電流密度0.8～1安培/平方分米；陽極氧化，效果還是不錯的。但試驗過程中我們也觀察到當草酸含量超過1.5%時，雖然還未產生足以影響外觀的草酸氧化的淡黃色膜，一次染色性能還可以，但是，經印花多次染色時，則產生難以上染現象。所以要求多次染色裝飾性的氧化膜，混合酸氧化中草酸含量不宜過高。而北方一些生產鋁炊具的工廠應用草酸法氧化，產品氧化膜較厚，具有自然淡黃色，不用染色也為群眾所喜愛。他們試驗應用混和酸氧化目的是少用草酸，節省電能，降低成本。混合酸的組成是草酸2～3%；硫酸5～10%。他們也觀察到，當草酸含量低于2%時，氧化膜層就不再有原來草酸氧化的給人以致密厚實感的淡黃色調，有些顧客對這樣的產品外觀就不那么喜歡，影響產品銷路。所以他們就選用3%草酸、酌加硫酸氧化的方法。
　　(2)認真向先進單位學習，幫助引進新技術新材料。近年鋁氧化轉移印花法是比較先進的工藝之一，許多單位競相進行試驗采用，但試驗水平參差不齊，產品質量差異十分大。其實轉移印花工藝關鍵在于轉移印花紙的制作，而轉移印花紙制作需要印刷行業協助，油墨的選用和印刷技術等都不是專業氧化工作者的所長。一些先進單位已試制出質量優良的轉移印花紙，轉移印花工藝水平較高(如上海，青島等地)，它們又樂意代制轉移印花紙。那么一些條件較差的小企業就不必從頭試驗，只要直接要求轉讓印花紙，就可以縮短試驗投產過程，提高經濟效益。
　　(3)加強與大專院校，科研部門協作，開發鋁制品表面處理新技術新工藝。鋁制品表面處理越來越涉及到多學科的技術。比如涂敷聚四氟乙烯樹脂工藝，其中就有高分子化工課題。高等院校科研部門學科齊全，專業科技人員多，水平較高，條件較好、爭取他們幫助是比較容易出成果的。
　　(4)要做好科技情報交流工作。鋁制品行業分屬各部門，航空，輕工，建材都有，加強科技情報交流，盡快把國內外新工藝新技術情報送給工廠付諸試驗生產，對提高整個鋁制品行業的工藝技術水平，提高鋁制品質量是十分必要的。