1.前言

 

長期以來，鉻酸鹽鈍化因操作簡單、成本低廉、質(zhì)量可靠，廣泛使用于鋁型材生產(chǎn)企業(yè)的表面處理。但六價(jià)鉻具有毒性且易致癌，隨著人們對(duì)環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，鉻酸鹽的應(yīng)用將受到嚴(yán)格的限制。歐美國家從70年代開始就進(jìn)行了無鉻替代的研究，并且越來越多的行業(yè)被禁止在前處理步驟中使用有鉻工藝。

 

鉻酸鹽已被美國等環(huán)保協(xié)會(huì)列為極毒品，2000年歐洲議會(huì)通過ELVs法規(guī)定每輛汽車用于零部件表面防護(hù)處理的六價(jià)鉻用量不得超過2g，歐盟ROHS限制包括Cr6+在內(nèi)的六種成分在電氣電子設(shè)備的使用。歐洲在2016年底將全面禁止六家鉻在建材行業(yè)中的使用。

 

國內(nèi)許多地方政府考慮到傳統(tǒng)的鉻酸鹽鈍化中六價(jià)鉻和三價(jià)鉻的環(huán)境危害性，以及治理和監(jiān)管的困難，紛紛出臺(tái)了嚴(yán)格限制采用傳統(tǒng)的含鉻鈍化工藝的環(huán)境政策。鋁型材生產(chǎn)企業(yè)在保證產(chǎn)品質(zhì)量和市場競爭力的前提下，如何積極和科學(xué)應(yīng)對(duì)國家地方環(huán)境保護(hù)法律法規(guī)，在保證噴涂產(chǎn)品質(zhì)量性能的條件下，經(jīng)濟(jì)合理地采用無鉻鈍化噴涂前處理工藝，順應(yīng)社會(huì)發(fā)展潮流，保護(hù)環(huán)境造福子孫后代，是值得鋁型材行業(yè)共同探討和思考的問題。

 

2.幾種常見的無鉻表面處理技術(shù)

 

2.1鋯鈦類處理

 

鋯鈦處理體系從20世紀(jì)80年代開始發(fā)展，是目前為數(shù)不多的得到工業(yè)化應(yīng)用的工藝之一。它最早用于易拉罐的表面處理，后來逐漸擴(kuò)展到汽車、電子、航空、建筑型材等行業(yè)。這種工藝的處理液主要由含鈦、鋯、鉿的金屬鹽，氟化物，硝酸鹽和有機(jī)添加劑組成，通過浸漬、噴淋的方式形成轉(zhuǎn)化膜。

 

2.2 硅烷處理

 

在硅烷分子中同時(shí)存在親有機(jī)和親無機(jī)的兩種官能團(tuán)，通過硅烷偶聯(lián)劑就可以把有機(jī)材料和無機(jī)材料這兩種性質(zhì)差異很大的材料牢固結(jié)合在一起。對(duì)于鋁合金而言，硅烷可與基底鋁合金形成極強(qiáng)的Me─O─Si鍵，而硅烷的有機(jī)部分又可與表面涂層形成化學(xué)鍵結(jié)合。因此，硅烷處理可大大提高表面涂層與基體鋁合金的結(jié)合力，從而提高鋁合金的耐蝕性。

 

2.3鉬酸鹽化學(xué)轉(zhuǎn)化膜

 

鋁合金表面的鉬酸鹽轉(zhuǎn)化膜可通過兩個(gè)階段形成：首先是鉬酸根離子在鋁合金表面吸附，吸附的鉬酸根離子發(fā)生了兩種不同的反應(yīng)，一種是與金屬/溶液界面處的H+結(jié)合，形成鉬酸，進(jìn)一步發(fā)生水解反應(yīng)，形成MoO3沉積在鋁合金的表面，然后形成內(nèi)層的MoO(OH)2；另一部分吸附的鉬酸根離子在酸性條件下具有弱氧化性，在鋁表面發(fā)生還原反應(yīng)，還原產(chǎn)物MoO2與 MoO(OH)2 共同構(gòu)成了轉(zhuǎn)化膜，轉(zhuǎn)化膜使鋁合金表面的耐蝕性得到了加強(qiáng)。

 

無鉻表面處理技術(shù)還有高錳酸鹽轉(zhuǎn)化膜法、鈷鹽轉(zhuǎn)化膜法、鋰鹽轉(zhuǎn)化膜法、有機(jī)酸轉(zhuǎn)化膜法等等，目前鋯鈦體系、硅烷處理等已經(jīng)在工業(yè)上使用，隨著環(huán)保要求的進(jìn)一步加強(qiáng)，各項(xiàng)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，無鉻表面處理的工業(yè)化應(yīng)用會(huì)更加廣泛。目前，在鋁型材生產(chǎn)企業(yè)中，使用較多的是鋯鈦系和硅烷體系的無鉻轉(zhuǎn)化膜噴涂前處理技術(shù)，我公司采用的是某國際著名表面處理供應(yīng)商提供的鋯鈦系無鉻前處理產(chǎn)品。

 

3.鋯鈦系無鉻產(chǎn)品的原理

 

鋯鈦系無鉻轉(zhuǎn)化膜與傳統(tǒng)的鉻化處理相比較，轉(zhuǎn)化膜的厚度要薄一些，裸膜的耐蝕性相應(yīng)也要差一些。但是無鉻轉(zhuǎn)化膜緊密而且沒有裂紋，附著性與較厚的鉻化膜比較顯得更加好一些。因此在靜電噴涂或液體噴涂之后，有利于保持噴涂層的最佳耐蝕性，也就是說，漆膜結(jié)合后的總體性能來看，兩種化學(xué)轉(zhuǎn)化處理沒有差別。 

 

鋯鈦系無鉻產(chǎn)品的成膜機(jī)理如下圖：

 

 

 

 

4.我公司的無鉻前處理噴涂生產(chǎn)工藝

 

我公司的無鉻前處理噴涂生產(chǎn)線是立式生產(chǎn)線，相較臥式前處理生產(chǎn)線，由于掛料鏈速的限制，除油槽除油時(shí)間一般在1-6min，而臥式生產(chǎn)線的除油時(shí)間可達(dá)到5-15min，除油不良會(huì)直接影響無鉻轉(zhuǎn)化工序的順利實(shí)施，加上無鉻轉(zhuǎn)化工序本身的敏感性，為確保最終產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性，在整個(gè)原材料——生產(chǎn)過程——最終產(chǎn)品的流程中，必須加強(qiáng)監(jiān)管，確保各項(xiàng)指標(biāo)在規(guī)定的范圍內(nèi)，我公司在原材料控制、生產(chǎn)過程質(zhì)量監(jiān)控、成品質(zhì)量檢驗(yàn)三個(gè)方面強(qiáng)化管理、狠抓落實(shí)，實(shí)現(xiàn)了無鉻前處理立式噴涂線的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，無相關(guān)客戶投訴。

 

4.1生產(chǎn)工藝流程圖

 

自來水洗——預(yù)脫脂——脫脂——自來水洗——純水洗——無鉻轉(zhuǎn)化——自來水洗——自來水洗——純水洗——烘干——靜電噴涂——固化——下架

 

4.2原材料檢驗(yàn)

 

4.2.1嚴(yán)格控制前處理所用原材料

 

經(jīng)與供貨廠家協(xié)調(diào)溝通，嚴(yán)格按照原材料檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)前處理所用藥品進(jìn)行檢驗(yàn)，對(duì)于不符合技術(shù)規(guī)范的原材料，一律禁止用于生產(chǎn)線，由采購人員聯(lián)系供貨商進(jìn)行退換貨，檢測中心與生產(chǎn)車間緊密配合，在源頭上控制產(chǎn)品質(zhì)量。

 

 

 

4.2.2嚴(yán)格控制上料時(shí)的基材質(zhì)量

 

對(duì)有手套印、時(shí)效油斑或石墨印的型材上掛前采用砂布打磨處理，避免出現(xiàn)局部除油不干凈。

 

4.3生產(chǎn)過程質(zhì)量監(jiān)控

 

4.3.1檢測中心加大各槽液的檢驗(yàn)頻率

 

對(duì)于預(yù)脫脂槽和脫脂槽的游離酸及鋁離子每4小時(shí)測一次，確保達(dá)到完備的除油效果；對(duì)于無鉻轉(zhuǎn)化槽的游離酸、PH值、電導(dǎo)率每4小時(shí)檢測一次，確保無鉻轉(zhuǎn)化膜的成形；對(duì)于脫脂后與無鉻轉(zhuǎn)化后的純水洗PH值和電導(dǎo)率，均采用每4小時(shí)檢測一次的頻率，確保水洗的效果。脫脂槽的刻蝕量要達(dá)到1g/㎡以上，無鉻轉(zhuǎn)化的膜重控制在20-150 g/㎡，檢測頻次均為每天一次。

 

4.3.2生產(chǎn)線工藝員加強(qiáng)監(jiān)控

 

生產(chǎn)線工藝員加強(qiáng)對(duì)鏈速、各槽液的PH值、電導(dǎo)率的實(shí)時(shí)監(jiān)控，對(duì)于出現(xiàn)的工藝參數(shù)異常，及時(shí)做出調(diào)整，結(jié)合檢測中心的檢驗(yàn)結(jié)果，根據(jù)現(xiàn)場的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，使各工藝參數(shù)控制在合理的范圍內(nèi)，確保生產(chǎn)工藝的穩(wěn)定性。

 

4.3.3與供應(yīng)商密切合作

 

邀請(qǐng)無鉻前處理藥品供應(yīng)商與粉末供應(yīng)商到現(xiàn)場指導(dǎo)，針對(duì)實(shí)際生產(chǎn)中存在的問題，綜合多方力量，查找對(duì)策，尋找出系統(tǒng)性解決方案。

 

4.3.4綜合協(xié)調(diào)控制

 

對(duì)人、機(jī)、料、法、環(huán)、測的綜合協(xié)調(diào)控制，提高人員積極性、改良設(shè)備性能、加強(qiáng)原材料檢驗(yàn)、嚴(yán)格工藝控制參數(shù)、改善現(xiàn)場環(huán)境、提高檢驗(yàn)的效率與效果，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)過程的連續(xù)大批量穩(wěn)定生產(chǎn)。

 

4.4成品質(zhì)量檢驗(yàn)

 

對(duì)于成品質(zhì)量檢驗(yàn)，質(zhì)量部門對(duì)下架產(chǎn)品加大抽檢頻度，避免出現(xiàn)批量質(zhì)量事故，采用了多種檢測方式，如劃格、折彎、敲擊等，對(duì)于有異常的產(chǎn)品，及時(shí)追溯前面的生產(chǎn)過程；每班均抽樣進(jìn)行涂層常規(guī)性能檢測，如附著力、沸水附著力、沖擊、杯突等；日常檢測采用了高壓水煮2小時(shí)候劃格，用膠帶粘貼，無脫落，比GB 5237.4-2008及Qualicoat標(biāo)準(zhǔn)都加嚴(yán)了要求；對(duì)無鉻粉末噴涂成品按照GB/T 10125規(guī)定進(jìn)行1000H乙酸鹽霧試驗(yàn),結(jié)果為合格，按照GB/T 1740規(guī)定進(jìn)行 1000H的耐濕熱性試驗(yàn)，結(jié)果為合格，按照GB/T 1865-1997規(guī)定進(jìn)行1000H的氙燈照射加速老化試驗(yàn)，結(jié)果也為合格。

 

5.結(jié)論

 

本文結(jié)合力爾公司使用的鋯鈦系無鉻前處理噴涂生產(chǎn)工藝，介紹了無鉻前處理噴涂型材生產(chǎn)過程中的原材料控制、生產(chǎn)過程控制、成品質(zhì)量控制，通過這一整套的質(zhì)量控制體系，保證了無鉻前處理噴涂產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定性。無鉻工藝在國外穩(wěn)定應(yīng)用了十多年，其噴涂后的性能和有鉻相當(dāng)。由于國內(nèi)外的環(huán)保壓力逐漸增大，特別是國內(nèi)連續(xù)發(fā)生的惡性污染事故，將加大政府對(duì)工業(yè)污染的控制力度，有鉻工藝的綜合使用成本會(huì)逐漸上升，無鉻工藝將會(huì)逐漸成為新的前處理方式，使用無鉻工藝的前處理方式，需要加強(qiáng)原材料控制、生產(chǎn)過程控制及成品質(zhì)量檢驗(yàn)，由于目前還沒有專門針對(duì)無鉻轉(zhuǎn)化處理涂層的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，各種檢測方法或標(biāo)準(zhǔn)要求有待行業(yè)內(nèi)進(jìn)一步研究與探討。