Aluminium or aluminium aloys often have various types of finishes applied to their surfaces to enhance appearance or improve functional properties [1]. Here is discussed the methods employed in the coating of aluminum.

Алюминий в строительстве

Алюминий обладает уникальной комбинацией свойств, которая делает его подходящим для множества различных видов продукции:

• прессованной,
• прокатной,
• штампованной,
• кованой и
• литой.

Алюминиевые изделия могут составлять сложные системы для применения в различных сферах жизни, в том числе, в строительстве, машиностроении, производстве продукции для отдыха и спорта. Десятки алюминиевых сплавов дают возможность максимально использовать преимущества алюминия для достижения максимальных эксплуатационных характеристик алюминиевых изделий, таких как:

• необходимая точность размеров;
• высокий уровень прочности;
• заданный уровень пластичности и вязкости;
• коррозионная стойкость в заданных условиях;
• разнообразный и привлекательный внешний вид;
• заданный срок службы.

Поэтому алюминий широко применяют как материал для строительных конструкций, таких как:

• системы навесных фасадов;
• окна, двери и витрины магазинов;
• кровля промышленных и гражданских зданий;
• элементы наружной облицовки зданий;
• мебель и мебельная фурнитура.

Алюминий как основа для окраски и анодирования

Алюминий и его сплавы имеют преимущество перед другими металлическими материалами в том, что на их поверхности самопроизвольно образуется защитный слой из естественного твердого и инертного оксидного слоя. Это оксидное покрытие формируется на воздухе или насыщенной воздухом воде и мгновенно восстанавливается, если на металле возникают царапины или потертости.

Поэтому поверхность алюминия даже без специальной обработки имеет весьма удовлетворительный внешний вид и достаточно высокую коррозионную стойкость.  Для многих строительных элементов в умеренных условиях эксплуатации этого оксидного слоя вполне достаточно как с точки зрения внешнего вида, так и с точки зрения стойкости к коррозии. Еще не так давно, в 1960-1970-е годы, алюминий в состоянии поставки – в прессованном или прокатном – широко применялся в строительстве, особенно в промышленном и сельскохозяйственном.

Современное строительство отличается высокими требованиями к внешнему виду, дизайну и коррозионной защите строительных элементов строительных конструкций. Дизайнеры и архитекторы стремятся к максимальному цветовому разнообразию строительных элементов зданий, наружных и внутренних. В таких случаях применяют такие способы обработки поверхности алюминиевых полуфабрикатов и изделий, как окраска и анодирование. Алюминиевые изделия без специальной декоративно-защитной обработки применяют только там, где скорость коррозии алюминия очень низкая, например, в сельских районах, а особые требования к внешнему виду отсутствуют.

Рисунок 1 – Применение окрашенных профилей
в строительстве стеклопрозрачных фасадов

Основными промышленными методами для создания защитно-декоративных покрытий являются:

• анодирование алюминия;
• порошковое окрашивание алюминия и
• окрашивание алюминия жидкими красками (в основном, алюминиевых листов в рулонах).

Защитные и декоративные покрытия алюминия

Если внешний вид поверхности алюминиевого профиля или листа в том состоянии, в котором они поступают непосредственно после прессования или прокатки, не устраивает архитектора или дизайнера, или, если требуется дополнительная их защита от коррозии, то поверхность алюминия подвергают обработке для создания различных видов покрытий или специальной текстуры.

Наибольшее применение для строительного алюминия получили следующие методы финишной обработки алюминия:

• Анодирование (анодное оксидирование) [2]
• Порошковая окраска [3]
• Жидкая окраска листов в рулонах.

Рисунок 2 – Методы нанесения органических покрытий [3]

Рисунок 3 – Линия ванн для анодирования алюминиевых профилей

Кроме того, для модифицирования и подготовки поверхности алюминия перед окраской и анодированием применяют следующие обработки поверхности алюминия:

• Механическая обработка поверхности, в том числе, нанесение текстуры
• Химическое осветление
• Щелочное травление (бывает и кислотное)
• Формирование конверсионных покрытий (хроматных и бесхроматных) [4]

Рисунок 4 – Вертикальная линия
для подготовки поверхности алюминиевых профилей и
их порошкового окрашивания

Факторы качества

Уровень качества х покрытий, то есть не подготовительных, а декоративных – после анодирования, порошковой окраски и жидкой окраски – прямо зависит от качества предварительной подготовки поверхности. Сами процессы анодирования, порошковой окраски и жидкой окраски являются сложными технологиями, которые требуют постоянного внимания и контроля.

Ниже перечислены основные факторы, которые оказывают наибольшее влияние на качество готового защитно-декоративного покрытия.

Химический состав алюминиевого сплава для анодирования

Различные алюминиевые сплавы имеют различные комбинации легирующих элементов. Различия в содержании некоторых химических элементов, например, меди и железа, могут вызывать различия цвета и текстуры анодного покрытия, даже при совершенно одинаковой технологии анодирования. Поэтому для анодирования обычно применяют сплавы 6063 и 6060. Сплав 6060 с суженным по сравнению со стандартным сплавом химическим составом даст максимальную однородность цвета и блеска изделий в партии.

Механическая обработка поверхности

Если механическая обработка определена в заказе, то ее выполняют перед химической обработкой или анодированием. Механическую обработку поверхности алюминия проводят для того, чтобы придать ей определенную текстуру или удалить дефекты и неоднородности. В результате механической обработки поверхности получают:

• однородную матовую анодированную поверхность;
• анодированную поверхность с направленными или хаотичными «царапинами»;
• блестящую (зеркальную) анодированную поверхность.

Бесцветное анодное покрытие является прозрачным или полупрозрачным. Поскольку анодные оксиды повторяют текстуру поверхности, то практически все следы механической обработки поверхности будут видны сквозь анодное покрытие.

Примерами механической обработки поверхности алюминия являются:

• полирование;
• пескоструйная обработка;
• шлифование;
• дробеструйная обработка;
• обработка металлическими щетками.

Химическая подготовка поверхности для анодирования

Химическая подготовка поверхности алюминия – это применение химических реакций алюминия с различными подходящими химическими реагентами. Щелочное травление дает алюминию в той или иной степени матовую поверхность. Электрическое или химическое полирование образует блестящую, зеркальную поверхность. Химическая подготовка поверхности алюминия, которую производят перед анодированием, оказывает определяющее влияние на внешний вид готового анодного покрытия.

Конверсионные покрытия

Перед нанесением на поверхность алюминия порошковой или жидкой краски ее подвергают химической подготовке. После щелочного обезжиривания и кислотного осветления поверхность алюминиевые изделия поступают на хроматную или бесхроматную обработку, в результате которой формируется конверсионное покрытие.

Рисунок 4 – Модель формирования хроматного конверсионного покрытия
с содержанием фторидов [4]

Это покрытие называют конверсионным, потому, что оно образуется из материала самой поверхности алюминия в результате ее реакции с химическими веществами раствора (хроматными или бесхроматными). Конверсионные покрытия обеспечивают максимальную адгезию краски, порошковой или жидкой.

Источники:

1. Cleaning, Finishing, and Coating / Aluminum and Aluminum Alloys – ASM Speciality Handbook / Ed. J.R. Davis, 1993
2. Anodizing of Aluminium – TALAT Lecture 5203 / José L.Gazapo and J. Gea, INESPAL Laminación, Alicante – 1994
3. Organic Coating of Aluminium – TALAT Lecture 5204 / J. Vereecken, Vrije Universiteit Brussels – 1994
4. Conversion Coatings – TALAT Lecture 5202 / G.E.Thompson, UMIST, Manchester – 1994