铝合金静电粉末涂装技术与影响因素分析

　　摘要：粉末静电喷涂技术最初用于金属防腐蚀、电器绝缘等方面，随着粉末静电喷涂工艺的不断发展及新粉末涂料不断出现，近些年在装饰性涂装上的应用十分广泛。

　　本文概述了铝合金静电粉末喷涂技术发展现状及特点，对其喷涂工艺进行了分析，并剖析了静电粉末喷涂技术的影响因素，为认识铝合金型材的静电粉末涂料技术提供一定帮助。

　　铝合金型材是许多行业广泛应用的材料之一，实际应用中会因用途不同对其防腐性能及其他功能有特殊要求，这需要对铝材的表面进行一定处理，铝材的负电位性质导致其极易腐蚀，特别是与另一类金属接触，更会加重铝腐蚀程度。

　　所以，进行表面处理主要目的是防止铝材腐蚀以延长其使用寿命。静电粉末喷涂铝合金型材是一种常用的表面处理，这种处理方法的抗腐蚀性能好，处理后的铝材耐酸碱盐雾能力优异。

　　铝合金材料静电粉末喷涂技术具有绿色环保、占地小的特点，特别是其工艺简洁、便于操作、节约材料损耗。

　　1铝合金型材静电粉末喷涂的特点

　　（1）工艺流程简单。整个喷涂过程使用的仪器具有较高的自动化程度，喷涂的一些环节已能够实现电脑控制，使得喷涂操作的难度显著降低，不用借助太多的辅助设备。

　　（2）成品率高。在措施充分的条件下，喷涂获得满意产品的成功率较高，极大限度地压缩了不合格产品数量。

　　（3）能耗显著降低。传统的阳极氧化与电泳法过程会消耗大量的水电资源，尤其在氧化过程中，表面处理每吨铝合金型材消耗的电量达到约1000 kW/h，静电粉末喷涂减少的辅助设施也在很大程度上降低了电耗。

　　（4）环境效益良好，基本不污染水和大气。喷涂过程不会使用片碱、硫酸等污染物质，这种环保效益的提升有助于铝合金型材在塑钢型材市场上的竞争，不使用环境危害大的物质，也在一定程度上降低了生产成本。

　　（5）有效降低了工人的劳动强度。整个过程多采用流水线化自动作业，上料方式与夹具使用均有电脑系统辅助，极大地提升了铝合金型材喷涂的生产效率。

　　（6）待处理铝材的表面质量要求不高。经过粉末涂层的处理，能够使铝材表面的挤压缝、小的瑕疵得到完全的覆盖，显著提升铝合金型材产品的喷涂质量。

　　（7）经静电粉末喷涂的涂膜物理性质优良，强于其他表面处理膜，例如静电喷涂的涂膜在耐磨性、硬度、耐酸性方面的优势极为突出，提升了铝合金型材适用范围和服务年限。

　　2静电粉末喷涂工艺分析

　　2.1工艺流程分析

　　实际操作中，为获得满意的喷涂效果，需要在进行喷涂前对被涂铝材表面预处理。铝合金材料含有一些合金元素，保证了其较强的力学性能，然而其抗腐蚀性能却不尽如人意，铝材易于和空气里的氧、水分发生化学反应，生成疏松的腐蚀产物。

　　另一方面在加工铝材中由于机械对铝合金件表面产生的不同程度污染，影响了涂层与底材间的结合程度，使涂层表面出现针孔等缺陷。采用静电粉末喷涂工艺能够避免上述问题的产生，其喷涂流程如图1所示。

　　2.2主要工序分析

　　2.2.1预处理

　　基于装饰与防腐效果的考虑，铝合金需要进行预处理，目的是形成耐蚀及粉末涂层结合力强的化学转化膜，静电粉末喷涂的预处理流程为：除油→水洗→化学转化→水洗→烘干。

　　铝材喷涂前的化学转化，目前最普遍有效的处理方法是铬化与磷铬化，具有稳定的性能，易于操作，处理后的颜色是判别其转化效果的重要标志，生成的铬化膜呈黄色，也称之为黄铬化，而磷铬化膜呈现绿色，通常称之为绿铬化。

　　两种工艺所需的温度与时间范围宽，使用喷淋与槽浸均能够实现。涂层厚度控制在0.3～0.8 g/m2。但铬化的缺点是六价铬对人体危害很大，因而世界上不少国家限制使用，大力发展无铬化学转化处理工艺。

　　已形成商品供应的无铬化学转化处理药剂目前有氟锆酸盐和氟钛酸盐，其特点是转化膜较薄，只有0.05～0.4 g/m2，缺点是转化膜无色，难于目视鉴别，给生产操作带来不便。

　　经过化学转化后的铝合金件需要及时烘干，除去表面水分，这是因为铝合金件表面的水分进入喷粉过程容易产生气泡而导致缺陷。

　　需要注意的是烘干温度应合理，过高的温度容易使转化膜失去结晶水，导致膜疏松而引起涂层附着力显著下降。根据铬化工艺配方的不同，一般烘干温度控制在60～120℃。

　　2.2.2静电喷涂

　　这个过程需要将粉末雾化于空气中，保持压缩空气的干燥、洁净，如果压缩空气中有水分和油，导致粉末受潮影响粉末荷电性，降低雾化性质，进而使得涂层厚度与均匀性都不满足要求。

　　除了粉尘之外的一些固态杂质会使得涂层外观变差，因此净化压缩空气十分必要。

　　在喷涂中，需要及时回收未被吸附的粉末，外溢的喷涂粉末会在一定程度上影响环境，外溢的粉末受到空气水分、和污染物质的影响，限制了其回收利用。

　　2.2.3流平与固化

　　喷涂作业后需要将铝合金件及时送至烘烤炉中完成流平、固化过程，目的是防止空气中粉尘的黏附而影响涂层性质。

　　烘烤涂层需要均匀的炉温，铝合金件之间保持一定距离，铝合金件间防止碰撞，在实际操作中需要根据粉末涂料的特性来控制其流平、固化的温度与时间。

　　3影响静电粉末喷涂的主要因素

　　3.1粉末导电率

　　喷涂所使用静电粉末与铝合金件之间静电电场力是喷涂动力的来源之一，粉末涂料具有的体积电阻很大程度影响着喷涂性能。

　　如果体积电阻过小，带电粉末会冲击已经附着的粉末，而导致其脱落；而过大的体积电阻则会使得粉末电荷不易放出，使得铝合金件表面电荷聚集过多，增大的排斥力限制了厚膜的产生。

　　基于此，需要在静电喷涂中严格控制粉末粒子的体积电阻，通常将体积电阻控制在1010～1014Ω·cm的范围内可以保证施工性能，也能够得到厚膜涂层。

　　3.2粉末粒度

　　粉末自身具有的流动性、涂覆性等方面的特性，其影响着喷涂工艺，特别是容易堵塞喷枪以及膜厚方面。

　　粉末材料依靠静电引力吸附至铝合金件表层，涂料粒子间的静电引力与其电量正相关，静电涂料粒子带电量公式为：

　　式中，Q为粒子所带电量；ε0为真空介电常数；r为涂料粒子半径；E为静电电场强度；εr为涂料粒子介电常数。

　　从公式中可知，粉末粒子的带电量与粒子半径大小呈正比关系。如果粉末粒径越小，粒子的带电量就越小，其静电引力也就越小，静电引力小的粒子容易被甩出静电场或者悬浮于静电场之中，导致喷涂上粉率变低。

　　粉末粒径过大时，带电量虽然大，然而粒子本身自重大，涂料粒子间也具有较大斥力，降低了上粉率，太大粒径涂料难以得到厚度较薄的涂层。实际应用中，通常使用的粉末粒径为范围30～50μm。

　　3.3喷涂电压

　　从3.2中的公式能够看出，静电电场强度正比于粉末带电量。位于低电压时，如果喷涂电压不断增大，涂料粉末的带电量相应增长，附着量也会随之增加。

　　然而静电压具有饱和值，一旦大于饱和值，会发生静电排斥导致附着量的增量变少，过高的电压增加粉末击穿的可能性，危害涂层质量，常用的喷涂电压控制在60～80kV。

　　3.4喷涂距离

　　喷涂距离影响的主要为涂膜厚度与粉末沉积效率两个方面，喷涂距离与电场强度息息相关。

　　实际应用中，通常控制到的喷涂距离在200～300mm，具有较好的粉末沉积效率。如果喷涂距离过小，容易使粉末击穿，影响涂层质量。

　　而喷涂距离如果太大，沉积效率又会过低，粉末附着力降低，增加了回收粉末的工作。

　　3.5供气压力

　　基于静电粉末喷涂的吸附工艺原理，需要在喷涂工作时尽可能将气压与粉末输送的空气量按照最低要求进行。过大的供气压力使得粉末获得较大动能，使得粉末易于在铝合金件表面发生反弹而难以吸附。

　　在实际应用中，供气压力的参数有三类，即供粉气压、雾化气压以及流化气压，这三类压力参数值的变化均会导致喷涂效率与质量发生重大变化。

　　4结语

　　铝合金表面处理中采用静电粉末喷涂技术使其防腐性能良好，其耐酸碱盐雾能力也较为优越。

　　静电粉末喷涂技术具有：工艺较为简单、成品率高、能耗明显降低、对水和大气的污染程度降低、工人的劳动强度明显降低、对毛料的表面质量要求标准有明显降低以及涂膜的一些物理指标较其他表面处理膜有明显提高。

　　静电粉末喷涂的影响因素有粉末导电率、粉末粒度、喷涂电压、喷涂距离以及供气压力等。