铝合金表面隔热涂层的制备工艺.doc

铝合金表面隔热涂层的制备工艺 *基金项目：浙江省教育厅科技项目（Y200805399）。
收稿日期：2009-8-10
作者简介：孙翠云（1988- ），女，浙江工贸职业技术学院汽车与机电工程系数控0702班学生。
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孙翠云 牛丽媛
（浙江工贸职业技术学院，浙江 温州325003）

摘 要：首先采用化学法在铝合金表面制备了预处理膜层，分析了膜层的微观组织结构。采用刷涂法在预处理膜层上制备了隔热涂层并测试了涂层的性能。结果表明，当涂料中加入2﹪空心微球时，隔热膜层的导热系数有明显减低，节能隔热涂层还具有良好的耐腐蚀性。
关键词：隔热；涂层；铝合金
中图分类号： TG174.44 文献标识码： A 文章编号： 1672－0105（2009）04－0041－04

The Preparation of Energy-Efficient Insulating Coatings on Aluminum Alloy
Sun Cuiyun Niu Liyuan
(Zhejiang Industry & Trade Polytechnic, Wenzhou Zhejiang, 325003)
Abstract: Pre-treatment films on aluminum alloy surface are prepared by using chemical methods. And their microstructures are analyzed. Insulating coatings are prepared on pre-treatment films using paint methods and their performances are tested as well. Results show that the heat conductivity of films containing 2%cenospheres decreased obviously. The insulating coatings have better anticorrosion performances as well.
Key words: insulating; coatings; aluminum alloy

1 概述
自上世纪90年代起，金属屋顶在我国开始广泛应用，建筑面积连年翻番，应用领域不断扩展，涉及仓库、展厅、礼堂、训练馆、餐厅、娱乐厅、加油站、营房及厂房等。在我国能源消耗中，建筑能耗大约占全国能源消耗的1/4，尤其对于金属材料，室内降温需消耗大量能量；冬季室内温度散失较快，室内保温需损耗大量能量。目前，新建住宅规定要采取隔热保温措施。没有使用隔热屋顶系统的房屋会由于对光谱和热的长波反射而造成热岛效应。隔热涂料因经济、使用方便和隔热效果好等优点而越来越受到人们的青睐，发展前景光明，对节约资源、促进社会经济可持续发展有重要意义。根据建筑隔热涂料隔热机理和隔热方式的不同，将其分为阻隔性隔热涂料、反射隔热涂料及辐射隔热涂料[1]三类。建筑隔热涂料是前景广阔的新型建筑涂料[2]。
目前最新研究包括等离子喷涂纳米热障涂层 [3] 和自清洁隔热功能涂覆材料[4]等，但太阳热反射涂料仍然是目前最好的节能隔热涂层。本文制备的反射隔热涂料是通过选择合适的树脂、金属、或金属氧化物填料（如空心微球[5]）及生产工艺，制得高反射率涂层反射太阳光，来达到隔热目的。本文采用含有空心微球技术的节能隔热涂层涂覆在铝合金板上，在热量触及带有涂层的屋顶板时，将热量反射出去，阻止热量穿过，减少了介质对热量的吸收，具有隔热降温、节能的经济效益。
2 试验材料、工艺流程及方法
2.1 试验材料及工艺流程
试验采用铝合金作为基体材料，其成分为： 8.0﹪～10.5﹪硅，0.17﹪～0.35﹪镁，0.2﹪～0.5﹪锰，其余为铝。铝合金试样的尺寸为180mm´100mm´0.8mm。
试验采用的工艺流程：
除油-®水洗-®喷丸处理-®水洗-®制备预处理膜层-®烘干-® 刷涂节能隔热涂层-®烘干。
2.2 试验方法
2.2.1 微观性能测试方法：
用显微镜观察预处理膜层的微观组织。
2.2.2 附着力试验方法
膜层的附着力试验采用GB/T9286-1998色漆和清漆漆膜的划格试验。试验方法：将试样用切割刀具切割6×6间距2mm的网格，用软毛刷沿每一条线轻轻扫几次，把透明胶带胶在网格上并用手将胶带压平，最后均匀的速度拉开胶带，观察胶带上面膜的脱落情况。
2.2.3 腐蚀试验方法
采用中性盐雾试验测定涂层的耐腐蚀性能。试验溶液：50克/升的氯化钠溶液。试验条件：箱内温度控制为35±2℃，湿度大于95﹪。试验结果按GB5944-86《轻工产品金属镀层腐蚀试验结果的评价》的规定评定。
3 试验结果及讨论
3.1 预处理膜层的制备及微观分析
对于建筑用金属材料在涂覆隔热涂层时需要进行除油、除氧化膜等处理，否则会出现膜层脱落或锈蚀等现象。
3.1.1 除油及除氧化膜处理
为制备均匀的预处理膜层，需要对铝合金试样进行除油及除氧化膜处理。因为铝在空气中比较活泼，容易生成氧化膜，在制备膜层前必须将氧化膜完全清除。经过试验，采用下列工艺对铝合金试样进行处理，见表1。
表1 铝合金试样除油、除氧化膜工艺
序号
工序
化学成分（g/L）
温度（℃）
时间（min）
1
打磨
--
常温
--
2
水洗
蒸馏水
常温
0.5
3
除油
OP-10 1
磷酸钠 3-5
硅酸钠 2-5
60-70
5-10
4
水洗
蒸馏水
常温
0.5
5
喷丸
--
常温
1
6
检查后进入后道工序
--
--
--
在表1中，采用中性除油工艺，因为铝及铝合金在酸性及碱性溶液中容易腐蚀。喷丸处理是为了去除铝合金表面的氧化层，使其表面组织均匀化。
3.1.2 预处理膜层的制备及微观分析
传统上，一般采用铬酸盐转化膜，而铬酸盐中六价铬的毒性很大，人体接触时有致癌危险，故此工艺正被逐渐淘汰。在本实验中，预处理膜采用环保型钼酸盐处理。并与铬酸盐膜层进行对比。
钼酸盐膜与铬酸盐膜的微观结构如图1。

（a）钼酸盐转化膜 （b）铬酸盐转化膜

图1 铝合金上转化膜的微观结构

图1是铝合金上转化膜表面形貌，钼酸盐转化膜的表面形貌见图1(a)，铬酸盐转化膜的表面形貌见图1(b)。可以看出钼酸盐转化膜（图1(a)）涂层较为均匀细致。
3.2 隔热涂层的附着力测试
检验涂层的附着性具有重要的意义。采用国家标准 GB/T 9286-1998 《色漆和清漆漆膜的划格试验》来考察。试验结果分6个级别，标准规定对于一般性的用途前2级是令人满意。
铝件的试验结果：经过钼酸盐预处理后涂覆隔热涂料，所有铝件附着力均达到1级，满足使用要求。
3.3 隔热涂层耐热性能及耐腐蚀性能
3.3.1 隔热涂层耐热性能
图2是隔热膜层的导热系数随涂料中硼硅酸钠空心微球含量变化的曲线图。
由图2的试验结果可以看出，当涂料中加入2﹪硼硅酸钠空心微球时，隔热膜层的导热系数有明显减低；当硼硅酸钠空心微球含量高于3﹪时，膜层的导热系数低于0.5W/(m·K)。考虑成本因素，当硼硅酸钠空心微球含量最佳值约为3﹪。

图2 隔热涂层耐热性能

3.3.2 耐腐蚀性能
铝合金试件经过预处理后，采用含有2﹪硼硅酸钠空心微球的涂料涂覆，试件经过240h盐雾腐蚀试验之后无腐蚀现象发生，能够满足使用要求。因此本试验制备的节能隔热涂层具有良好的耐腐蚀性。
4 结论
(1) 采用钼酸盐转化膜处理工艺对铝合金进行预处理，转化膜的晶粒组织均匀，覆盖完整。
(2) 铝合金经除油、除氧化膜及钼酸盐转化膜处理后涂覆隔热涂料，附着力达到1级标准。
(3) 当硼硅酸钠空心微球含量高于3﹪时，膜层的导热系数低于0.5W/(m·K)。

参考文献:
[1] 林安，周苗银. 功能性防腐蚀涂料及应用——涂料防腐蚀技术丛书[M].化学工业出版社.2004 . 
[2] 施祥云,张志远.金属隔热涂层给建筑穿上环保“外衣”[J] .建筑工人.2007. 6: 52-53.
[3] 贾爱忠.自清洁隔热功能涂覆材料的制备及性能[D].硕士论文.2004.
[4] 徐斌,叶宏,葛新石,等.隔热涂层降低建筑空调负荷效果的参数分析[J].太阳能学报2006. 09: 23-25.
[5] 李其连，李淑青，杨伟华.等离子喷涂纳米热障涂层的微观结构特性与性能[J].机械工人.2007.5: 37-39

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