铝材表面处理车间设计      (design of aluminium products surface treatment workshop)

以铝及铝合金型材或板带材为原料，经氧化、着色或涂层处理，生产具有不同色泽和不同功能铝材的铝加工厂车间设计。铝材经表面处理后，其耐蚀、耐磨、耐光照、耐气候性能提高，色泽美观，20世纪60年代以来，在建筑工业上被广泛采用。

铝材表面处理车间设计内容主要包括：工艺流程选择、设备选择和车间布置。

工艺流程选择        铝材表面处理工艺有氧化着色和有机涂层处理两种。氧化着色工艺主要用于铝型材的处理，其中银白色铝型材采用预处理、阳极氧化和封孔的生产工艺；青铜、金黄、木纹等色型材采用预处理、阳极氧化、电解着色或化学染色和封孔的生产工艺。有机涂层处理工艺可用于铝型材和铝板带材的处理，包括静电喷涂、辊涂和电泳涂漆等方法，主要工序是预处理、喷涂或辊涂或电泳涂漆和烘干固化。喷涂和电泳涂漆用于型材，喷涂和辊涂用于板带材。

预处理       一般采用化学法，包括除油、碱洗、中和、化学涂层转换及冷热水洗等工序。当要求制品为无光泽表面或平滑光亮表面时，还可增加消光处理或抛光处理工序。

阳极氧化      以铝材作阳极，在电解液中通以直流电，使铝材表面生成一层致密多孔的人工氧化膜，通过选择不同的电解液成分、溶液温度、电流密度、电压和处理时间，可获得不同厚度和性能的氧化膜。型材处理一般采用硫酸阳极氧化方法，电源采用直流电源或脉冲直流电源。

着色       有电解着色和化学染色两种。(1)电解着色法，是将氧化后的铝材在含有金属盐的电解液中进行电解，使金属盐的阳离子沉积在氧化膜针孔中而着色。改变电解液中金属盐的种类，可得到不同的氧化膜色调。为获得青铜色铝型材的系列产品，生产中使用最多的是用锡盐和镍盐。电源以交流电为主，也可用直流或交流直流叠加电源。选择不同的电流密度、电压和电解时间，可获得深浅不同的色调。此法具有色泽稳定持久的优点，适用于生产室外装饰材。(2)化学染色法。是将氧化后的铝材浸渍在含有染料的溶液中，借助于氧化膜针孔表面吸附染料而着色。染料通常采用有机染料，有时也用无机染料。此法工艺简单，成本低，颜色种类多，但耐磨、耐光照、耐气候性差，适用于生产室内装饰材。

封孔       有水合封孔和有机涂层封孔两种。(1)水合封孔。是以纯水为介质，分高温封孔和低温封孔两种。高温封孔的水温在95℃以上，处理时间在20min以上；低温封孔的水温为25～35℃，溶液中加有封孔剂，封孔时间较短。两种方法的封孔效果接近，但后者生产率高，可减少封孔槽数量，节省能源，生产条件较好。(2)有机涂层封孔。主要有电泳涂漆法和三氯乙烯浸渍法(TFS法)。电泳涂漆法是在水溶性有机涂料(主要是水溶性丙烯酸透明树脂)溶液中，以型材为阳极通以直流电后，带负电荷的涂料粒子向阳极泳动，使铝材表面涂上一层透明漆膜，然后烘干固化而封孔。通过选择电压和处理时间可改变漆膜的厚度。三氯乙烯浸渍法是以三氯乙烯为溶剂，涂料是丙烯酸透明树脂，工作温度为80℃左右，将铝材在漆液中经短时浸渍后提升，在提升时经过三氯乙烯蒸汽区，使其表面多余的漆液溶解掉而形成均匀的漆膜，然后烘干固化而封孔。其漆膜厚度，通过控制提升速度来控制。两种方法的漆膜性能接近。

有机涂层处理        以具有耐气候性、耐酸碱腐蚀的合成树脂为原料，在铝材表面涂以一层兼有防腐蚀和装饰效果的涂层，涂层一般较厚，不透明，可具各种鲜艳色泽。有机涂层处理主要有静电喷涂、辊涂和电泳涂漆三种方法。(1)静电喷涂法。是将型材或板材置于高压静电场中，液体或粉末涂料由喷枪或喷嘴喷出后吸附在铝材表面上，经加热固化形成牢固的漆膜。(2)辊涂法。是通过涂布辊将有机涂料涂敷在板带材表面并烘干固化。与静电喷涂法相比，这种方法涂层厚度均匀，涂料消耗较少。(3)电泳涂漆法。与氧化着色中的电泳涂漆法大致相同，只是漆膜较厚，不透明。

设备选择       铝型材的氧化着色设备主要由装卸料架、专用运输设备和处理槽组组成，设备型式随型材吊挂方式而定。常用的吊挂方式有横吊、立吊两种。横吊时将铝材两端固定在吊架上，水平吊装；立吊时铝材仅上端固定在吊架上，垂直吊装。立吊需要较高的厂房或较深的地坑，与横吊比，生产效率较高，处理费用较低，但基建投资较大。一般年产量在7000t 以上或进行有机涂层处理时常选用立吊。料挂的专用运输机起重量为0．5～1t，由地面操纵。横吊用的运输机两端可单独或同时提升，使料挂倾斜，以便型材积液的流出。根据生产规模，可采用全自动、半自动和手动控制系统。立吊一般采用电子计算机自动控制整个生产程序。

处理槽组按生产顺序呈直线形或U形连续布置，装卸料架设在槽组的两端。槽子尺寸根据生产规模和铝材长度确定。槽体用钢或钢筋混凝土制作，根据用途可内衬塑料、玻璃钢或不锈钢，外壁作防腐处理。

氧化着色生产线的成套设备中，还包括专用电源，纯水制备和槽液的加热、冷却、过滤和循环等设备。

铝带的涂层处理设备一般是由一条包括开卷、带材预处理、涂层、固化、冷却和卷取等设备组成的连续机列。涂层干燥、固化采用热风循环，带材冷却采用空气急冷或水冷。

车间布置        铝型材的氧化着色生产线通常配置成单跨或多跨。主跨布置处理槽组和上料、卸料、检查场地；辅跨布置电源、制冷、纯水、回收、环保等设施；当产品在车间内包装时，需设一个包装和成品存放区。

处理槽组的竖向布置有全地上、半地上和地下三种方式。全地上和半地上布置时，在平台上操作，管网敷设在平台下面；前者厂房较高，后者需挖地坑。地下布置时，管网在地下室内敷设。横吊一般采取前两种布置，立吊则采用后两种。处理槽散发的有害气体经净化后排出，废液和有机涂料进行回收处理，废水经处理后排放。车间应有良好的通风。

铝带材的涂层机列通常与铝板带车间配置在一个厂房内。主跨配置机列和存料场地，辅跨配置电源、纯水、涂料搅拌及废气废液处理设施。