CN109440121A - 一种铝单板的加工工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种铝单板的加工工艺，属于铝单板建筑装饰材料技术领域，其包括钣金加工，对铝单板在所述钣金加工过程中进行预清洗；对所述钣金加工后的铝单板依次进行酸洗、钝化和喷涂，其中，预清洗采用碱性清洗液，钝化采用无铬钝化液。本发明具有工艺简单、环保安全，加工得到的铝单板质量稳定、耐化学腐蚀性和耐候性好的效果。

Description

一种铝单板的加工工艺

技术领域

本发明涉及铝单板建筑装饰材料技术领域，更具体地说，它涉及一种铝单板的加工工艺。

背景技术

随着现代经济的迅速发展，人们对建筑装饰的美观、实用等综合性能提出了越来越高的要求。传统的建筑装饰材料大多采用石材、石膏板，由于这些装饰材料的自重大、安装和加工工艺复杂、造型简单，导致建筑成本增加、难以完全表达建筑设计师的设计意图。目前，玻璃、人造石、铝单板等建筑装饰材料逐渐取代了石材和石膏板，其中，铝单板因其重量轻、无光污染、价格低等优势广泛应用于建筑装饰领域。铝单板具有良好的加工性，铝单板的应用有利于降低材料成本和安装成本，缩短建筑的施工周期。为了提高铝单板在使用过程中的耐候性和抗腐蚀性，使其保持长久的美观性和使用寿命，通常在铝板表面进行钝化处理和喷涂漆膜，如将铝板经过铬化处理和喷涂氟碳涂料。

现有技术中，公布号为CN108480169A的中国专利公开了一种铝单板的表面处理工艺，包括将铝单板浸泡碳酸氢钠溶液、喷洒氧化银粉末、用煤油擦拭；对铝单板进行酸洗、水洗、铬化处理和水洗烘干，然后在铝单板表面喷涂底漆、面漆和清漆。该表面处理工艺对铝单板表面的异物去除彻底、铬化程度高、平整度好，铬化层对漆层的附着力好，有利于提高铝单板的产品质量。但铬化处理要采用可溶性的六价铬酸盐，六价铬对人体的危害极大，无论是铝板铬化处理过程中，还是铬化处理后的铝板在使用过程中，六价铬都会进入环境并造成污染，带来严重的环境问题。取代六价铬的三价铬酸盐钝化膜的耐腐蚀性能相对较差，且暴露在空气中的三价铬酸盐在某些条件下会被氧化成六价铬，继而对环境造成污染，而三价铬向六价铬的氧化过程难以有效控制，三价铬酸盐钝化的废液中也含有六价铬。因此，对铝单板进行铬化处理，不利于环境的保护和人体健康。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的第一个目的在于提供一种铝单板的加工工艺，其具有工艺简单、安全可控、环保无污染、制得的铝单板质量稳定、耐化学性能好的优点。

本发明的第二个目的在于提供一种铝单板，其具有耐候性、耐腐蚀性能好、质量稳定的优点。

为实现上述第一个目的，本发明提供了如下技术方案：一种铝单板的加工工艺，包括钣金加工，对铝单板在所述钣金加工过程中进行预清洗；对所述钣金加工后的铝单板依次进行酸洗、钝化和喷涂。

所述预清洗采用碱性清洗液在45～55℃下对铝单板进行清洗、碱蚀处理1～5min。

所述酸洗采用酸性清洗液在5～40℃下对铝单板进行浸泡、洗涤1～3min，所述酸性清洗液包括硝酸、氢氟酸、盐酸和硫酸中的至少两种。

所述钝化采用无铬钝化液在40～50℃下对铝单板进行钝化0.5～3min，所述无铬钝化液包括钛锆钝化液、稀土钝化液或硅烷偶联剂钝化液中的至少一种。

所述喷涂包括在钝化后的铝单板表面喷涂氟碳底漆和氟碳面漆。

通过采用上述技术方案，将铝板经过预清洗、酸洗、钝化和喷涂过程，制成铝单板。钣金加工是将金属板材经过剪切、折弯、焊接等工序加工成零件的工艺过程，在钣金加工过程中进行预清洗，用于铝板表面的冷轧油膜和氧化膜，实现铝板的脱脂和去氧化层，为铝板的加工创造良好的表面条件。碱性清洗液是采用pH大于7的清洗剂与水配置成的清洗液，含有表面活性剂，对铝板表面的油斑有良好的清除效果。酸洗能够进一步去除铝板表面的氧化层，并中和铝板表面残留的碱性清洗液。由于铝为两性金属，既能溶于酸，也能溶于碱，在铝单板的使用过程中极易发生腐蚀，为了提高铝单板的耐候性和耐化学性能，通常对铝单板表面进行钝化处理，在铝单板表面形成钝化保护膜，以减少铝单板的腐蚀。最后的喷涂是在铝单板表面喷涂氟碳涂料，使铝单板具备优异的耐候性。本发明的钝化采用无铬钝化液，有利于减少六价铬重金属离子对环境的破坏和对人体健康的损害，在几种无铬钝化液中，钛锆钝化液是钛、锆无机盐在铝单板表面形成钛/锆盐膜，稀土钝化液是利用稀土元素能够抑制铝腐蚀的原理，用含有稀土元素及促进成膜剂的溶液浸泡铝板，使稀土元素在铝单板表面形成膜层，硅烷偶联剂钝化液是利用硅烷偶联剂在铝板表面的附着力强的特点，不仅在铝板表面形成了耐腐蚀的钝化膜，也提高了铝板表面对有机涂料的粘附性能，有利于氟碳涂料在钝化后的铝单板表面形成牢固的涂层。

本发明进一步设置为，所述钣金加工包括开卷、校平、剪板、冲床加工、折弯、焊接、打磨和组装，所述预清洗在焊接之前进行。

通过采用上述技术方案，能够通过预清洗除去铝板表面的油垢和氧化膜，为焊接提供良好的表面条件。焊接，也称作熔接，是一种以加热、高温或者高压的方式接合金属或其他热塑性材料的工艺技术，对铝板的焊接是将铝板与耳板等零件或其他铝板接合的步骤，铝板表面或焊接接头处存在油污或氧化层易引起焊缝表面存在气孔、夹渣、未焊透等现象。

本发明进一步设置为，还包括水洗，所述水洗采用清水对预清洗和酸洗后的铝单板进行清洗。

通过采用上述技术方案，水洗能够减少铝单板上碱性清洗液和酸性清洗液的残留，避免有碱性成分或酸性成分残留在铝单板表面造成持续腐蚀的情况出现。

本发明进一步设置为，还包括烘干，所述烘干对钝化后的铝单板进行烘干，烘干温度为80～95℃，烘干时间为45～60min。

通过采用上述技术方案，钝化后的铝单板在上述烘干条件下，有利于钝化膜完整、稳定地附着在铝单板表面上。

本发明进一步设置为，所述预清洗中每升碱性清洗液包括100～120g的氢氧化钠、60～75g的碳酸钠、6～10g的硅酸钠、2～3g的氟化钠、10～15g的缓蚀剂和0.5～3g的柠檬酸钠。

通过采用上述技术方案，氢氧化钠是碱性清洗液中的主要腐蚀成分，能够通过腐蚀作用去除铝板表面的氧化层，当氢氧化钠的质量浓度增加时，会加重铝板的失重情况，即能够彻底除去铝板表面的氧化层，但也易引起铝板的过度腐蚀。碳酸钠在清洗过程中会参与铝板的腐蚀，当碳酸钠的浓度增加时，会加快铝板的腐蚀速度，同时，碳酸钠又能提高对铝板上油垢、污渍的清洗效果。硅酸钠能够增加碱性清洗液的粘度，并抑制铝板的过腐蚀，减缓铝板在预清洗过程中的失重情况。氟化钠溶于水后电离处的氟离子具有较强的穿透性和吸附能力，能够加速铝板的腐蚀，使铝板表面平整、光洁。缓蚀剂是能够减缓铝板腐蚀的成分，避免铝板在预清洗过程中的过度失重、损耗，按照成分组成，缓蚀剂可分为无机缓蚀剂、有机缓蚀剂和聚合物类缓蚀剂，常用的缓蚀剂包括钼酸盐、钨酸盐、聚磷酸盐、锌盐、膦酸盐、苯丙三唑、磺化木质素和聚乙烯类、聚天冬氨酸等低聚物，碱性清洗液中采用的缓蚀剂可以是上述具有缓蚀作用的任一种。柠檬酸钠能够提高碱性清洗液的预清洗效果，提高清洗后的铝板的光泽度，减缓铝板的腐蚀程度，有利于提高铝板表面的平整程度。由上述几种成分组成的碱性清洗液能够洗去铝板表面的油垢、污渍及氧化层，又不会对铝板造成过度腐蚀，使预清洗后的铝板表面平整、光洁，有光泽。

本发明进一步设置为，所述缓蚀剂为钼酸铵、硫脲、硫酸锌中的至少一种。

通过采用上述技术方案，在多种缓蚀剂中，钼酸铵、硫脲和硫酸锌对铝板均有较好的减缓腐蚀的效果，能够与碱性清洗液中的其他成分配合，在确保清洗效果的同时减少铝板的重量损失。

本发明进一步设置为，所述钝化中每升无铬钝化液包括0.2～0.3g的氟锆酸胺、0.4～0.5g的氟钛酸铵、0.2～0.5g的硅烷偶联剂、0.2～0.3g的硝酸、3～5g的甲醇和0.1～0.2g的丙三醇。

通过采用上述技术方案，在铝单板表面形成含有钛、锆的氧化物的钝化膜，当钝化膜中钛的氧化物成分含量过低时，成膜效率较低、耐蚀性能不佳，钛的氧化物含量增加，能够提高钝化膜的致密性，但高浓度的氟锆酸胺在钝化液中的稳定性差，进而会影响钝化膜的成膜质量，上述浓度的钝化液在铝单板表面形成的钝化膜致密、稳定、耐蚀性能好。钝化中添加的硝酸为强氧化酸，硝酸本身对铝板就有一定的钝化作用，使铝板表面覆盖一层致密的钝化膜，硝酸与氟锆酸胺、氟钛酸铵配合，有利于提高其钝化性能。硅烷偶联剂在水中水解生成硅醇分子，硅醇与铝单板表面结合形成硅醇膜，从而提高铝单板的防腐能力以及涂料在铝单板表面的附着力。在钝化液中加入甲醇能够抑制硅烷偶联剂的水解，控制其水解速度，丙三醇能够抑制硅醇单体的缩合。氟锆酸胺、氟钛酸铵和硅烷偶联剂水解产生的硅醇分子在铝单板表面共同形成致密性好、耐蚀性能优良的钝化膜，硝酸、甲醇和丙三醇配合为钝化成膜提供适宜的环境，铝单板经过该钝化液的钝化处理后，不仅具有良好的耐腐蚀性能，而且能够与喷涂在钝化膜表面的涂料产生较强的粘结力。

为实现上述第二个目的，本发明提供了如下技术方案：一种铝单板，该铝单板由上述的加工工艺制备而成。

通过采用上述技术方案，由于在铝单板的加工过程中先后进行了预清洗、酸洗、钝化和喷涂，逐步除去铝单板表面的油膜、氧化层、碱斑及黑、黄斑点，使铝单板表面平整、光洁，有利于为铝单板的钣金加工过程中焊接提供良好的表面条件。铝单板经过钝化后，铝单板表面形成致密、耐腐蚀的钝化膜，有利于提高铝单板的防腐蚀性能、以及与喷涂在钝化膜上的涂层之间的粘结力。

综上所述，本发明的有益技术效果为：

一、通过在铝单板的加工过程中进行预清洗、酸洗、钝化和喷涂，能够彻底清除铝单板表面残留的油膜、氧化层和斑点污渍，使铝单板表面形成平整、致密的钝化膜，经过喷涂氟碳涂料，得到耐候性、耐腐蚀性能优异，使用寿命长的铝单板产品。

二、铝单板在加工过程中经过了预清洗、酸洗、钝化以及多次水洗过程，预清洗采用了碱性的清洗液，酸洗能够中和铝单板表面残留的碱性成分，水洗能够减少铝单板表面碱性及酸性成分的残留，有利于避免铝单板在清洗液的作用下过度腐蚀的情况出现。同时，酸洗、水洗后的铝单板在钝化过程中，有较高的钝化成膜效率和良好的成膜效果，形成的钝化膜不仅具有良好的耐腐蚀性能，而且与涂层的粘结力好。

具体实施方式

下面对本发明实施例的技术方案进行描述。

碱性清洗液的制备例

制备例一

将1kg的氢氧化钠、0.6kg的碳酸钠、0.06kg的硅酸钠和0.02kg的氟化钠依次加入10L的水中，持续搅拌使加入的各成分完全溶解，然后加入5g的柠檬酸钠和0.04kg的钼酸铵和0.06kg的硫脲，搅拌均匀后即得。本制备采用的各种试剂均为普通市售的化工试剂。

制备例二

将1.2kg的氢氧化钠、0.75kg的碳酸钠、0.1kg的硅酸钠和0.03kg的氟化钠依次加入10L的水中，持续搅拌使加入的各成分完全溶解，然后加入30g的柠檬酸钠和0.07kg的钼酸铵和0.08kg的硫酸锌，搅拌均匀后即得。本制备采用的各种试剂均为普通市售的化工试剂。

制备例三

将1.1kg的氢氧化钠、0.68kg的碳酸钠、0.08kg的硅酸钠和0.025kg的氟化钠依次加入10L的水中，持续搅拌使加入的各成分完全溶解，然后加入15g的柠檬酸钠和0.13kg的硫脲，搅拌均匀后即得。本制备采用的各种试剂均为普通市售的化工试剂。

无铬钝化液的制备例

制备例四

向10L的去离子水中加入2g的氟钛酸铵和4g的氟锆酸胺，然后加入2g的硝酸，加入30g的甲醇和1g的丙三醇，搅拌均匀后逐滴加入2g的硅烷偶联剂，滴加同时持续搅拌，搅拌均匀后即得。

制备例五

向10L的去离子水中加入3g的氟钛酸铵和5g的氟锆酸胺，然后加入3g的硝酸，加入50g的甲醇和2g的丙三醇，搅拌均匀后逐滴加入5g的硅烷偶联剂，滴加同时持续搅拌，搅拌均匀后即得。

制备例六

向10L的去离子水中加入2.5g的氟钛酸铵和4.5g的氟锆酸胺，然后加入2.5g的硝酸，加入40g的甲醇和1.5g的丙三醇，搅拌均匀后逐滴加入4g的硅烷偶联剂，滴加同时持续搅拌，搅拌均匀后即得。

制备例七

向10L的去离子水中加入3g的氟钛酸铵和5g的氟锆酸胺，然后加入3g的硝酸，搅拌均匀后即得。

实施例

实施例一

本实施例提供一种铝单板的加工工艺，包括以下步骤：

对铝单板进行钣金加工、预清洗和水洗：将铝板开卷、校平、剪板、冲床加工、折弯、预清洗、焊接、打磨和组装，本实施例的预清洗采用制备例一制得的碱性清洗液，在45℃下对铝单板进行清洗、碱蚀处理5min，预清洗后用清水对铝板进行清洗。

对组装好的铝单板进行酸洗和水洗，酸洗采用酸性清洗液在7±2℃下对铝单板进行浸泡、洗涤3min，本实施例采用的酸性清洗液为质量百分数为6％的盐酸和质量百分数为4％的氢氟酸的混合溶液，酸洗后用清水对铝单板进行清洗。

对酸洗和水洗后的铝单板进行钝化和烘干，钝化采用无铬钝化液在40℃下对铝单板进行钝化3min，本实施例采用的无铬钝化液为制备例四制得的无铬钝化液。将钝化后的铝单板置于80℃环境下烘干60min。

对烘干后的铝单板进行喷涂，向铝单板上依次喷涂氟碳底漆和氟碳面漆，本实施例喷涂的氟碳底漆和氟碳面漆均为常见的市售氟碳涂料。

实施例二

本实施例与实施例一的区别主要在于：本实施例的预清洗是在55℃下对铝单板进行清洗、碱蚀处理1min，本实施例的预清洗采用制备例二制得的碱性清洗液。本实施例的酸洗是在38±2℃下对铝单板进行浸泡、洗涤1min，本实施例采用的酸性清洗液为质量百分数为4％的硝酸和质量百分数为5％的硫酸的混合溶液。本实施例的钝化是在50℃下对铝单板进行钝化0.5min，本实施例采用的无铬钝化液为制备例五制得的无铬钝化液。将钝化后的铝单板置于95℃环境下烘干45min。

实施例三

本实施例与实施例一的区别主要在于：本实施例的预清洗是在50℃下对铝单板进行清洗、碱蚀处理3min，本实施例的预清洗采用制备例三制得的碱性清洗液。本实施例的酸洗是在25±2℃下对铝单板进行浸泡、洗涤2min，本实施例采用的酸性清洗液为质量百分数为4％的硝酸和质量百分数为4％的氢氟酸的混合溶液。本实施例的钝化是在45℃下对铝单板进行钝化1.5min，本实施例采用的无铬钝化液为制备例六制得的无铬钝化液。将钝化后的铝单板置于88℃环境下烘干53min。

实施例四

本实施例与实施例三的区别主要在于：本实施例采用的碱性清洗液为制备例二制得的碱性清洗液；本实施例采用的无铬钝化液为制备例四制得的无铬钝化液。

实施例五

本实施例与实施例三的区别主要在于：本实施例采用的碱性清洗液为制备例一制得的碱性清洗液；本实施例采用的无铬钝化液为制备例六制得的无铬钝化液。

实施例六

本实施例与实施例三的区别主要在于：本实施例采用的碱性清洗液为制备例三制得的碱性清洗液；本实施例采用的无铬钝化液为制备例七制得的无铬钝化液。

对比例

对比例一

本对比例与实施例一的区别主要在于：本对比例的铝单板在加工过程中未经过预清洗步骤。

对比例二

本对比例与实施例一的区别主要在于：本对比例的铝单板在加工过程中未经过酸洗步骤。

对比例三

本对比例与实施例一的区别主要在于：本对比例的铝单板在钝化过程中采用汉高铝铬化剂ALODINE 1500进行钝化。

性能检测试验

根据《建筑装饰用铝单板》(GB/T 23443-2009)的标准对各实施例和对比例制得的铝单板的耐化学腐蚀性、加速耐候性以及氟碳漆膜的附着力进行检测，检测结果如表1所示。

表1各实施例和对比例的检测结果

组别

附着力/级

耐盐酸

耐砂浆性

耐溶剂性

耐盐雾性/级(铜加速)

耐湿热性

实施例一

0

无变化

无变化

无露底

10

0

实施例二

0

无变化

无变化

无露底

10

0

实施例三

0

无变化

无变化

无露底

10

0

实施例四

0

无变化

无变化

无露底

10

0

实施例五

0

无变化

无变化

无露底

10

0

实施例六

1

无变化

无变化

无露底

10

0

对比例一

0

无变化

无变化

显露内层

不合格

1

对比例二

0

微气泡

无变化

无露底

不合格

1

对比例三

1

无变化

无变化

无露底

9

1

由表1可见，本发明各实施例加工得到的铝单板耐化学腐蚀性和耐候性均优于各对比例，对比例一的铝单板在钣金加工中未进行预清洗，对铝单板的钣金加工、酸洗效果及钝化效果均造成了影响，致使其耐溶剂性、耐盐雾性和耐湿热性均有所降低。对比例二的铝单板在钣金加工后直接进行了钝化，未经过酸洗的铝单板在钝化时，表面残留的为碱性清洗液而非酸洗清洗液，这样在钝化过程中易改变与铝单板表面接触的钝化液的pH值，进而影响钝化效果，致使其耐盐酸、耐盐雾性和耐湿热性不佳。对比例三的钝化过程为采用铬化剂对铝单板进行铬化，一方面，铝单板表面形成的铬化膜会不定期产生六价铬离子，对使用环境及人体健康造成损害，另一方面，铝单板加工过程中产生的钝化废液极难处理。且经过预清洗和酸洗的铝单板，采用铬化剂进行钝化时的钝化效果相对较差，加工得到的铝单板的耐盐雾性和耐湿热性不如本发明各实施例加工的铝单板。在多个实施例中，实施例一至五的附着力均优于实施例六，证明采用包括钛锆和硅烷偶联剂两种钝化成分的钝化液，有利于提高铝单板与涂层之间的粘结力，即涂层在铝单板上的附着力。

本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种铝单板的加工工艺，包括钣金加工，其特征在于，对铝单板在所述钣金加工过程中进行预清洗；对所述钣金加工后的铝单板依次进行酸洗、钝化和喷涂；

所述预清洗采用碱性清洗液在45～55℃下对铝单板进行清洗、碱蚀处理1～5min：

所述酸洗采用酸性清洗液在5～40℃下对铝单板进行浸泡、洗涤1～3 min，所述酸性清洗液包括硝酸、氢氟酸、盐酸和硫酸中的至少两种；

所述钝化采用无铬钝化液在40～50℃下对铝单板进行钝化0.5～3min，所述无铬钝化液包括钛锆钝化液、稀土钝化液或硅烷偶联剂钝化液中的至少一种；

所述喷涂包括在钝化后的铝单板表面喷涂氟碳底漆和氟碳面漆。

2.根据权利要求1所述的一种铝单板的加工工艺，其特征在于， 所述钣金加工包括开卷、校平、剪板、冲床加工、折弯、焊接、打磨和组装，所述预清洗在焊接之前进行。

3.根据权利要求1所述的一种铝单板的加工工艺，其特征在于，还包括水洗，所述水洗采用清水对预清洗和酸洗后的铝单板进行清洗。

4.根据权利要求1所述的一种铝单板的加工工艺，其特征在于，还包括烘干，所述烘干对钝化后的铝单板进行烘干，烘干温度为80～95℃，烘干时间为45～60min。

5.根据权利要求1所述的一种铝单板的加工工艺，其特征在于，所述预清洗中每升碱性清洗液包括100～120g的氢氧化钠、60～75g的碳酸钠、6～10g的硅酸钠、2～3g的氟化钠、10～15g的缓蚀剂和0.5～3g的柠檬酸钠。

6.根据权利要求5所述的一种铝单板的加工工艺，其特征在于，所述缓蚀剂为钼酸铵、硫脲、硫酸锌中的至少一种。

7.根据权利要求1所述的一种铝单板的加工工艺，其特征在于，所述钝化中每升无铬钝化液包括0.2～0.3g的氟锆酸胺、0.4～0.5g的氟钛酸铵、0.2～0.5g的硅烷偶联剂、0.2～0.3g的硝酸、3～5g的甲醇和0.1～0.2g的丙三醇。

8.一种铝单板，其特征在于，通过权利要求1至7中任意一项所述的加工工艺制备而成。