引言
為了提高噴涂型材的附著性和耐蝕性，鋁型材噴涂前必須經過表面預處理，由于鉻酸鹽處理技術其化學轉化膜具有優異的耐蝕性能和良好的自修復能力以及與涂層良好的附著兼容性，生產操作及工藝控制比較簡易，因此，大多數鋁型材廠都采用鉻酸鹽表面處理技術。但隨著環境問題越來嚴峻，國內外許多地方政府考慮到傳統的六價鉻及三價鉻對環境的危害性，以及治理和監管的困難，紛紛出臺了嚴格限制采用傳統的含鉻鈍化工藝的環境政策。
因此，無鉻化表面處理技術在鋁型材企業生產中的應用是必然趨勢，國內外都在致力于無鉻化技術方面的研究，目前應用的無鉻化工藝主要有Zr-Ti系無鉻鈍化、硅烷處理、稀土金屬鈍化以及陽極氧化處理等[1]。但由于研究方向各異、研究實力參差不齊，無鉻鈍化工藝技術良莠不齊，加上應用企業管理控制水平差異，企業在采用無鉻化表面處理技術時常遇到批量性脫涂等質量事故及客戶投訴退貨，不僅給企業造成了經濟損失，而且影響公司的信譽度，導致了企業在使用無鉻化處理技術有疑慮或失去信心。在此，本文將近5年的Zr-Ti系無鉻化鈍化工藝的應用經驗與大家分享。
一、Zr-Ti系無鉻化化學反應機理
1.1 Zr-Ti系無鉻鈍化膜結構
1.2 鈍化原理及化學成分
在無鉻鈍化液中存在無機和有機兩相，無機物通過與基底的反應形成氟鋁絡合物，并且在金屬表面的液層中形成膠體熱力學不穩定相，在反應中一旦出現熱力學不平衡因素時，便促使反應向產物一方進行，最終再次建立動力學平衡，從而在金屬表面迅速沉積一層納米陶瓷，納米陶瓷結構示意圖及化學成分如下圖所示。產物中包括鋁氟化物、鋯、鈦與鋁的氧化物及其氫氧化物等等，同時反應溶液中的有機物也同時發揮其雜化作用，與納米陶瓷協同沉積對金屬基底進行保護。在此反應中形成的鈍化膜均勻、耐蝕性強，而且由于雜化作用，與金屬基底和有機涂層形成了優異的結合力。
二、立式瀑布前處理噴涂生產線的工藝流程及各工序注意事項
2.1 立式鋁材噴涂生產線的工藝流程
2.2 各工序注意事項
1)上架：前處理脫脂無法去除的油污或臟物應進行打磨或用乙醇、丙酮、乙二醇等溶劑進行清除。
2)水洗：上架后先經過一道水洗槽，目的是減少型材的灰塵帶入脫脂槽，防止脫脂槽受到污染，減少其更換次數。
3)脫脂：
① 脫脂干凈與否對無鉻鈍化膜質量好壞起到至關重要的作用，正常生產時預脫脂槽的槽液比脫脂槽更臟，預脫脂槽主要作用是除去型材表面的油污，而脫脂槽主要是對型材進一步腐蝕，提高型材的刻蝕量，歐洲Qualicoat標準對前處理刻蝕量要求大于1g/m2(海邊建筑使用前處理刻蝕量大于2g/m2)，刻蝕量的大小由鏈速(脫脂時間)、槽液溫度、游離酸濃度、F-電位及Al3+濃度決定。
② 設備故障、人為等因素導致停產中斷的時間過長時，脫脂槽及脫脂槽后純水洗槽之間的型材粘有槽液未能及時清洗干凈，對鈍化膜質量的影響非常大，可能造成涂層附著性變差;為了避免此情況發生，可在此之間安裝聯動預警噴淋裝置，當停線時自動啟動噴淋裝置，及時把型材上的脫脂液沖洗干凈。
4)脫脂后純水洗：避免對無鉻鈍化槽液的污染，純水電導率要求小于80μs/cm，可采用電導率儀進行在線監測。
5)無鉻鈍化： 鋁型材表面形成的鈍化膜性能主要體現在防腐蝕能力和噴涂涂層的附著性，鈍化膜質量受游離酸度、電導率、Al3+濃度、pH、鈍化時間、槽液溫度等因素影響。鈍化膜膜重需要控制在合理的范圍內。如果過低，則可能造成局部無鈍化膜，其耐腐蝕性得不到保障，大量試驗表明其水煮試驗會出現起泡;如果過高，鈍化膜則會出現疏松甚至起粉等不易察覺現象，造成涂層的附著力變差，其最典型表現為涂層耐沖擊性出現嚴重爆裂。因此，必須嚴格控制無鉻鈍化槽液的工藝參數，保證鈍化膜膜重在合理的范圍內。
由于是連續生產，鈍化槽液濃度會不斷消耗而其Al3+則不斷積累，所連續生產中為了保證穩定的工藝參數，可采用自動加藥裝置與自動排槽裝置保持槽液的工藝參數平衡。
在其他條件不變的情況下，溫度越高，鈍化膜膜重越大，而當溫度高于40℃時，由于其上膜速度過快，會造成鈍化膜質量出現疏松等缺陷。因此，必須注意季節性溫度變化，槽液因冬夏季溫差過大時可對槽液進行恒溫控制或對工藝參數及時進行調整。
在水盆不變的情況下，鈍化時間是由鏈速控制的，因此，必須要根據實際生產情況控制鏈速，避免因膜重過高或過低造成型材涂層性能下降。
由于瀑布立式前處理的特殊性，造成了型材下端的化學反應速度比上端快，因此鈍化膜膜重下端比上端高，如表1所示，因此，在工藝制定時必須要注意型材全段的膜重是否在工藝控制范圍之內，同時，必須要注意因設備故障、人為等因素導致停產中斷的時間過長時,鈍化液在型材上的反應時間過長而引起膜重過高對附著性的影響。
6)鈍化后水洗：最后一道純水電導率控制在30μs/cm以下，采用電導率儀進行在線監控。
7)烘干：烘干溫度控制在100℃以下，由鏈速控制烘干時間，保證型材充分烘干。
8)噴涂：換粉時，應計算好所需要的空鏈長度，避免停鏈換粉時間過長導致膜重過高而引起型材附著力變差。
9)鋁型材性能檢驗：除每批次送樣按GB5237.4-2008、GB5237.5-2008進行性能檢測外，現場對型材的附著力進行抽查是非常必要的;采用老虎鉗彎曲型材端頭及對型材進行破壞性敲打彎曲(如圖3)是非常好的一種現場快速檢驗方法，經過多年對無鉻化處理生產的摸索，個人認為此方法在現場快速檢驗附著力較為方便，不僅提高型材附著力檢驗頻率，同時，降低型材附著力性能不合格批量性報廢的風險。
三、結論
1、使用Zr-Ti系無鉻化前處理技術時必須做到精細化管理，實時監控工藝參數的變化及設備運行狀況，才能確保產品質量的穩定性;
2、無論用何種方法檢測附著力，現場快速檢驗型材附著性是非常有必要的;
3、通過近5年的立式無鉻化前處理應用，產品質量非常穩定，本人認為使用無鉻化前處理技術代替鉻化前處理技術是可行的。
