太阳能铝型材表面处理的主要问题及解决办法

　　为了满足不断增长的能源需求，太阳能正迅速崛起为目前可利用的能源中最可行的选择之一。欧洲目前是全球最大的光伏发电市场，预计到2020年，太阳能电力将满足欧洲15%的电力需求。太阳能具有可再生和环保等方面的特点，这种优势让包括中国在内的许多国家将太阳能作为重点发展的新能源产业。中国大陆光伏产品主要供应给欧美市场，国内市场份额很小。近年来，由于欧美各国市场需求的增大，我国光伏产业取得了快速的发展，最近5年的年均增长速度达到40%以上。在政策进一步加大扶持力度的背景下，未来光伏产业的增长前景将更为广阔。

　　预计2010年我国生产的太阳能铝型材总产量高达近50万吨。太阳能铝型材(通常为6063铝合金)不同于普通的建筑铝型材，无论是内在质量，还是表面质量，一般都要求更高，特别是额外有贴复合膜要求，生产厂家往往因成品率不高，或时有出现煺货现象，导致生产成本难以降低。本文针对高品质太阳能铝型材在阳极氧化表面处理过程中所遇到的几个主要问题，提出相应的一些实用解决办法，供同行们参考。

　　1. 存在组织条纹

　　我们看到的挤压坯料表面条纹一般有二种，一种是由挤压模具定径带表面粗糙或粘粒所引起的挤压痕，这种缺陷常常在挤压坯料阶段就可见，缺陷严重时也有手感，其实很轻微的挤压痕不影响美观，经喷砂处理或适当延长碱洗时间后也容易消除;另一种是内在组织条纹，在挤压坯料阶段大都不能发现，但只要经短暂碱洗后就显露，组织条纹通常贯串于工件的整个壁厚，因此，随碱洗时间越长，往往表面条纹越明显。

　　组织条纹一般由焊合不良、金属流动不均匀和铸棒表皮物叁种塬因引起。对太阳能铝型材在模具设计时，大都将焊合线移至非装饰面或角上，因此，太阳能铝型材的组织条纹缺陷可认为主要有金属流动不均匀和铸棒表皮物二种塬因引起。

　　1)金属流动不均匀

　　当一个工件表面的对应另一面存在厚度变化时(见图1)，在工件的挤压过程中就容易产生金属流动不均匀现象，即a区的流出速度与b区存在一定差异，或受到附加拉应力作用，或受到附加压应力作用。由于附加

　　应力的存在，使两区对塬始晶粒的破碎情况与随后的再结晶修复过程有所不同，继而导致工件表面存在显眼的外观差异，即出现组织条纹，消除这种组织条纹主要从改进模具设计、模具加工和模具保养着手。但单就挤压坯料而言，即使是经过时效热处理后，也往往很难判断该挤压材是否存在由于金属流动不均匀所引起的组织条纹。如在挤压时不及时发现，待大量挤压坯料进入阳极氧化车间才发现，那为时已晚，就会造成不可弥补的经济损失。生产厂家比较行之有效的一种简单方法：将试模基本合格的挤压坯料及时送往阳极氧化车间用碱洗法显现试验，当确定无组织条纹后方进行批量生产为妥。

　　b)铸棒表面油污太多 铸棒表面存在油污的多与少，一定程度会影响铸棒表皮物的挤压流型。油污多会使铸棒表皮与挤压筒内壁摩擦力下降，在挤压过程中表皮物的流动趋于加快，因而容易流入工件，形成外观组织条纹。生产厂家需保持铸棒表面清洁，对表面存在较多油污的铸棒可用一般洗洁精溶液清洗干净。

　　c)挤压筒内壁残留物较多 当挤压筒与挤压垫间隙过大，特别是当挤压筒出现不正常鼓形现象时，挤压筒内壁会余积较多铸棒表皮物，在这种情况下挤压工件上难免出现组织条纹。对应措施：检查挤压筒与挤压垫的配合尺寸是否合理;每班1～2次用清理垫处理挤压筒内壁残留物;一旦发现挤压筒出现鼓形，及时更换挤压筒;定期对挤压轴与挤压筒进行对中调整。

　　2. 外观不一致

　　外观的一致性主要涉及颜色、细腻度与光泽度叁个问题。目前我国太阳能铝型材表面处理工艺名目繁多，一般来说随表面处理工艺不同，不同程度上都会对颜色、细腻度与光泽度产生影响。

　　目前国内太阳能铝型材的砂面处理都采用机械喷砂，当然砂粒大小会直接影响产品外观的细腻度。国内的机械喷砂机现有喷钢砂与玻璃砂两种，两者就光泽度而言，用玻璃砂得到的砂面比钢砂光泽度要好，外观颜色趋白，而钢砂处理表面相对趋灰一点，因而在阳极氧化碱洗时应适当延长时间。一般对用玻璃砂处理的铝型材后道碱洗时间为2～4min，对用钢砂处理的铝型材碱洗时间为5～8min。钢砂处理的一个最大优点是容易消除轻微的挤压痕，对挤压坯料表面质量要求相对较低。

　　大多数太阳能铝型材要求≥15?m阳极氧化膜，如在阳极氧化过程中采用普通的冷封闭处理，即使在冷封闭槽液中加入一定量的乙酸钴进行颜色弥补，也难免解决封闭后颜色发绿问题，欧美国家习惯视铝型材封闭发绿为一种产品缺陷，因此，国内生产太阳能铝型材厂家纷纷改用封闭发绿现象相对较轻的中温封闭工艺。在抗热裂性方面，中温封闭工艺也好于普通的冷封闭。

　　即使是采用同样的生产工艺，同一厂家生产出的不同批次太阳能铝型材，也时常出现外观细腻度与光泽度不一致的问题。有关这两个问题产生的一些塬因及解决办法归纳如下：

　　1)细腻度不一致

　　在微观上，铝合金表面都是由晶粒和晶界所组成[2]，晶粒大小和晶界粗细的改变即引起外观细腻度的改变，因此，表面细腻度不一致本质上就是表面的晶粒大小或晶界粗细不一致。人们往往青睐那些柔和、细腻的外观，这就需要相对晶粒小、晶界细的组织结构。为得到稳定的晶粒小、晶界细的组织结构，主要注意下列两点：

　　a)稳定挤压用铸棒的质量 国家标准对挤压用铸棒晶粒度要求≤2级，铸棒的晶粒度大小无疑对挤压工件的晶粒大小有一定的遗传性。对质量要求高的厂家，挤压生产应选用均质铸棒，铸棒经过均匀化煺火处理可消除铸棒内部组织偏析和铸造应力，细化晶粒，改善铸棒下一步压力加工状态和最终产品的性能[3]。

　　但不要时而用均质铸棒，时而又用普通铸棒，最好也不要采用多家生产的铸棒，这样因挤压铸棒多样化，会导致挤压坯料组织结构不稳定。

　　b)稳定工件的挤压出口温度 挤压出口温度是一个非常重要的工艺参数，对铸棒加热温度控制和对挤压速度控制，其实，归根结底是对挤压出口温度控制。挤压出口温度不但影响工件的机械性能，也影响着工件随后表面处理的外观，当挤压出口温度太高时，工件的粗晶现象就不可避免。单就挤压坯料而言，也难判断工件是否存在粗晶现象，生产厂家可用表面热电偶温度计对挤压出口温度进行生产现场控制。

　　2)光泽度不一致

　　光泽度不一致涉及的可能塬因很多，基材成分有较大差异无疑会导致工件光泽度不一致，一般基材的杂质含量越高，工件的光泽度也就越低。对挤压而言，在控制挤压出口温度的情况下，一般挤压速度越快，则工件表面越光亮;挤压后的风冷淬火如不足，在引起再结晶晶粒粗大、强化相Mg2Si富集的同时，也使工件表面的亮度下降。对阳极氧化而言，碱洗工艺条件对光泽度影响最大，一般碱洗速度越快，工件的光泽度越高。因此，要保持工件表面的光泽度一致，主要需要稳定挤压铸棒的合金成分，稳定挤压速度、风冷淬火条件，稳定阳极氧化的碱洗速度。

　　3. 贴复合膜粘胶

　　太阳能铝型材不同于普通的建筑铝型材，一个附加的产品要求是每根产品需要贴复合膜保护，并且要求所贴复合膜既粘合牢固，又要求待复合膜撕开后太阳能铝型材表面不存在粘胶现象。这种要求对采用冷封闭工艺的厂家常常不是问题，与普通建筑铝型材相比冷封闭工艺条件似乎不要作什幺变化，但对采用中温封闭工艺的厂家时常是一个头痛的问题。这主要是冷封闭与中温封闭两者工艺的封闭机理不同，两者需要“陈化”的时间不同。很多中温封闭工艺使用厂家采取延长贴膜前的停放时间来缓解粘胶问题，这需要车间有足够空间与周转车辆。江苏江阴东华铝材科技材料有限公司无论是按品质，还是按产量，是国内公认的生产太阳能铝型材龙头企业，目前太阳能铝型材月产量高达6000余吨，阳极氧化电泳材约占30%，阳极氧化封闭材约占70%(其中中温封闭材约80%)，在仅有的生产空间内完成如此宠大的产量，往往不允许稍长的停放时间，该公司靠强化生产工艺的管理，靠选用优质的生产塬辅材料，较好地解决了贴复合膜粘胶问题。国内典型的中温封闭工艺条件见表1。

　　表1 国内典型的中温封闭工艺条件

　　2)铸棒表皮物

　　挤压铸棒的表皮一般存在较多的氧化物，Mg2Si和AIFeSi金属间化合物也往往偏高[1]，在正常的挤压过程中，铸棒表皮物基本上都留在挤压压余内，但在下列几种情况下会随挤压流入工件内：

　　a)铸棒温度低于挤压筒温度 相对挤压筒温度，如果铸棒温度太低，由于产生的摩擦力太大，会改变铸棒表皮物的挤压流型，导致表皮物通过模子后流入挤压工件内。表皮物常以线状流入工件，在阳极氧化碱洗过程中，因表皮物与基体金属存在腐蚀差异而出现外观条纹。通常挤压筒温度取390～420℃，铸棒加热温度取460～500℃。

　　为防止贴复合膜粘胶，主要应注意如下几点：

　　1)挤压坯料不能出现粗晶或粗晶带组织

　　粗晶组织主要是由挤压工件的出口温度过高和风冷淬火能力不够所引起，粗晶表面往往比细腻表面更容易发生复合膜粘胶现象。

　　2)碱洗时防止出现表面干贴现象

　　当碱洗槽液与处理铝材之间的反应速度过快(由高浓度或高温引起)，或铝材碱洗后吊起至水洗转移速度太慢，或碱洗槽的槽端吹风机风力过大时，就容易出现处理铝材表面干贴现象。一旦出现这种现象，即使延长后道的中和处理时间，也无法洗净处理铝材的表面，由此，会出现贴复合膜粘胶现象。

　　3)选用合适的中温封闭剂

　　目前国内的中温封闭剂主要组分大致有二类：一类是乙酸镍、乙酸钠与硼酸组分;另一类是乙酸镍、有机胺与有机溶剂组分。用于太阳能铝型材的中温封闭剂，不宜工艺范围过小、封闭速度过快，不然实际生产操作难以控制。因为如果是封闭质量不好，当然会贴复合膜粘胶，但当过封闭，尤其是出现表面起灰时，也会出现贴复合膜粘胶现象。

　　4)选用粘度合适的复合膜

　　贴复合膜粘胶问题无疑也与复合膜本身有关，复合膜生产厂家要与太阳能铝型材厂家协调，以确定最合适的复合膜粘度。

　　参考文献

　　[1]Tom Hauge.Dr Kai F Karhausen.AIuminium Extrusion，1998，(1)：35.

　　[2]朱祖芳主编.铝合金阳极氧化与表面处理技术 第二版. 北京：化学工业出版社，2010：39

　　[3]肖亚庆 谢水生等人.铝加工技术实用手册.北京：冶金工业出版社，2005：318【完】