工业铝挤压材表面处理技术的高质量发展之路

在SMM主办的2024SMM（第十九届）铝业大会暨首届铝产业博览会-工业铝挤压材应用论坛上，天津新艾隆科技有限公司董事长史宏伟讲解了工业铝挤压材表面处理技术的高质量发展之路相关的信息。

铝挤压工业材产量占比

2023年中国铝挤压型材2340万吨，工业材950万吨。其中1800万吨（占比76.9%）是经过表面处理的。扣除1230万吨建筑型材，大约570万吨工业材需经表面处理。

典型工业材的分类

工业用铝型材应用领域广泛，可分为一般工业用铝型材和精加工用工业铝型材。

1、一般工业用铝型材——铝模板、太阳能边框、电池托盘等。

2、精加工用工业铝型材——航空航天用材、汽车装饰件、汽车零部件、3C用铝材。（亚太科技、锐新科技、中山和胜、金桥集团、敏实集团、WKW集团、福耀集团、豪美铝业、福蓉科技等）

一般工业材

1、太阳能边框：2023年光伏型材增长30.8%。常见的太阳能边框型材表面处理有消光电泳和阳极氧化。

日本因价格原因，太阳能竞争不过中国，但是他们规定中国10个微米厚度的喷砂银白氧化分布式光伏必须装上防止坠落设施。

二十五年的光伏电站，尤其是分布式光伏，除非消光电泳的边框，否则危险性很大，会出人命的。

2、铝模板：铝模板是铝型材制作的建筑模板，由铝面板、支架和连接件三部分系统组成。

为了脱模板和再次使用方便，表面处理的加工方式有钝化、粉末喷涂、涂刷处理等。喷涂能够使铝模板表面具有更好的防腐蚀、耐磨损性能。

3、电池托盘：电池系统托盘(battery system housing)是电动车的一个大的关键部件，可用挤压铝材制造，也可以用板材，但以前者为主。

托盘的作用：托住电池系统，防止碰撞，防止底部碰触，散热作用，便于维护、装配，等等。电池托盘的表面处理有阴极电泳、喷涂PVC涂层。

4、电池盒——绝缘粉末喷涂：新能源汽车行业的高速发展带动着技术的不断革新，传统的动力电池绝缘处理方式因其包覆速度较慢、对复杂工件应用局限性等问题，无法满足新能源汽车的三电系统等核心零部件对材料的绝缘耐压、导热散热等性能提出的更高要求。绝缘粉末喷涂膜层应用于新能源汽车电池领域，可为其提供最佳防护与支持，是新能源汽车的绝佳搭档。

绝缘粉末喷涂膜层为新能源电池提供高介电强度48KV/mm，安全环保，以出色的导热性能、耐压性能、耐冲击性能、耐老化性能，隔离电池组件，让电池能够保持在最佳温度范围内，从而确保电动汽车的安全性，全面助力新能源的未来发展。

以改良型合金M303（以3003合金为基础）进行挤压、拉拔加工，得到高精度、高强韧、耐腐蚀的大断面薄壁矩形管/圆管，用于大功率动力的锂电池外壳。

特殊工业材

电子产品——电脑外壳、手机铝合金中框

电脑外壳和手机中框（后盖）阳极氧化、粉末喷涂、喷漆、微弧氧化等表面处理。

阴极电泳：阴极电泳涂料应用领域广泛。经过近40年的发展，其使用范围已普及至汽车、家用电器、五金、仪器等行业，其中汽车行业使用阴极电泳涂料占70%以上。

专用工业用型材——汽车轻量化

乘用车用铝——天窗导轨

天窗导轨通常进行阳极氧化+热水封孔处理。装饰面也有用阳极氧化+消光电泳处理。

乘用车用铝——行李架

行李架需要耐磨性、耐候性和自洁功能等性能特性，因此通常进行阳极氧化+热水封孔处理，或阳极氧化+消光电泳处理。也有进行喷漆处理的。

乘用车用铝——汽车防撞梁

为与乘用车外观配套，汽车防撞梁表面处理与车身一致。

典型汽车轻量化

城配车、公交车、快递车等表面处理大多数为喷漆处理。对有特殊要求的也有选择阳极氧化处理的。日本采用成本较高，质量可靠的阳极电泳。

铝阳极氧化膜耐磨性在汽车零部件上的应用

下表是各种铝制汽车零部件所要求的氧化层厚度、硬度以及其他特性。厚度要求是毫米级，硬度是HV500以上，对阳极氧化膜的要求来说应该是非常严格。

微弧氧化：微碱性溶液中通高电压（一般在200V以上），可形成超硬大孔氧化膜，因其生成的是α-AL2O3，所以其硬度可达到9（宝石级硬度），即为自然界中的刚玉，如果配合电泳，因其膜孔较大，可以与电泳涂料紧密结合，形成超耐蚀、耐候的保护层，当微弧氧化膜膜厚超过100μm时，不会再存在膜孔，同时形成真正的刚玉层。因其硬度高，因而耐磨性极佳，同时耐候性、耐腐蚀性都非常好，可用于特殊用途。

陶瓷涂层（水性喷漆）:陶瓷涂料是硅氧烷树脂成分和有机重合树脂成分的复合树脂系，如硅氧烷三次元网眼状的玻璃结构组成的强无机成分架构。下图所示是以硅胶（聚硅氧烷化合物）为基础无机成分和有机成分(主要是硅氧烷变性丙烯树脂)复合而成，两者不仅是混合，而是表面被修饰的无机成分和特殊有机成分的组合，更具无机系涂料、有机涂料双方特性混合效果。

陶瓷涂层的特点：

①高耐候性涂膜；②硬度高，加工性优异；③耐污染性及耐化学品性优异；④与铝材的黏结性优异。

因此，陶瓷涂层常用在不粘锅炊具上、轨道交通上，如地铁站、高铁。

体育器材表面处理：

体育器材表面处理方式多样化。需要耐磨性的会选择阳极氧化处理，强调装饰性的则选择粉末喷涂处理，少部分也会选择喷漆处理。

医疗器械表面处理：

医疗器械表面处理方式也趋于多样化。需要耐磨性的会选择硬质阳极氧化处理，强调装饰性的则选择粉末喷涂处理，少部分还会选择抗菌膜层。

厨卫设备用铝材表面处理：

厨卫设备用铝材有选择阳极氧化处理，对于厨房经常接触油污的区域则多选择阳极氧化+电泳处理，卫生间建议选择阳极氧化+电泳处理。

婴儿车用铝材表面处理：

婴儿车用铝材可选择阳极氧化处理，鉴于婴儿车需要经常清洁处理，建议选择自洁性强的阳极氧化+消光电泳处理，也选择阳极氧化+消光电泳处理抗菌膜层。

功能膜及其典型应用

抗菌性氧化膜

抗菌氧化膜有如沉积碘、银、磷等物质的抗菌膜等。其原理是银等离子从氧化膜表面溶出，与生物体内的蛋白质等官能团反应，从而达到抗菌的目的。其特点是短期杀菌效果好。

GB/T 8013.5对抗菌膜的性能要求及典型应用做了详细的规定：

一些常用的涂装方法

1、液态丙烯酸喷涂：这种喷涂表面光艳，涂膜硬度较高，几乎与电泳涂膜相同，但耐候性差，在室内装潢和家具上有广泛的应用前景。

2、水性有机硅喷涂：水性有机硅涂料作为一种环境友好品种,具有良好的耐候性、耐高温性、耐臭氧性和电绝缘性能,将有机硅聚合物用于水性涂料,不仅具有有机硅材料的优点,而且能消除漆膜的弊病,目前,水性有机硅涂料已在建筑领域得到有效应用。

现在最大的问题是喷涂的均匀性。

再者就是有机硅膜层耐碱性成问题。

3、浸泳：如果能解决槽液本身毒性和涂装中的流挂问题，浸泳将来也会有较大的发展，因为浸泳在电力线达不到的地方，可对型材形成更全方位的保护。

浸泳的优点：

(1)设备简单、投资小、操作方便；

(2)涂料利用率高、损耗小；

(3)适用于小工件、管架和结构比较复杂的仪器、仪表的涂装，被涂物的里外同时进行涂装；

(4)适宜于在批量的流水线生产，易实现机械化、自动化。

缺点是：有毒、膜厚不均，容易出现流痕。

4、灌涂：灌涂常用于铝制散热器等内腔的涂装。

铝制散热器前处理工艺流程：脱脂→水洗→碱蚀→水洗→出光→水洗→化学转化→水洗→烘干。

铝制散热器灌涂，可人工灌涂也可机械灌涂，即是将内表面处理合格的散热器吊装成一定倾角和放置方向，并与泵及漆槽连接成循环系统，采用专用接头进行灌涂。机械灌涂的好处是一次可灌多片，效率高；因用泵向内输送，使漆液有一定的压力，可减少漆中因晃动而产生的气泡，避免漆膜的一些缺点。

灌涂时漆液与散热器内壁接触应在3分钟以上并不停地晃动，使漆液能将管壁充分润湿并渗入缝隙，保证散热器内壁挂漆均匀，无漏涂。

灌涂完漆放置空干后的散热器进行烘烤固化，通常前一道固化温度为140℃，30min，第二道固化温度为180℃，30min。根据不同情况，固化温度和时间可作适当调整，但以涂层固化完全为前提。

5、淋涂：淋涂是一种常见的片式散热器外表面涂装工艺，可以有效提高散热器的散热性能和防腐性能。

淋涂施工步骤

1.将涂料按照要求的比例加入涂料搅拌设备中，使涂料充分搅拌均匀。

2.将散热器放置在淋涂设备前方，调整散热器位置，使散热器表面与喷枪口保持适当距离。

3.启动淋涂设备，调整喷枪口流量和喷涂角度，使涂料均匀地喷涂在散热器表面。

4.按照涂装要求进行多道涂层的施工，每道涂层施工完成后，等待涂料干燥后再进行下一道涂层的施工。

5.淋涂后立即对死角部位进行修补，施工完成后应对散热器表面进行检查，如发现涂层存在缺陷或问题，应及时进行修补或重新涂装。

6、空气辅助喷涂：空气辅助喷涂是一种常的喷涂方法，以压缩空气将涂料雾化进行喷涂。对于喷漆量、漆束形状、漆束直径、漆粒大小、空气压力等参数，必须根据涂料的种类与黏度加以适当调整。其优点在于：能够任意选择喷漆条件，容易操作，适于重视喷涂质量的工件，可以全断面覆盖。其缺点是：涂料利用率低，空气中容易携带水与油。

7、高压无气喷涂：

高压无气喷涂，也称无气喷涂，是使用高压柱塞泵，直接将油漆加压，形成高压力的油漆，喷出枪口形成雾化气流作用于铝表面的喷涂方式。

相对于有气喷涂而言，漆面均匀，无颗粒感。由于与空气隔绝，油漆干燥、干净。无气喷涂可用于高粘度的油漆，而且边缘清晰，甚至可用于一些有边界要求的喷涂项目。根据机械类型，也分为气动式无气喷涂机、电动式无气喷涂机、内燃式无气喷涂机等。

除了以上介绍的几种常用的涂装方法，还有辊涂、刷涂、浸涂、滚筒涂装等等。

8、滚涂：滚涂多数用于铝板材（包括挤压板材）涂装。

铝板基材表面进行脱脂和化学转化处理后，滚涂优质涂料，干燥固化而成。

通过高性能的滚涂加工工艺，能更有效的控制板材的精度、平整度，消除传统工艺导致的凹凸和褶皱，令装饰色彩均匀细腻、柔和亮丽。

根据采用涂料的不同和滚涂方法不同，品质上也有一定的差别。