本文主要介紹了鋁型材粉末涂裝中影響材料消耗的因素，對(duì)前處理液、粉末涂料消耗、能源消耗等做了詳細(xì)論述，給出了一些重要參考數(shù)據(jù)，便于業(yè)內(nèi)人士參考。

　　1前言

　　鋁合金建筑型材是當(dāng)今門窗和幕墻主要的結(jié)構(gòu)材料，在世界范圍內(nèi)廣泛應(yīng)用。鋁合金擠壓型材(未經(jīng)表面處理)外觀單一，在潮濕的大氣中容易腐蝕，很難滿足建筑材料高裝飾性和超強(qiáng)耐候性要求。為了提高鋁型材的裝飾效果，增強(qiáng)抗腐蝕性，延長(zhǎng)使用壽命，采用粉末涂裝鋁型材越來越受到人們的青睞。

　　粉末噴涂的生產(chǎn)成本直接關(guān)系到企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。粉末涂裝成本由兩部分組成：即材料費(fèi)用和人工費(fèi)用。材料成本由前處理液消耗、粉末涂料消耗、固化能源消耗幾部分組成。人工費(fèi)用比例較小，取決于涂裝的生產(chǎn)效率。

　　2材料消耗影響因素及解決方法

　　2.1前處理液消耗

　　鋁型材在粉末噴涂前必須進(jìn)行前處理。前處理的目的在于促進(jìn)基材(鋁合金)和有機(jī)涂層(粉末涂料或液體涂料)之間的附著力并且改進(jìn)防腐蝕性。鋁型材噴涂前處理一般為化學(xué)轉(zhuǎn)化處理，使鋁型材表面形成均勻的化學(xué)轉(zhuǎn)化膜。常用工藝有兩種：

　　—脫脂→水洗→堿蝕→水洗→中和→水洗→化學(xué)轉(zhuǎn)化(鉻化)→水洗→水洗→烘干(60～85℃)。

　　—“三合一”清洗→水洗→水洗→化學(xué)轉(zhuǎn)化(鉻化)→水洗→水洗→烘干(60～85℃)。

　?。?）脫脂：是在侵蝕之前去除工件表面的油、脂以及其它污染物，得到清潔的表面。在此工序中通常加入抑制劑防止清潔的鋁材表面被氧化。脫脂溫度一般控制在50～70℃，脫脂時(shí)間為3～4min，與工件表面狀態(tài)有關(guān)。

　?。?）水洗：在前處理的每道工序中都有一道或二道水洗以去除工件表面的化學(xué)藥液，防止藥液間的交叉污染。脫脂后的第一道水洗通常使用自來水或井水，但前處理的最后幾道水洗要求采用去離子水以防止出現(xiàn)附著力差和腐蝕問題。所用去離子水的電導(dǎo)率不能超過30μS/cm，如果超標(biāo)，硬水中的鹽(鈣離子)將在干燥過程中沉積在工件表面形成腐蝕點(diǎn)，導(dǎo)致涂層產(chǎn)生氣泡。第一道水洗池沒有溫度限制，但鉻化后的水洗工序要求水溫不超過50℃，水洗溫度太高，鉻化膜可能被洗掉。水洗時(shí)間一般為幾分鐘，攪動(dòng)工件或用空氣攪動(dòng)水可以增強(qiáng)水洗效果。

　?。?）堿蝕：鋁材表面通常存在一層較薄的自然氧化層，在鉻化之前必須清除干凈，在此工序中需要加入抑制劑防止清潔的鋁材表面被氧化。堿蝕溫度宜控制在50～70℃，堿蝕時(shí)間控制在7～8min。

　　（4）中和：堿蝕階段的不溶酸洗殘留物在中和階段加以除去。這些殘留物包括金屬或非金屬氧化物(如鎂氧化物、硅氧化物等)，這些物質(zhì)在堿性溶液中不溶解，可用硝酸或硫酸去除?，F(xiàn)在許多廠家使用含鉻酸鹽的中和液，可以阻止鋁材表面的再次氧化。硅氧化物可用氟化物除去。浸入時(shí)間依據(jù)酸洗殘留物的情況而定，一般為30s到5min不等。中和處理通常在室溫下操作。

　?。?）化學(xué)轉(zhuǎn)化(鉻化)：對(duì)鋁材來說，鉻化是最常用的化學(xué)轉(zhuǎn)化前處理方法。鉻化膜提高了鋁金屬與涂層之間的附著力，改善了涂層的防腐性能。如果鉻化膜太厚，防腐蝕性能雖得到提高但附著力變差。鋁材鉻化有如下兩種形式：

　　—黃鉻化：鉻化池溫度約25℃，加入硝酸調(diào)節(jié)pH值至1.5～2。黃鉻化膜的最外層是很薄的鐵氰化鉻和水合三氧化二鉻，其下覆蓋著一層很厚的水合三氧化二鉻。在鋁與鉻化膜的界面上存在少量的氧化鋁與氟化鋁(如圖1)。得到的化學(xué)轉(zhuǎn)化膜為黃色鉻化層，顏色從淺黃到深金黃色，鉻化膜厚度600～1200mg/m2。

　　—綠鉻化：也叫磷化鉻化，即使用磷酸調(diào)節(jié)pH值至1.7～1.9，鉻化溫度通常為25～30℃。綠鉻化膜的結(jié)構(gòu)是大量的水合磷酸鉻與少量的水合氧化鉻組成的較厚膜層。在鋁與鉻化膜的界面上存在少量的氧化鋁與氟化鋁(見圖2)。鉻化處理后轉(zhuǎn)化膜呈綠色，顏色由淺綠到深綠變化。鉻化膜厚度600～1500mg/m2。

　?。?）烘干：鋁材噴涂粉末涂料前必須完全干燥。工件表面的潮氣將影響固化膜質(zhì)量。烘干爐的爐溫不能太高，黃鉻化膜的破壞溫度大約是65℃，綠鉻化膜的破壞溫度為80℃左右，如果烘干爐溫度超過以上限值，將使涂層防腐蝕性能降低。

　　在整個(gè)涂裝前處理工藝中，影響前處理液消耗的因素主要表現(xiàn)在以下兩方面：

　　—前處理液的品質(zhì)：前處理液的質(zhì)量不僅影響鉻化膜質(zhì)量，而且直接影響生產(chǎn)成本。我們不能單純根據(jù)前處理液售價(jià)來選擇，前處理液實(shí)際使用時(shí)的配比和使用效果更為重要。1/10的鉻化液和1/20的鉻化液每公斤售價(jià)盡管差異很大，但實(shí)際使用效果和處理液消耗量才是選擇的最終依據(jù)。

　　—工件積液和槽體竄液：工件結(jié)構(gòu)差異很大，工件前處理時(shí)不論是槽浸還是噴淋，都必須保證工件離開槽體后盡可能減少地帶走槽液。這就需要根據(jù)工件結(jié)構(gòu)打工藝孔，調(diào)整工件傾斜位置或改變工藝過程。帶走的槽液還會(huì)造成竄液現(xiàn)象，嚴(yán)重影響槽液質(zhì)量和處理效果，甚至使槽液很快報(bào)廢。噴淋線必須有足夠的過渡段，并采用正確的工件吊掛形式。較長(zhǎng)的工件要防止直接導(dǎo)液(前一槽的溶液沿工件直接導(dǎo)入后一槽)。槽浸式工藝必須防止盲孔內(nèi)積液。

　　2.2粉末涂料消耗

　　我國(guó)粉末靜電噴涂主機(jī)技術(shù)已有20多年的發(fā)展歷史，制造廠商頗多，但設(shè)備整體性能和質(zhì)量水平參差不齊。其中一個(gè)重要原因在于在這些制造企業(yè)中經(jīng)濟(jì)實(shí)力與技術(shù)水平俱佳者很少。在經(jīng)濟(jì)利益的驅(qū)動(dòng)下，在對(duì)靜電與氣動(dòng)等關(guān)鍵技術(shù)缺乏研究的情況下，相互抄襲，難以保證產(chǎn)品質(zhì)量。

　　靜電技術(shù)在粉末噴涂工藝中占有十分重要的地位，深入了解粉末噴涂過程中的靜電現(xiàn)象，對(duì)靜電粉末噴涂主機(jī)的使用者和制造商都是必要的。隨著技術(shù)進(jìn)步，先進(jìn)的靜電粉末噴涂設(shè)備進(jìn)入市場(chǎng)，其性能已基本解決了如下需求：

　　—均勻和優(yōu)質(zhì)的涂膜

　　—獲得盡可能大的一次上粉率

　　—克服法拉第屏蔽效應(yīng)，使幾何形狀復(fù)雜的工件得到有效涂蓋。

　　—較好地實(shí)現(xiàn)了工件復(fù)涂

　　在自動(dòng)噴涂生產(chǎn)線的運(yùn)行中，不同形狀和尺寸的鋁型材往往同時(shí)被掛在同一條輸送鏈上。鋁型材之間存在水平間隔，而且鋁型材高度也不相同。這種水平空檔和高度差是造成粉末空噴的主要原因。為了減少由此引起的粉末材料浪費(fèi)，現(xiàn)代化的自動(dòng)噴涂生產(chǎn)線應(yīng)用了噴槍自動(dòng)開/斷控制系統(tǒng)，即在噴室入口處設(shè)置陣列式光電傳感器(或稱光幕)，自動(dòng)檢測(cè)工件存在與否以及工件的尺寸和外形，并將光幕檢測(cè)的信息傳遞給噴槍開/斷控制系統(tǒng)，以保證當(dāng)工件經(jīng)過噴槍時(shí)，自動(dòng)開啟所需的噴槍進(jìn)行噴涂。具有噴槍開/斷控制系統(tǒng)的噴涂設(shè)備通過減少噴槍的空噴，大大節(jié)約了粉末涂料，減少了噴槍部件的磨損，并節(jié)約了勞動(dòng)力成本。

　　在涂裝作業(yè)中，影響粉末材料消耗的主要因素有：

　　—粉末質(zhì)量：質(zhì)量好的粉末每公斤可噴涂10～12m2，質(zhì)量差的粉末只能噴涂4～6m2，二者幾乎相差一倍，但價(jià)格差距并不大。

　　—涂層厚度：平光粉的噴涂膜厚一般為60～80μｍ，砂紋粉的噴涂厚度為50～70μｍ，桔紋粉噴涂厚度90～110μｍ。當(dāng)然涂層越厚所消耗的粉末量越大。

　　—設(shè)備：若噴涂設(shè)備的回收系統(tǒng)出現(xiàn)問題，將導(dǎo)致粉塵外溢或拋灑損失過大，噴槍上粉率降低，凹槽難上粉，堆積在凹槽內(nèi)的粉末隨工件帶走。粉末靜電噴涂主機(jī)在整個(gè)噴涂系統(tǒng)中十分重要，它將直接影響涂膜均勻性、平整性和一次上粉率。

　　2.3能源消耗

　　粉末噴涂工藝中的能源消耗有3個(gè)方面：一是槽液加熱，二是鋁型材鉻化后的水份烘干，三是粉末固化，以粉末涂層固化消耗的能源最多，現(xiàn)分別討論如下。

　?。?）槽液加熱：很多企業(yè)都直接選用常溫前處理劑，中溫脫脂及鉻化已很少再用。在北方地區(qū)當(dāng)環(huán)境溫度低于5?C時(shí)為提高生產(chǎn)效率需要采用加溫脫脂，所以這部分能耗在生產(chǎn)成本中比例不大。

　?。?）鋁型材鉻化后的水份干燥：鉻化后的鋁材需及時(shí)干燥才能保證涂層附著力。烘干的工藝溫度一般在120?C左右。但若濕工件堆放在烘箱內(nèi)，氣流循環(huán)受阻，完全靠高溫來干燥，則干燥速度慢，干燥效率低。所以烘箱干燥需要提高循環(huán)風(fēng)速，散開工件并定期開門排放水蒸氣。

　?。?）粉末涂層固化：粉末涂料的固化溫度較高(200±5℃)，固化時(shí)間較長(zhǎng)(10～15min)，是粉末涂裝中的耗能大戶，也是涂裝生產(chǎn)成本的主要來源。其影響因素主要有以下幾方面：

　　—能源種類：粉末固化采用的能源有電加熱、油加熱、天然氣加熱、燃煤加熱等，能源選擇需考慮多方面因素：一是資源條件，二是管理方便性，三是環(huán)境及政策法規(guī)，四是產(chǎn)品附加值。幾種能源的單位價(jià)格比較如下表1所示。表1說明，電加熱的單位成本價(jià)格最高，電加熱的優(yōu)點(diǎn)是管理和使用方便，若不更換現(xiàn)有供電設(shè)備則投資較省，適用于功率較小的烘箱和附加值高的產(chǎn)品。柴油比電的單位價(jià)低20%，在烘箱容量較大且供電容量受限時(shí)采用柴油加熱也很方便，符合環(huán)保法規(guī)要求。天然氣是潔凈能源中性價(jià)比最優(yōu)的能源，但資源條件有限。燃煤是價(jià)格最低的能源，僅相當(dāng)于電價(jià)的1/5，所以大量的涂裝企業(yè)均選用燃煤加熱。燃煤加熱的最大問題是使用和管理不方便，存在生火，封火，原料堆放，煤灰清運(yùn)等麻煩，且難以符合環(huán)保法規(guī)要求。

　　?

　　—生產(chǎn)效率：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)產(chǎn)出的成品越多，涂裝單位面積所需能耗成本就越低，這是一個(gè)共識(shí)。生產(chǎn)效率的高低決取決于設(shè)備結(jié)構(gòu)和性能，鋁型材轉(zhuǎn)移是否方便等。

　　—設(shè)備結(jié)構(gòu)：粉末固化設(shè)備有箱式爐、全橋烘道、半橋烘道、直通烘道等。實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)告訴我們，同樣的空爐升溫時(shí)間所配置的加熱功率是不同的，箱式爐為3kW//ｍ3，全橋烘道為2.5kW/ｍ3，半橋烘道2kW/ｍ3，直通烘道3.5kW/ｍ3。直通烘道盡管在出口設(shè)置風(fēng)幕，但熱損失仍是最大的。根據(jù)鋁型材在烘道中運(yùn)行的路線，可分為單行程烘道、雙行程烘道(U形烘道)、多行程烘道(S形烘道)和W形烘道。在完成同樣的生產(chǎn)任務(wù)情況下，烘道設(shè)計(jì)成雙行程或者多行程，比單行程烘道的散熱面積要減少30%，安裝面積也減少15%，從而減少了能源消耗，可提高經(jīng)濟(jì)效益。例如立式生產(chǎn)線的能源消耗大大降低。

　　—提高一次合格率：返工造成損失表現(xiàn)在：(1)浪費(fèi)粉末；(2)浪費(fèi)能源；(3)浪費(fèi)工時(shí)；(4)影響產(chǎn)品質(zhì)量。工件噴涂后進(jìn)爐前應(yīng)認(rèn)真檢查補(bǔ)噴，減少返工是最重要的節(jié)約手段。

　　—新材料新技術(shù)：粉末涂料廠家提供固化溫度低的粉末是我們所期盼的，能明顯降低能耗。當(dāng)然先進(jìn)的薄涂粉末技術(shù)、粉加粉木紋技術(shù)、轉(zhuǎn)印技術(shù)、抗劃傷粉末技術(shù)、納米功能粉末技術(shù)等正在改變鋁材涂裝行業(yè)。