鋁材表面處理

前言

前言在金屬結(jié)構(gòu)材料中，鋁材僅次于鋼鐵材料居第二位。鋁是有色金屬中產(chǎn)量最多、運(yùn)用最廣的金屬材料。2007年中國(guó)鋁擠壓材產(chǎn)量已經(jīng)接近6 800 kt，冷軋鋁板帶材產(chǎn)量達(dá)到4 200 kt。鋁材的表面處理是擴(kuò)大鋁材使用范圍、延長(zhǎng)服役期限、提高裝飾效果的關(guān)鍵工藝之一，一直受到鋁材行業(yè)的特別關(guān)注，并且已經(jīng)得到迅速的技術(shù)進(jìn)步。以建筑鋁型材表面處理為例，20世紀(jì)80年代初期中國(guó)從日本和意大利引進(jìn)鋁型材陽(yáng)極氧化技術(shù)和裝備開始，至今已經(jīng)發(fā)展到鋁型材的陽(yáng)極氧化、電泳涂漆、粉末靜電噴涂和液相靜電噴涂等，各門表面處理技術(shù)齊全，裝備基本立足于國(guó)內(nèi)的龐大的表面處理生產(chǎn)體系。鋁板帶材的表面處理，不僅建立了完善的輥涂生產(chǎn)線，也開始建設(shè)連續(xù)陽(yáng)極氧化薄板帶的生產(chǎn)裝置。從鋁材表面處理的技術(shù)水平和工藝完整性的角度分析，尤其在鋁型材表面處理技術(shù)方面，中國(guó)已接近國(guó)際水平。本書是“十一五”國(guó)家重點(diǎn)圖書出版規(guī)劃項(xiàng)目《中國(guó)有色金屬叢書》之一種，作者在國(guó)內(nèi)外有關(guān)鋁材表面處理專著的基礎(chǔ)上，總結(jié)20年來(lái)中國(guó)鋁材表面處理生產(chǎn)的經(jīng)驗(yàn)撰寫而成，全書分16章，涵蓋了鋁材表面處理的各個(gè)方面。主編承擔(dān)了編寫本書約一半的篇幅，其余邀請(qǐng)國(guó)內(nèi)有色金屬企業(yè)的高級(jí)工程師參與編寫的。因此本書可以體現(xiàn)理論聯(lián)系實(shí)際的特點(diǎn)，既總結(jié)了國(guó)內(nèi)外的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，又適當(dāng)引入理論分析; 既考慮到基礎(chǔ)讀物的知識(shí)性和普及性，又盡量反映工藝技術(shù)的國(guó)內(nèi)外先進(jìn)水平。本書各章的撰稿人和審核人涉及到7個(gè)單位10人，編、審人員，主要邀請(qǐng)北京有色金屬研究總院、福建南平鋁廠等有色金屬系統(tǒng)內(nèi)各單位中多年從事鋁材表面處理工作的資深高級(jí)工程師撰稿，第1、2、5、6、9、14和15章由朱祖芳執(zhí)筆編寫的; 第3章由汪平執(zhí)筆編寫的; 第4章由蔡錫昌執(zhí)筆編寫的; 第7章由孫鳳仙執(zhí)筆編寫的; 第8章由來(lái)永春執(zhí)筆編寫的; 第10章由紀(jì)紅執(zhí)筆編寫的; 第11、12、13和16章由余泉和執(zhí)筆編寫的; 最終由主編朱祖芳統(tǒng)稿。有機(jī)聚合物涂層工藝即第11章、第12章和第13章，分別邀請(qǐng)王爭(zhēng)、戴悅星和張翼鵬先生擔(dān)任初審，全書由王祝堂先生審定。沒有大家同心合力的辛勤工作，本書是不可能完成的。主編對(duì)于下列各位接受邀請(qǐng)并努力完成編、審工作的同仁，表示衷心的感謝。此外還特別要感謝有色金屬系統(tǒng)外的企、事業(yè)單位的諸位先生的幫助，他們是黃巖精細(xì)化學(xué)品公司蔡錫昌先生、北京師范大學(xué)物理系來(lái)永春先生，中國(guó)鋁塑板協(xié)會(huì)專家委員會(huì)張翼鵬先生。盡管本書諸位作者竭盡全力地工作，希望在促進(jìn)鋁材表面處理技術(shù)的提高方面盡微薄之力，但是鋁材表面處理的技術(shù)和工藝的發(fā)展很快，同時(shí)表面處理涉及的知識(shí)面又很寬，本書不盡之處在所難免，敬請(qǐng)業(yè)內(nèi)專家和讀者不吝指正。尤其本書有關(guān)安全和環(huán)保的內(nèi)容，我國(guó)的技術(shù)起步比較晚，表面處理的生產(chǎn)思路和工藝路線多種多樣，而有關(guān)技術(shù)法規(guī)還正在不斷完善之中，同時(shí)環(huán)境保護(hù)的技術(shù)指標(biāo)和相關(guān)要求也在不斷提高，盡管本書作者及相關(guān)人士作了很大努力，仍很難滿足讀者的期望。目前中國(guó)正在制定表面處理的安全和環(huán)保的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，待有關(guān)法規(guī)頒布之后，本書的第16章應(yīng)該隨之修正和提高，以便達(dá)到盡可能完善的水平。

內(nèi)容概要

　　《鋁材表面處理》是“十一五”國(guó)家重點(diǎn)圖書出版規(guī)劃項(xiàng)目《中國(guó)有色金屬叢書》之一種，作者朱祖芳在國(guó)內(nèi)外有關(guān)鋁材表面處理專著的基礎(chǔ)上，總結(jié)20年來(lái)中國(guó)鋁材表面處理生產(chǎn)的經(jīng)驗(yàn)撰寫而成，全書分16章，涵蓋了鋁材表面處理的各個(gè)方面。
本書可以體現(xiàn)理論聯(lián)系實(shí)際的特點(diǎn)，既總結(jié)了國(guó)內(nèi)外的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，又適當(dāng)引入理論分析；既考慮到基礎(chǔ)讀物的知識(shí)性和普及性，又盡量反映工藝技術(shù)的國(guó)內(nèi)外先進(jìn)水平。

書籍目錄

第1章概論
第2章鋁陽(yáng)極氧化與陽(yáng)極氧化膜的基礎(chǔ)知識(shí)
第3章鋁材的化學(xué)預(yù)處理
第4章鋁合金的陽(yáng)極氧化
第5章鋁陽(yáng)極氧化膜的著色
第6章鋁陽(yáng)極氧化膜的封孔
第7章鋁材硬質(zhì)陽(yáng)極氧化
第8章鋁的微弧氧化
第9章鋁的電鍍和化學(xué)鍍
第10章鋁的化學(xué)轉(zhuǎn)化處理
第11章鋁陽(yáng)極氧化膜的電泳涂漆
第12章鋁材的靜電噴涂
第13章鋁卷材的輥涂
第14章鋁表面處理膜的性能及檢測(cè)
第15章鋁陽(yáng)極氧化膜的缺陷及防治
第16章鋁表面處理的衛(wèi)生、安全和環(huán)保
附錄

章節(jié)摘錄

第1章 概論1.1 鋁的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)鋁及鋁合金是僅次于鋼鐵材料、運(yùn)用面廣泛的金屬結(jié)構(gòu)材料。與鋼鐵材料相比，鋁的主要優(yōu)點(diǎn)是質(zhì)輕和耐腐蝕等。雖然鋁不是“永不生銹”的，但是在通常大氣環(huán)境中其耐腐蝕性或耐候性比鋼鐵的確實(shí)好得多。由于鋁是一個(gè)鈍化型金屬，表面總是存在一層附著性好的鈍態(tài)氧化膜，從而保護(hù)了金屬鋁不容易被腐蝕。換句話說(shuō)，表面沒有氧化膜的裸露金屬鋁，腐蝕是非常容易發(fā)生的。此外鋁的密度只有鋼鐵的1/3左右。鋁及鋁合金作為工程材料還有許多明顯的優(yōu)點(diǎn)，比如傳熱性和導(dǎo)電性好、沖擊吸收性和光反射性強(qiáng)等。鋁及鋁合金還有極好的加工成形性與可焊性，因此可以方便地加工成各種形狀和尺寸的管材、板材、箔材、棒材和型材等，已廣泛運(yùn)用于許多工業(yè)領(lǐng)域與民用領(lǐng)域[1]。一切事物總是具有兩面性的，遺憾的是鋁材的缺點(diǎn)也很明顯。鋁材的主要缺點(diǎn)是硬度低、耐磨性比較差，在某些介質(zhì)條件中耐腐蝕性還不盡如人意等。鋁的電極電位很負(fù)，因此與其他金屬接觸時(shí)，鋁通常作為陽(yáng)極容易發(fā)生嚴(yán)重的電偶腐蝕現(xiàn)象等。另外鋁的線膨脹系數(shù)大，彈性模量只有鋼的1/3等。上述的大部分缺點(diǎn)都涉及到表面性能方面，如硬度和耐磨性等，但是通過表面處理可以得到改善或解決，這就是鋁材必須強(qiáng)調(diào)表面處理的原因，只有通過表面處理才可能進(jìn)一步擴(kuò)大鋁的應(yīng)用范圍和延長(zhǎng)使用時(shí)間。為了擴(kuò)大鋁的應(yīng)用范圍，尤其作為裝飾材料使用時(shí)，需要高光亮度表面或特殊紋理的表面，因此機(jī)械拋光和掃紋、化學(xué)拋光、電化學(xué)拋光等表面處理是必不可少的。有機(jī)聚合物的表面涂飾在增加鋁材表面顏色多樣化，延長(zhǎng)在苛刻惡劣環(huán)境下服役期限等方面，目前已經(jīng)得到愈來(lái)愈廣泛的運(yùn)用。例如鋁材建筑門窗的粉末靜電噴涂和電泳涂漆處理，由于其性能與外觀的優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)超過單一陽(yáng)極氧化處理成為目前占優(yōu)勢(shì)的表面處理技術(shù)。通過特殊的表面處理技術(shù)，賦予鋁合金零件的功能性表面是鋁材表面處理的新動(dòng)向，從而大大拓展了鋁材的應(yīng)用領(lǐng)域。例如鋁合金活塞通過微弧氧化處理，表面硬度提高5~8倍，耐磨性得到明顯提高，從而大大提升使用壽命。利用鋁陽(yáng)極氧化膜的多孔型結(jié)構(gòu)特征，摻入功能性物質(zhì)得到鋁的功能型陽(yáng)極氧化膜，是具有廣闊前景鋁材表面處理新思路。鋁材的表面處理不僅可以改善與提高化學(xué)性能、耐腐蝕性、耐磨損性等，從而延長(zhǎng)使用壽命，也可以獲得靚麗的多彩多色的外觀、拓寬與提升裝飾性能，而且可以賦予新的物理性能，得到各種各樣新型的功能材料和器件。因此鋁的表面處理作為一項(xiàng)技術(shù)措施，已經(jīng)不僅僅是錦上添花之舉，而且是鋁合金從原材料引向各式各樣實(shí)際應(yīng)用的零件、部件、器件不可缺少的環(huán)節(jié)。1.2 鋁的物理性質(zhì)鋁的物理性質(zhì)列于表1-1，從表中數(shù)據(jù)可以看出鋁的特點(diǎn)、優(yōu)點(diǎn)及缺點(diǎn)。由于鋁合金的品種極多，許多鋁合金就是從提高力學(xué)性能為目的而研發(fā)的，鑒于本書介紹鋁材的表面處理，表1-1沒有列入各種鋁合金力學(xué)性能的數(shù)據(jù)。讀者如需要有關(guān)鋁合金的物理和力學(xué)性能數(shù)據(jù)，可以從有關(guān)專著或本讀物叢書的其他相關(guān)著作中查閱。

編輯推薦

《鋁材表面處理》編輯推薦：有色金屬是重要的基礎(chǔ)原材料，廣泛應(yīng)用于電力、交通、建筑、機(jī)械、電子信息、航空航天和國(guó)防軍工等領(lǐng)域，在保障國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會(huì)發(fā)展等方面發(fā)揮了不可或缺的作用。改革開放以來(lái)，特別是新世紀(jì)以來(lái)，我國(guó)有色金屬工業(yè)持續(xù)快速發(fā)展，已成為世界最大的有色金屬生產(chǎn)國(guó)和消費(fèi)國(guó)，產(chǎn)業(yè)整體實(shí)力顯著增強(qiáng)，在國(guó)際同行業(yè)中的影響力日益提高。主要表現(xiàn)在: 總產(chǎn)量和消費(fèi)量持續(xù)快速增長(zhǎng)，2008年，十種有色金屬總產(chǎn)量2 520萬(wàn)噸，連續(xù)七年居世界第一，其中銅產(chǎn)量和消費(fèi)量分別占世界的20%和24%; 電解鋁、鉛、鋅產(chǎn)量和消費(fèi)量均占世界總量的30%以上。經(jīng)濟(jì)效益大幅提高，2008年，規(guī)模以上企業(yè)實(shí)現(xiàn)銷售收入預(yù)計(jì)2.1萬(wàn)億以上，實(shí)現(xiàn)利潤(rùn)預(yù)計(jì)800億元以上。產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化升級(jí)步伐加快，2005年已全部淘汰了落后的自焙鋁電解槽; 目前，銅、鉛、鋅先進(jìn)冶煉技術(shù)產(chǎn)能占總產(chǎn)能的85%以上; 銅、鋁加工能力有較大改善。自主創(chuàng)新能力顯著增強(qiáng)，自主研發(fā)的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的350 kA、400 kA大型預(yù)焙電解槽技術(shù)處于世界鋁工業(yè)先進(jìn)水平，并已輸出到國(guó)外; 高精度內(nèi)螺紋銅管、高檔鋁合金建筑型材及時(shí)速350 km高速列車用鋁材不僅滿足了國(guó)內(nèi)需求，已大量出口到發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)。國(guó)內(nèi)礦山新一輪找礦和境外礦產(chǎn)資源開發(fā)取得了突破性進(jìn)展，現(xiàn)有9大礦區(qū)的邊部和深部找礦成效顯著，一批有實(shí)力的大型企業(yè)集團(tuán)在海外資源開發(fā)和收購(gòu)重組境外礦山企業(yè)方面邁出了實(shí)質(zhì)性步伐，有效增強(qiáng)了礦產(chǎn)資源的保障能力。2008年9月份以來(lái)，我國(guó)有色金屬工業(yè)受到了國(guó)際金融危機(jī)的嚴(yán)重沖擊，產(chǎn)品價(jià)格暴跌，市場(chǎng)需求萎縮，生產(chǎn)增幅大幅回落，企業(yè)利潤(rùn)急劇下降，部分行業(yè)已出現(xiàn)虧損?？v觀整體形勢(shì)，我國(guó)有色金屬工業(yè)仍處在重要機(jī)遇期，挑戰(zhàn)和機(jī)遇并存，長(zhǎng)期發(fā)展向好的趨勢(shì)沒有改變。今后一個(gè)時(shí)期，我國(guó)有色金屬工業(yè)發(fā)展以控制總量、淘汰落后、技術(shù)改造、企業(yè)重組、充分利用境內(nèi)外兩種資源，提高資源保障能力為重點(diǎn)，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和優(yōu)化升級(jí)，促進(jìn)有色金屬工業(yè)可持續(xù)發(fā)展。實(shí)現(xiàn)有色金屬工業(yè)持續(xù)發(fā)展，必須依靠科技進(jìn)步，關(guān)鍵在人才。為了全面提高勞動(dòng)者素質(zhì)，培養(yǎng)一大批高水平的科技創(chuàng)新人才和高技能的技術(shù)工人，由中國(guó)有色金屬工業(yè)協(xié)會(huì)牽頭，組織中南大學(xué)出版社及有關(guān)企業(yè)、科研院校數(shù)百名有經(jīng)驗(yàn)的專家學(xué)者、工程技術(shù)人員，編寫了《中國(guó)有色金屬叢書》?！秴矔穬?nèi)容豐富，專業(yè)齊全，科學(xué)系統(tǒng)，實(shí)用性強(qiáng)，是一套好教材，也可作為企業(yè)管理人員和相關(guān)專業(yè)大學(xué)生的參考書。經(jīng)過編寫、編輯、出版人員的艱辛努力，《叢書》即將陸續(xù)與廣大讀者見面。相信它一定會(huì)為培養(yǎng)我國(guó)有色金屬行業(yè)高素質(zhì)人才，提高科技水平，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)振興發(fā)揮積極作用。

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