铝制品表面处理技术

本文根据第三届全国五金制品表面处理技术交流大会的技术资料及座谈交流情况，以轻工铝制品可用于生产规模的实际工艺为主，对其中新的工艺和技术进行简要介绍和概述。内容分为下面几个部份:
　　(一)氧化前的表面处理。

　　(二)氧化工艺。

　　(三)氧化后的精饰。

　　(四)其它的表面处理工艺。

　　(五)一些粗浅的看法。

　　概况

　　随着铝冶炼和加工技术发展，铝制品现已广泛应用于航空，建材、车辆、船舶、轻工等部门。在国外的先进工业化国家如美、英、日本等国，从二十年代开发工业生产铝制品阳极氧化膜算起，近六十年来，铝制品的表面处理技术发展极为迅速。以轻工产品而言，应用自动化设备，严格的工艺氧化出来的产品，经过胶版印刷，热转移印花着色，电泳涂漆等装饰性处理，将使产品给人以十分美观、精致的外观。我国的铝制品工业起步较慢，但发展也很快。从解放初仅有几个小企业到现在已拥有遍布全国一百多个较大企业，年产量超过五万吨。但是随着人民生活水平不断提高，铝制品仍远远不能满足人民生活需求，特别是和国外同类产品相比，在质量和花式品种方面，差距很大，显示了我国铝制品加工和表面处理技术相对落后。近几年，通过频繁的国内外科技交流，以及科技工作者的努力，试验和采用了一些新工艺和新技术，但总的来说，我国铝制品表面处理技术方面尚处于待开发的发展时期。

　　一、氧化前的表面处理

　　铝制品材质成份，纯度对铝氧化的氧化膜层质量的影响早就为科技工作者所了解。但是在工业生产中，国内铝制品板材的表面加工质量严重影响阳极氧化产品质量，这一矛盾越来越突出。国外铝制品板材均经过铣面处理，平滑如镜，氧化后质量极佳。而我国，铝材往往光泽度不高，气泡，划伤，重皮粗糙等现象十分严重，经阳极氧化处理后，这些疵点依然显露出来。装饰性较强的工艺如多种图案印花，热转移印花等由于板材质量表面状态不良而造成效果不佳现象尤为严重。所以提高板材外观质量就成为保证铝制品氧化最佳质量的重要一环。

　　在铝制品氧化前除油处理方面，大多数工厂仍沿用弱碱化学除油或苛性钠除油洗白，但近年来，已有越来越多的工厂采用添加表面活性剂的方法进行除油。利用表面活性剂的独特理化性质、降低表面张力、乳化、增溶发泡和本身对碱、硬水等有良好化学稳定性的作用，来提高了除油净化效果，并使碱性表面形成一层泡沫层，抑制碱雾逸出，减少污染，改善操作条件。如天津铝制品三厂介绍用天津或上海合成洗涤剂厂生产的AS阴离子型表面活性剂进行铝盆洗白，就收到较好的经济效果。其具体工艺是:苛性钠(NaOH)10%；温度97～100℃；时间5～7秒。表面活性剂AS添加量约为0.2克/升，视情况增减。

　　为使铝制品表面光亮平滑，经成型后的铝制品一般都经过机械抛光。但机械抛光后进行氧化，只能得到平滑的氧化膜，光泽度往往还不够。对要求高光泽装饰性氧化膜的产品，经机械抛光后还要进行化学抛光或电解抛光。纯铝或高纯铝镁合金经化学抛光或电解抛光后能获高反射系数的光泽表面，特别是电解抛光，能获得令人十分满意的效果。遗憾的是，一般三酸化学抛光溶液由于含有硝酸(HNO3)，加温操作，分解出二氧化氮(NO2)气体而产生“黄龙”公害。而质量优良稳定的电解抛光液都含有铬酐，从而产生含铬废水、污染环境，造成三废处理问题。很自然，人们都想研试不产生“黄龙”的化学抛光和不含铬的电解抛光工艺。浙江黄岩荧光化学厂生产的“铝件无黄烟化学抛光添加剂WXP”，在北京环保部门协助下通过了鉴定。添加剂WXP系用于磷酸，硫酸型抛光溶液的发亮剂，并兼有抑制酸雾的作用。所用工艺配方是:磷酸(比重d=1.7)工业纯800毫升/升；硫酸(比重d=1.84)工业级200毫升/升；WXP为2毫升/升；温度95～120℃。新配溶液每升应加入3克铝。由于该配方中不含硝酸，所以抛光时不产生“黄龙”公害；抑制酸雾效果也不错。

　　至于不含铬酐的电解抛光，许多文章都列举了不少配方，大多是在磷酸，硫酸为主的抛光液中加入些有机酸(比如柠檬酸、酒石酸，草酸)或醇(比如乙醇、丁醇、甘油)等，以图通过这些添加剂取代铬酐对铝表面起缓蚀抛光作用。但经试验，这类配方存在成本高，电解液稳定性差等缺点，难于在大工业生产中推广使用。据报导，上海有不少单位已致力于无铬酐电解抛光试验有些厂最近还通过了鉴定。我们期待各地同行在这方面能有突破性的试验成果。

　　二、氧化工艺

　　硫酸法、草酸法、铬酸法氧化工艺特别是硫酸阳极氧化法几乎为每一个从事铝制品表面处理的人无所熟知。这几种氧化方法各有其特点和适用范围，如草酸法，能取得较厚的氧化膜层，氧化膜本身就带些装饰性色彩，但该法成本高，消耗电能大。硫酸法氧化膜层透明无色，吸色性能好，加上电解液成份简单稳定，工艺操作容易，成本低，所以更得到广泛应用。但硫酸法槽温控制范围小，升温快，往往要加装冷冻设备，这又成为一困难。在日本、早就开发了硫酸—草酸混合酸氧化法，取二者之长、避二者之短，并成为日本的主要氧化槽液。我国沈阳铝制品厂介绍了采用混合酸氧化技术，他们推荐的配方是:硫酸10～20%；草酸1～2%；直流电压10～20伏；阳极氧化。

　　对于氧化液升温冷却方式，哈尔滨铝制品一厂介绍了采用吉林省四平通用机械厂生产的BXO极式换热器的经验。认为这种换热器效果好。具有投资少，占地少，安装快、换热效率高，耐蚀性强，密封性能好等优点。该换热器较适用于草酸氧化液。至于选用型号大小，可根据槽液量，参照四平通用机械厂所编的“极式换热器选型说明书”的说明方法来计算。

　　三、氧化后的精饰

　　氧化后许多铝制品都还要经过染色或印花喷花等处理，以求得到各种鲜艳色彩或美丽图案，增加花式品种。1980年通过轻工部鉴定的铝制品转移印花法，能获得花纹清晰，色泽鲜艳，层次丰满的各种彩色图案。铝制品转移印花法又叫升华转移彩色工艺、其基本原理是用分散性染料特制成转移油墨，按图案要求先印在纸上，制成彩色印花纸，然后将印花纸贴于铝制品的氧化膜上，通过加温热压，使印花纸上的分散染料成气相转移到氧化膜微孔内，形成彩色图案。转移印花法以其超脱传统氧化染色方法的技术使铝制品表面得到彩色图象，因而吸引许多铝制品工企业注意试验和生产。上海，武汉，青岛等地铝制品厂都已投入工业生产。现阶段，该工艺成本还偏高，制造转移印花纸要借助于印刷行业，高温加压转移彩色图案大多数还处于手工操作阶段。理论上对印花转移的机理探讨得似乎还未十分透彻。较多人认为主要是在高温加热条件下，转移油墨中的分散染料升华到氧化膜层。但有些试验结果说明:氧化膜层的厚度和吸附性能也起极重要作用，所以不会单纯是一种分散染料的简单升华现象。相信随着对转移机理的不断探索，继续改进应用工艺和积累经验，转移印花法将会为铝制品的美化装饰开辟一个广阔的新领域(铝氧化转移印花工艺详见资料2、3)。

　　铝制品氧化后染色，具有工艺稳定，成本低和操作方便等优点。加上能通过工艺上的改进来获取多种外形美观或各具特色的图案，增加花式品种，因而，染色工艺从来就是铝氧化工作者的试验课题。“渗透法着彩色工艺”“大理石花纹染色工艺”等就属这一类。渗透法是利用铬酐褪掉底色重染，而大理石花纹染色则是利用油脂来封闭底色渗透法的。具体做法是把氧化染底色后的铝制品用铬酐(工业纯350～450克/升)或草酸(工业级200～300克/升)喷涂点滴，用石棉，玻璃纤维等揩划，利用铬酐润湿性辅展产品，使辅展部份褪色，用水冲洗后立即停止褪色的图象反应，然后再染第二次色或反复进行铬酸揩擦、水冲、染色等程序。于是就可出现彩色线条类似鲜艳花朵云彩等美观图案。至于大理石花纹染色法，则是把氧化后铝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。在提起或浸入时，由于油脂和水的分别自然流挂，使到氧化膜层部份地受到呈不规则的条纹状的油脂所沾污，当再染第二道色时，则氧化膜受到油脂沾污部份就染不上色，而没有受到油脂沾污的另一部份则染上了第二种色调，这就使到铝制品表面呈现一种形如大理石花纹状的不规则美丽图案。

　　四、其它表面处理工艺

　　铝制品除了氧化染色外，还有一些其它表面处理工艺，如喷漆或喷漆喷花工艺等。喷漆工艺就是将经除油洗白后的铝制品，喷涂氨基烘漆，晾平，于150～170℃条件下烘15～20分钟即成。喷漆喷花则是选用硝基色喷漆，先喷底漆，然后对着图案花板进行喷花，最后喷罩光漆，并于60℃温度条件下烘2分钟。喷漆和喷漆喷花工艺在江苏等省铝制品厂广泛用于生产铝制水桶、痰盂、面盆、茶盘等产品上。

　　近年国外还发展了不少铝表面处理新工艺新技术，比如电解着色，涂敷聚四氟乙烯和搪瓷工艺等，并已应用于工业生产，使铝制品表面更丰富多彩和适应各种用途。国内一些科研单位和工厂也已试验研究这些工艺，相信不久就可以在国内市场大量见到这类产品，现把这些新工艺简单介绍如下:

　　(1)电解着色

　　就是在氧化电解液内直接加入些添加剂，一般是一些有机酸如硫代水杨酸，甲酚磺酸等，氧化出带色彩的氧化膜。严格说来草酸法氧化出黄色氧化膜也应属这一种。也有把经氧化后的铝工件放进含有镍、硒、钴、锡等金属盐电解液中电解使氧化膜着色的，依铝材质成份不同和电解工艺不同可以得到各种颜色。虽然目前用电解着色法得出的色调还较为单调、远不如有机染料染色色彩鲜艳，但是电解着色是氧化膜发色，耐用性好，耐气候性特佳。目前电解着色的铝制品已大量应用于建材比如铝制门窗框上。

　　(2)涂敷聚四氟乙烯、聚苯硫醚等树脂的工艺

　　聚四氟乙烯是一种耐高温工程塑料、它具有高度化学稳定性、电绝缘性和抗粘附性，在-60℃至250℃的宽广温度范围内都能保持良好使用性能、故多应用于轻工民用炊具等铝制产品上，也很受人欢迎。涂敷工艺一般是:先按一定配比把聚四氟乙烯树脂球磨过滤，制成分散液，喷涂于经喷砂、除油、洗白的铝制品上，然后经烧结、塑化、淬火而成。这种工艺在上海、哈尔滨、北京等地均有试验。

　　(3)铝搪瓷工艺

　　钢铁搪瓷用的普通搪瓷粉要在700～1000℃才能熔附于工件上，而铝和铝合金的熔点一般在600℃左右。很明显普通搪瓷对铝是不适用的。铝制品搪瓷温度一般不能超过550℃所以又叫低温搪瓷，这需要采用一些特种搪瓷和特殊的搪瓷方法。据称，芜湖市二轻研究所和山东新泰铝制品厂对铝搪瓷有比较全面研究，初步试验已获成功。

　　五、一些粗浅的看法

　　(1)铝制品品种烦多，产品表面装饰要求各异，各地厂家条件也不尽相同，所以我们一定要根据环境条件，产品要求，结合设备生产实际来选用新工艺新技术。比如硫酸—草酸混和酸氧化法，综合了硫酸法草酸法的长处，有节能，允许温度较高、氧化膜较厚等优点。但在具体应用上要加以灵活运用。我厂(国营阳江小刀厂)一向沿用硫酸法氧化生产多次染色法来生产具有多种图案的小刀氧化铝柄片。在1973年，由于当时冷冻设备损坏，我们就在1300升氧化槽中用硫酸—草酸混和酸进行试验生产。当时实用工艺配方是硫酸15%；草酸1%；槽温26～33℃；电流密度0.8～1安培/平方分米；阳极氧化，效果还是不错的。但试验过程中我们也观察到当草酸含量超过1.5%时，虽然还未产生足以影响外观的草酸氧化的淡黄色膜，一次染色性能还可以，但是，经印花多次染色时，则产生难以上染现象。所以要求多次染色装饰性的氧化膜，混合酸氧化中草酸含量不宜过高。而北方一些生产铝炊具的工厂应用草酸法氧化，产品氧化膜较厚，具有自然淡黄色，不用染色也为群众所喜爱。他们试验应用混和酸氧化目的是少用草酸，节省电能，降低成本。混合酸的组成是草酸2～3%；硫酸5～10%。他们也观察到，当草酸含量低于2%时，氧化膜层就不再有原来草酸氧化的给人以致密厚实感的淡黄色调，有些顾客对这样的产品外观就不那么喜欢，影响产品销路。所以他们就选用3%草酸、酌加硫酸氧化的方法。

　　(2)认真向先进单位学习，帮助引进新技术新材料。近年铝氧化转移印花法是比较先进的工艺之一，许多单位竞相进行试验采用，但试验水平参差不齐，产品质量差异十分大。其实转移印花工艺关键在于转移印花纸的制作，而转移印花纸制作需要印刷行业协助，油墨的选用和印刷技术等都不是专业氧化工作者的所长。一些先进单位已试制出质量优良的转移印花纸，转移印花工艺水平较高(如上海，青岛等地)，它们又乐意代制转移印花纸。那么一些条件较差的小企业就不必从头试验，只要直接要求转让印花纸，就可以缩短试验投产过程，提高经济效益。

　　(3)加强与大专院校，科研部门协作，开发铝制品表面处理新技术新工艺。铝制品表面处理越来越涉及到多学科的技术。比如涂敷聚四氟乙烯树脂工艺，其中就有高分子化工课题。高等院校科研部门学科齐全，专业科技人员多，水平较高，条件较好、争取他们帮助是比较容易出成果的。

　　(4)要做好科技情报交流工作。铝制品行业分属各部门，航空，轻工，建材都有，加强科技情报交流，尽快把国内外新工艺新技术情报送给工厂付诸试验生产，对提高整个铝制品行业的工艺技术水平，提高铝制品质量是十分必要的。