铝合金材料静电粉末涂装预处理工艺研究

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本文简要分析了铝合金材料轻量化发展趋势及行业现状；优化了铝合金材料在涂装上的工艺技术路线；

研究课题：粉末涂料

文/蒋伟^1，2，赵栋¹，房宝军²
1.中铝青岛博信铝业有限公司；2.山东铝业有限公司

摘要：铝合金材料作为轻量化技术路线中的重要材料之一，目前主要应用于汽车、高铁动车、飞机、集装箱等领域，不仅提高了这些装备领域的工艺制作水平，而且符合国家绿色环保趋势，各类材料生产朝着节能减排、美观方向发展。本文简要分析了铝合金材料轻量化发展趋势及行业现状；优化了铝合金材料在涂装上的工艺技术路线；研究了铝合金材料在涂装上的常见质量缺陷问题，针对这些问题制定了具体解决方案，并提出了下一步铝合金材料涂装工艺优化思路。

关键词：铝合金材料；轻量化；环保；涂装工艺

Study on pretreatment process of electrostatic powder coating for aluminum alloymaterials
JIANG Wei1,2,ZHAO Dong1, FANG Bao-jun2
(1.Chalco Qingdao Boxin Aluminum Co., Ltd,Qingdao 266300,China;2.Shandong Aluminum Co., Ltd.,Zibo 255051,China)

Abstract: As one of the important materials in the light-weight technology route, aluminum alloy materials are mainly used in the fields of automobiles, high-speed railway cars, airplanes,containers, etc. , moreover conforms to the National Green Environmental Protection tendency, each kind of material production is developing toward theenergy-saving emission reduction, the esthetic direction. In this paper, the development trend and current situation of lightweight aluminum alloy materials are briefly analyzed, the technological route of coating aluminum alloy materials is optimized, and the common quality defects of coating aluminum alloy materials are studied, in view of these problems, the concrete solutionwas made,and the next step of aluminum alloy coating process optimization ideaswere put forward.
Keywords: aluminum alloy material;Lightweight; Environmental protection; Pretreatment

0 前言

铝合金材料因其密度低是轻量化技术路线中的重要材料之一。铝合金材料同时兼有吸收振动和反回弹力强等金属特性，利于各类车辆、飞机等交通工具平稳行驶，操控性和舒适性得到极大提升。铝合金材料对节能减排的低碳生活也具有一定的帮助，在利润微薄的铝型材领域能够起到降本与环保效益作用。目前，铝合金材料在轻量化方面主要应用在汽车、飞机、高铁、动车、集装箱、大型货车等领域，常见的有汽车铝合金材料，如车架横梁、车身、发动机缸体、轮毂，货车大梁等部件，高铁动车铝合金材料，如整体车厢、顶梁、行李架等部件。

但铝作为一种金属活性材料,很容易与外界其他物质元素发生反应。为增强其装饰效果与抗腐蚀能力，延长使用期限，必须要经过表面处理，比较常用的有氧化处理、粉末或喷漆涂装处理等工艺方法。本文重点对铝合金材料在粉末静电涂装工艺中的技术流程进行探讨，并通过现场实际工业化生产，总结改进了多项工艺技术指标，形成了较完善的质量控制措施。

1 铝合金材料在涂装上的工艺要求

1.1 涂装工艺流程

铝合金材料涂装是一个系统项目，主要包括涂装前的表面处理、材料涂装以及固化流平等三个基本流程，必须要选择合适的工艺条件，确保良好的作业环境条件以及保证质量监督、技术到位、并考虑经济等重要环节。工艺流程为：水洗→脱脂→水洗→水洗→纯水洗→钝化处理→水洗→水洗→纯水洗→水分烘干→挂料→喷涂→固化→卸料→检验包装。

1.2 预处理工艺

表面预处理是在铝合金材料的表面进行的准备工作，要把材料表面上的异物（如灰尘、油、铝屑等）清除干净，确保生成的膜层具有良好的附着性、耐蚀性、装饰性，提供适合于涂装要求的良好涂层材料。通过大量生产试验，目前我们完善的工艺流程技术见表1。该流程最大的优点在于环保，无污染性物质，且效率高、成本低、钝化层质量稳定。预处理工艺指标控制不达标或操作不规范，会造成很多质量问题，比较严重的当属涂层附着力不合格，使用一段时间后，表面漆膜会逐渐脱落。造成该类缺陷的主要有以下五类问题。

1.2.1 脱脂不净

脱脂不净会导致铝合金材料表面还存在油污、蚀刻量太低或表面的自然氧化膜未完全去除等问题，无法正常进行后序的钝化处理。实验表明：脱脂除尘不净，铝材经过喷涂表面会出现涂层脱落质量问题缺陷。

1.2.2 钝化槽Al³⁺浓度

钝化槽Al³⁺浓度对涂层沸水附着力的影响见图1。从图1可知，为了保证涂层附着力100%合格，必须把钝化槽Al3+浓度控制在0.2g/l以内。

为了更好的验证该实验结果，我们在实验室进行了多次强力冲击试验。结果表明：钝化槽Al³⁺浓度超出0.2g/l（0.3~0.4g/l）时，钝化后的铝基体涂装后，做耐冲击试验，表面涂层开始脱落，附着力不合格。对不同Al³⁺浓度钝化后的基体做晶相观察发现：低浓度下处理后的基体表面呈有规则性的六方结构、且致密；反之，虽也呈六方结构、但稀疏。