前言：

鋁型材因其加工性能佳、質輕等特點，廣泛應用于建筑等各個行業，用量占金屬型材的80%以上。針對鋁型材涂裝前表面處理，通常采用除油、鉻化、烘干工藝處理，使鋁型材表面生成一層疏松有孔隙的鉻酸鹽轉化膜，從而使鋁型材基材能與涂料有良好的附著力。但傳統的鉻酸鹽鈍化所生成的轉化膜含有的三價鉻和六價鉻具有很強的毒性，為高致癌物，同時考慮到Cr6+和Cr3+治理和監管的困難，對此，各國政府先后制定了一系列環保政策，在某些領域限制采用含鉻鈍化工藝。鑒于此，開發研究無鉻鈍化工藝技術，摒棄傳統的鉻酸鈍化工藝，是鋁型材鈍化技術的創新，是推行綠色工業技術、保護環境的形勢所需，企業尋求新的無鉻表面處理工藝迫在眉睫。

正文：

含鈦基或含鋯基的溶液代替鉻酸鹽用于鋁基材表面的預處理已確認并被行業內廣泛采用。鈦、鋯為同族元素，鈦基或鋯基無鉻鈍化液主要含氟鈦酸（H2TiF6）或氟鋯酸（H2ZrF6），另外還有少量的HF及高分子化合物。其反應機理為（以H2TiF6為例）：

2Al + 4H2O→2AlO(OH) + 3H2→Al2O3 + H2O

2Al + 6H﹢ + 3TiF62﹣ + 5H2O→(2AlOF．3TiOF2) + 10HF +3H2

Al3﹢﹢ Ti4﹢ +F﹣ +4H2O→ Al(OOH)Ti(OOH)F +6H﹢

Al3﹢ + 2R-COOH  + F﹣ +  H2O→(RCOO)2AlOF + 4H﹢

膜層結構：

從反應方程式及膜層結構可以看出，含鈦基的無鉻鈍化液與鋁基材的成膜機理是高分子的聚合反應。從化學反應的可逆性考慮，聚合反應的可逆性較強，即反應正方向生成高分子聚合物，逆方向聚合物分解；從化學鍵角度考慮，聚合高分子的化學鍵穩定性也不是很強。因此，反應過程中的工藝控制須嚴格謹慎。

表1

槽液的控制范圍較嚴格，酸槽酸點低于要求范圍會導致除油效果差，延長除油時間，影響生產效率；相反，酸槽酸點過高，會使酸洗反應劇烈，造成鋁材表面局部產生酸蝕痕。經生產實踐，酸槽酸點最佳控制范圍在1.8-2.7。鈍化槽作為表面處理的核心槽液，游離酸代表著與鋁型材反應成膜的鈍化劑的有效含量，低于工藝要求范圍直接導致成膜困難或成膜不完全，過高會導致膜層粉化。鈍化槽PH同樣對成膜反應起重要作用，由于H﹢參與成膜反應的正逆兩個方向，PH過高或過低都會加劇反應難度，使得成膜困難，因此鈍化槽的PH控制范圍要求嚴格。最后是純水槽的電導率控制，電導率過高即表示純水里含導電性成分增加到一定程度，雜質過多或影響膜層性能。格外強調一點無鉻鈍化前后最好是用純水洗，因為像前面所說的無鉻鈍化成膜的化學鍵穩定性不是很強，如果采用工業水或自來水，其中的Cl﹣和ClO﹣等離子很容易與高分子膜發生反應破壞膜層。

其次表面處理工序的反應時間的掌控要求尤為精細，表2為無鉻鈍化處理各工序時間控制范圍：

表2

酸洗時間5-30min，要根據槽液的酸點高低適當調整，實際時間控制以料入槽時的反應程度而定。槽液酸點較高時，反應劇烈，型材浸泡時產生大量密集氣泡，這時應縮短酸洗時間，5-10min即可，若反應時間過長會引起型材表面產生侵蝕痕；槽液酸點較低時，反應較平緩溫和，型材浸泡時產生少量的氣泡，這時應將酸洗時間控制在15-30min，酸洗時間不足容易造成除油不徹底，影響成膜。酸洗之后經兩道水洗（一般1-2min即可），然后是純水洗，純水洗作為鈍化前的最后一道工序，一定保證純水水質（電導率）及浸泡時間，一般3-5min。鈍化槽反應時間控制區間較小，根據鈍化槽游離酸含量，新配槽游離酸含量較高，反應較激烈，效率高，反應時間應控制在3min以下時間過長會導致膜層粉化；處理一定量型材后，游離酸含量降低，反應時間應適當延長，一般3-5min。鈍化之后再經過一道純水洗（1-2min）然后滴干，滴干要以45-60°角放置，便于水分滴落。滴干時間根據裝框密度及料型號而定，至水滴不再成柱狀滴落，滴落時間平穩時再入爐烘烤。

烘干爐的烘烤溫度及烘烤時間把控亦需謹慎。烘烤溫度工藝要求70-100℃，考慮到生產車間的生產效率及成本，一般設定為100℃±5℃，最高不超過115℃。烘干溫度方面的實驗顯示，當爐溫超過120℃時，雖沒有出現明顯膜層性能降低或膜層破壞等情況，但當再次噴涂時，會導致涂層局部劃格不規則掉漆或掉粉現象。烘烤時間亦應根據裝框密度及型材壁厚等而定，一般大料烘烤時間30-60min，普通門窗料60-120min，極小的料裝框密度較大時，應適當延長30-60min，具體看烘干效果，要保證料表面干燥無水滴。

另外要定期進行清槽、換槽液。一般酸洗槽每個月至少清理1-2次，由于其主要作用在于除油漬、去雜物，槽里容易積累過多污泥，其中鋁屑或框中掉落的雜物容易與酸長期發生反應，污染酸槽的同時還消耗酸用量，所以每次清槽都要徹底。由于酸液除油的有效成分為氫離子，所以溶液里含有被污染摻雜的其他離子不會對酸洗除油造成影響，或影響甚微，因此酸槽清理時不必將酸液換掉，節約成本。普通水槽一個月清理一次即可，純水槽根據鈍化槽換槽時間進行清槽并換槽液。鈍化槽清槽、換槽液時間應根據鈍化劑使用周期而定，一般按新配槽時的鈍化劑使用量為一個周期，以后每次槽液加鈍化劑至配槽時鈍化劑使用量時為一個周期，一般6-10個周期要進行一次清槽、并換槽液。

鋁型材的無鉻鈍化處理工藝是鋁基材與鈍化劑通過發生氧化反應、聚合反應等一系列的復雜化學反應而在鋁基材表面生成一種聚合金屬氧化物的膜的過程。相比鉻化處理工藝，無鉻鈍化處理工藝沒有像六價鉻這樣強氧化性的化學成分，因此，為了保證無鉻鈍化工藝的成膜質量，在生產中有很多要素都需要嚴格控制，諸如：反應時間、槽液濃度、清槽換槽周期、烘干爐溫度、烘干時間等等。

近兩年來，無鉻鈍化工藝迅速發展，雖其工藝控制精度較高，生產中實際操控有一定難度，但無鉻鈍化工藝代替傳統鉻酸鹽鈍化工藝已成必然趨勢，越來越多的鋁型材企業已經將無鉻鈍化工藝吸收并投入生產實踐，相信在同行精英們的努力下，無鉻鈍化工藝將會越來越成熟，最終融入整個鋁型材表面處理行業。