鋁合金表面處理膜層性能及測試（簡體書）

《鋁合金表面處理膜層性能及測試》內容簡介：鋁合金表面陽極極氧化和有機涂料涂裝後的膜層性能，為研發、生產和用戶廣泛關注。《鋁合金表面處理膜層性能及測試》簡要地向讀者介紹鋁合金表面處理，著重分章闡述陽極氧化膜層和有機涂層的各項性能及其測試方法，包括性能的概念和含義、性能的意義、性能的影響因素、性能的表征方法、性能的測試手段等，列舉了當前國內外各項性能的表征和測試標準。《鋁合金表面處理膜層性能及測試》作者長期從事鋁合金表面處理研究和開發工作，近年來參與制定了鋁合金表面處理方面的多項國家標準。《鋁合金表面處理膜層性能及測試》中包含了作者多年的實踐經驗和研究思考的成果。
《鋁合金表面處理膜層性能及測試》是鋁材開發機構和生產企業技術人員、鋁合金表面處理科研和教學培訓單位、有色冶金產品質量監督檢驗單位不可多得的參考書。

經過20多年的發展，我國已成為變形鋁合金加工工業名副其實的世界強國，尤其是鋁合金建筑型材的表面處理技術，其工藝的多樣性和先進性以及產品的質量都已經達到國際先進水平。除了傳統的陽極氧化處理技術之外，鋁合金材料的表面處理工藝中的化學轉化處理、靜電粉末噴涂、靜電液相噴涂、陽極氧化 電泳涂裝、鋁合金板帶卷材的輥涂和鋁合金卷材連續陽極氧化等技術，在我國都已經實現工業化的批量生產，生產規模已經穩居世界首位。
我國目前建筑和裝飾用鋁合金擠壓型材的表面處理中，陽極氧化處理（含電泳涂漆工藝）仍占有大約一半的市場規模。就技術問題和工藝難點而言，陽極氧化在理論與實踐方面，都仍然占有特殊的技術位置。近幾年來，鋁合金板帶材的輥涂工藝已經在我國得到廣泛運用和發展，并且建立了許多條生產線，已經形成相當大的生產規模。鋁合金卷材的連續陽極氧化的市場需求日趨迫切，而目前我國鋁合金卷材的連續陽極氧化技術水平，如生產線設計、設備選型、工藝規范等卻還處于起步階段,遠沒有達到我國鋁合金建筑型材陽極氧化技術的工藝水平。鋁合金板帶卷材的陽極氧化膜的質量，與板帶卷材本身的組織結構關系非常大，也就是說，其質量與鋁合金板帶卷材的壓力加工工藝路線關系很大,而在這方面的研究我國還不夠具體和深入。此外鋁合金機械零部件的硬質陽極氧化工藝或特殊陽極氧化工藝，目前也還不夠規范化，產品質量還存在一些問題。總之,鋁合金板帶材和機械零部件（尤其是鋁合金壓鑄件）的陽極氧化技術與建筑鋁型材陽極氧化比較，就其技術難度和生產工藝規范的緊迫性而言是有過之而無不及的,但是我國目前的技術水平及工藝規模卻遠遠落後于生產和市場的需要，也與國際先進技術水平存在一定的差距。
盡管我國建筑用鋁合金擠壓型材的陽極氧化生產的技術水平，已經達到國際先進的工藝水平和裝備水平。但是就技術發展水平和產品質量而言，各地區發展還是非常不平衡的。我國鋁合金陽極氧化生產的總體技術管理水平和全國產品的平均質量水平，與世界先進水平相比較仍然存在一定差距，從而制約著高質量產品發展和生產效率的提升，實際上也制約了企業利潤水平的提高。尤其鋁合金陽極氧化生產，在降低能源和資源消耗、減少污染物排放、促進良性環境效應方面的技術水平，與國際先進水平的差距較大。究其原因，可能與目前工業生產的實際水平的地區不平衡性有關，尤其在工藝管理和人員素質等方面有很大的關系。環境效應問題的核心可能還是與生產管理人員的環境意識和質量意識，包括工藝管理、質量監測、質量標準和檢測方法等的正確理解、掌握和貫徹實施的程度有很大關系。
20世紀80年代中期，我國建筑用鋁合金擠壓型材的表面處理只有單一的陽極氧化技術，其工藝水準也只是處于引進國外技術、剛剛起步的階段。1986年，當時的中國有色金屬總公司科技局，根據一些專家的意見及時草擬了《關于建筑鋁型材陽極氧化膜性能測試方法和指標》的文件，在當時起到了規范鋁合金建筑型材陽極氧化產品的質量和推動生產發展的極好作用。鑒于1980年代我國只有陽極氧化處理的單一工藝，該文件建議檢測鋁型材陽極氧化膜的六項性能。由于當時技術水平和檢測方法的限制，該文件只對于目視外觀色差、氧化膜厚度和封孔質量提出了具體的指標要求，而對于耐鹽霧腐蝕性、耐磨性和耐光性（即以後定義的耐候性）只是提出一個監測項目，具體的檢測方法和驗收指標都沒有做出具體規定，這實際上與當時國家標準尚不完備有關系。就我國目前生產情況和質量指標分析,盡管當時有色金屬總公司文件的內容和要求還不夠完善和具體，但是這個文件在當時起到了規范鋁型材陽極氧化膜質量的良好作用。
20世紀90年代之前，當時我國建筑鋁型材表面處理膜層的檢測方法和質量指標，基本上都等同采用國際標準或外國先進標準的規定，還根本談不上建立我國自己的標準化質量體系，即便是鋁型材陽極氧化膜的性能檢測方法標準也不完備，同時我國鋁型材產品表面處理膜層的性能數據積累又很不完整。20多年來，我國鋁合金建筑型材工業迅速發展，不僅生產規模和產品質量已經達到國際先進水平，相應的陽極氧化膜的檢測方法及其性能指標的國家標準已經得到完善、擴充和提高，并且已經逐漸與國際標準和外國先進標準的方法和指標接軌，形成了我國自己的鋁合金陽極氧化膜的標準化質量體系。
20世紀90年代後半期以後的10多年中，鋁合金的陽極氧化 電泳涂漆復合膜和有機聚合物靜電噴涂膜的工藝技術，已經在我國鋁型材生產中得到迅速發展和推廣。鋁合金建筑型材的靜電噴涂工藝的規模已經與陽極氧化工藝規模平分秋色，鋁合金陽極氧化工藝不再是一統天下的鋁合金型材的表面處理方法，鋁合金建筑型材陽極氧化（含電泳涂漆）的市場比例也已經下降到建筑鋁型材總產量的一半左右。與此同時，鋁合金板帶連續輥涂技術也得到迅速發展，鋁合金材料表面有機聚合物涂層不僅具有色彩豐富、外觀靚麗的新穎裝飾效果，而且在耐各種惡劣大氣環境腐蝕、提高使用效果方面邁上新的高度。因此在鋁合金表面處理膜層的性能項目及檢測方法上，必須具有比陽極氧化膜更多、更新、更全面和更完善的內容，才可能與我國鋁材表面處理生產的迅速發展和技術進步相適應，也才能夠與國際先進水平接軌，從鋁合金加工工業大國登上加工工業真正的強國地位。
在鋁合金表面處理工業生產全面迅速發展和工藝技術進步的背景下，在國家質檢部門和廣大生產企業已經大量積累鋁合金建筑型材陽極氧化膜和有機聚合物噴涂膜性能檢測數據和試驗方法的基礎上，為了適應我國鋁材表面處理膜層的不斷提高質量的要求，也為了將我國國家標準與國際先進水平接軌，全國有色金屬標準化委員會組織北京的國家有色金屬質量監督檢驗中心和廣州的華南有色金屬產品質量監督檢驗中心，以及南平鋁業有限公司、堅美鋁型材廠有限公司、興發鋁業有限公司、閩發鋁業股份有限公司等四個大型鋁型材企業作為技術基地，對陽極氧化膜、陽極氧化 電泳涂漆復合膜和有機聚合物靜電噴涂膜分別進行全面的在線產品性能測試和專題對比試驗。截至2006年3月，兩個質檢中心、四家企業以及其他企業的試驗數據已經超過一萬個。在此基礎上于2006年4月總結出版了試驗報告會論文集（即《2006年鋁合金建筑型材出口貿易壁壘暨試驗研究報告論文集》，中國金屬通報，2006年增刊，2006年4月6日出版），發表有關性能檢測的論文34篇。隨後為了完善測試方法和增補試驗數據，同時配合中國與日本共同申請國際標準《鋁及鋁合金陽極氧化復合膜總規范》的要求，繼續補充進行性能測試和試驗方法的驗證,以及質量驗收指標的核對，并有更多企業參與了這項試驗工作，例如鳳鋁鋁業有限公司、新合鋁業有限公司和廣亞鋁業有限公司等。在這個基礎上于2008年9月第二次出版了研制報告專輯（即《GB5237鋁合金建筑型材研制報告專輯》，中國金屬通報，2008年增刊，2008年9月20日出版），其中性能檢測的文章42篇。2009年11月,又匯集從2008年至2009年間的鋁合金建筑型材標準與質量試驗研究的研究報告42篇，第3次出版了研究專輯（即《鋁合金建筑型材標準與質量研究論文專輯》，中國金屬通報，2009年增刊，2009年11月5日出版）。上述資料集中發表的性能數據是我國工業生產的在線產品，對于了解和認識我國當前工業在線產品之質量水平非常重要。為此本書盡量收集和匯總上述三本報告專輯披露的國內試驗數據，通過去粗取精、由點到面、由此及彼、由表及里的數據對比和整理，再配合國外發表的試驗數據，試圖說明和歸納出一些現象、規律和觀點。還有一些沒有公開發表的試驗數據沒有納入上述三本論文專輯之中,將以';某某企業提供的試驗數據';的說明引入本書。這些試驗數據之間可能有不一致之處，除少數內容本書有明確判斷而有所選擇外，鑒于實驗數據都是各企業根據有關標準通過認真試驗的非常珍貴的資料,本書在適當說明的基礎上通常都已引用在內，供讀者參考。
我國鋁合金建筑型材產品的產量已占世界總產量的60%以上，并且大量出口到國外，本書收集的性能數據一定程度上也代表了當前在線產品的國際水平。為了說明某些性能特征和規律，本書也引用國外早期發表但并未過時的重要數據。但是日本提供的有關陽極氧化 電泳涂漆復合膜的性能數據，也是比較新的試驗結果，本書給以特別的關注并盡量予以印證。盡管如此，筆者真誠地認為基于上述我國自己的技術數據作出的技術分析和質量判斷，應該更加具有現實意義。
筆者在參與性能試驗和總結試驗數據時，增添了許多思考判別的空間，獲得許多非常有益的心得、概念和結論，成為撰寫本書內容的技術框架的基礎和技術思路的前提。筆者在三個鋁合金表面處理膜層總規范性質的國家標準的修訂和制定過程中，即GB T80131(2007)《鋁及鋁合金陽極氧化膜》、GB T80132(2007)《鋁及鋁合金陽極氧化復合膜》、GB T80133(2007)《鋁及鋁合金有機聚合物噴涂膜》，曾經閱讀、參考、研究和對比了相關的國際標準、歐洲標準、美國標準和日本標準，結合我國企業的試驗實踐，形成了自己的技術思路并對構建本書內容起了決定性作用。筆者長期從事鋁合金陽極氧化的工藝研究、生產實踐和技術開發，以及隨後在北京國家有色金屬質量監督檢驗中心的性能檢測的經驗和表面缺陷分析的實踐，奠定了筆者撰寫本書的技術基礎。
在總結我國大量試驗數據和制定國家標準的過程中，筆者從中受益匪淺。特別應該感謝的是全國有色金屬標準化委員會葛立新女士等，國家有色金屬質量監督檢驗中心何耀祖先生和姚偉先生等，堅美鋁合金型材有限公司廬繼延先生和戴悅星先生等，南平鋁業公司的馮東生先生等，興發鋁業有限公司的陳維泗先生等，他們的經驗和思路或者在具體的測試方法上都給予我很多的啟發和幫助。筆者還要感謝本書引用的上述全國有色金屬標準化委員會的論文專輯中發表數據的很多作者（引用時在參考文獻中一一列出），并借此機會向論文作者和所有我接觸過的和給予我幫助的朋友，以及所有生產第一線的有關同志表示由衷的謝意，沒有他們在生產和檢測第一線積累的大量實踐經驗和知識，也根本不可能完成本書的寫作。筆者還要借此機會感謝有色金屬研究總院長期共事的朋友，包括曾經做了大量研發工作而現在已經離開有色金屬研究總院的同志，本人在成書過程中，時時想念他們的富有成效的研究工作和現場工作，這些成果也是形成本書思路和內容的基礎，在這里請允許我表示敬意和感謝。
本書書名幾經考慮和修改，決定為';鋁合金表面處理膜層性能及測試';，內容雖然包括陽極氧化膜、陽極氧化 電泳涂漆復合膜和有機聚合物靜電噴涂膜三大系列的性能及測試方法，似乎是從建筑用鋁型材表面處理的現實情形出發的，但是本書敘述內容及相應的檢測方法，并不限于建筑用鋁合金型材的表面處理膜層，原則上同樣適用于諸如鋁合金板帶材的表面處理膜層的性能檢測、也適合于鋁合金（含鑄態鋁合金）零部件硬質陽極氧化膜的性能檢測等。本書在收集和組織撰寫內容時,鋁合金建筑型材以外的表面處理膜層的性能及檢測要求，本書也適當選擇和收集其他的重要性能及其檢測方法，但是在內容上可能沒有進行深度和廣度的延伸，某些數據可能選自國外發表的相對而言比較早的資料。
本書分為三大部分。第1篇';鋁及鋁合金表面處理膜層基礎知識';，分3章敘述，內容包括鋁及鋁合金的物理和化學性質、鋁合金材料及鋁合金表面處理的基礎知識等；第2篇';鋁及鋁合金陽極氧化膜的性能及測試';，分5章敘述鋁合金陽極氧化膜的各項物理、化學和力學等性能及檢測方法，各項性能的定義、特征和物理意義，國內外標準對于有關性能的規定與說明、各項性能數據的國內外水平及其比較，檢測方法與注意事項以及缺陷的成因與防治等；第3篇';鋁及鋁合金有機聚合物膜的性能及測試';，分5章敘述有機聚合物膜的各項性能要求、檢測方法及性能檢測結果。在第3篇中，既敘述電泳涂漆表面膜的性能及測試，又介紹有機聚合物靜電噴涂膜的性能及測試。有關各項性能及相應測試方法，作為表面性能檢測的方法而言，雖然必須注意其測試的適用范圍，但是原則上同樣可以適用于其他領域的鋁合金表面處理膜層。本書每篇列出一個呼應型的參考文獻表。
為方便閱讀中查找資料，本書設置了4個附錄，包括：鋁表面處理膜層有關詞匯的中英對照及釋義，鋁表面處理膜層的有關標準目錄以及筆者發表的著作的目錄和參與制訂的國家標準目錄。
本書是筆者花費心血最多、也是最為看重的作品，謹獻給廣大讀者,希望對廣大讀者有所裨益。
于北京

第1篇鋁及鋁合金表面處理膜層基礎知識
第1章鋁及鋁合金的物理和化學性質002
1 1鋁及鋁合金的物理性質003
1 2鋁及鋁合金的化學性質及鈍性005
1 3鋁的腐蝕原因007
1 4鋁的腐蝕形態012
1 4 1全面腐蝕和均勻腐蝕012
1 4 2局部腐蝕013
第2章鋁合金材料簡介018
2 1變形鋁合金及鑄態鋁合金018
2 1 1變形鋁合金系018
2 1 2變形鋁合金狀態021
2 1 3鑄造鋁合金021
2 2鋁合金擠壓型材和管、棒、線材022
2 3鋁合金板帶材022
2 4鑄態鋁合金及鋁合金壓鑄件026
第3章鋁及鋁合金的表面處理028
3 1鋁合金的陽極氧化處理028
3 1 1陽極氧化的表面預處理028
3 1 2陽極氧化033
3 1 3著色037
3 1 4封孔040
3 2鋁合金的電泳涂漆處理043
3 2 1電泳涂漆原理043
3 2 2電泳涂裝工藝044
3 3鋁合金的靜電噴涂處理046
3 3 1化學轉化處理047
3 3 2靜電粉末噴涂047
3 3 3靜電液相噴涂048
參考文獻049
第2篇鋁及鋁合金陽極氧化膜的性能及測試
第4章鋁合金多孔型陽極氧化膜052
4 1鋁多孔型陽極氧化膜的結構052
4 2鋁多孔型陽極氧化膜的厚度和組成055
4 2 1鋁陽極氧化膜阻擋層的厚度055
4 2 2鋁陽極氧化膜多孔層的厚度056
4 2 3鋁陽極氧化膜阻擋層的組成057
4 2 4鋁陽極氧化膜多孔層的組成058
4 3鋁合金陽極氧化膜的性能及測試方法059
第5章鋁陽極氧化膜的外觀、顏色和厚度及測試方法063
5 1鋁陽極氧化膜的外觀及測試方法063
5 2鋁陽極氧化膜的顏色與色差及測試方法065
5 3鋁陽極氧化膜常見的外觀缺陷067
5 4鋁陽極氧化膜厚度及測試方法072
5 4 1鋁陽極氧化膜厚度072
5 4 2鋁陽極氧化膜的厚度測定方法076
5 4 3鋁陽極氧化膜的表面密度和表觀密度080
第6章鋁陽極氧化膜的耐腐蝕性能及測試方法083
6 1鋁陽極氧化膜的封孔品質及測試方法084
6 1 1鋁陽極氧化膜的封孔質量085
6 1 2鋁陽極氧化膜封孔質量的檢驗方法093
6 2鋁陽極氧化膜的耐候性及測試方法100
6 2 1鋁陽極氧化膜的自然耐候性101
6 2 2自然耐候性試驗方法102
6 2 3鋁陽極氧化膜加速耐候性及試驗方法104
6 3鋁陽極氧化膜耐鹽霧腐蝕性及試驗方法106
6 3 1NASS，AASS和CASS鹽霧腐蝕試驗方法107
6 3 2不同膜厚級別鋁陽極氧化膜的CASS試驗的耐腐蝕性能110
6 4鋁陽極氧化膜的耐堿腐蝕性及測試方法113
6 4 1滴堿腐蝕試驗115
6 4 2電動勢法測量耐堿性試驗117
6 5鋁陽極氧化膜的其它耐腐蝕性及測試方法118
第7章鋁陽極氧化膜的物理和力學性能及測試123
7 1鋁陽極氧化膜的硬度及測試方法123
7 1 1鋁陽極氧化膜的顯微硬度特征124
7 1 2鋁陽極氧化膜的顯微硬度測試方法125
7 2鋁陽極氧化膜的耐磨性及測試方法127
7 2 1鋁陽極氧化膜的耐磨性127
7 2 2鋁陽極氧化膜耐磨性的測試方法130
7 3鋁陽極氧化膜的耐光性及測試方法139
7 4鋁陽極氧化膜力學性能及測試方法140
第8章鋁陽極氧化膜的其它性能及測試方法142
8 1鋁陽極氧化膜的電學性能及電絕緣性測試方法143
8 1 1鋁陽極氧化膜的電學性能143
8 1 2陽極氧化膜擊穿電位測量的電絕緣性測試方法146
8 2鋁陽極氧化膜的熱學性能及測試方法147
8 2 1鋁陽極氧化膜的熱學性能148
8 2 2鋁陽極氧化膜的抗熱裂性的測試方法150
8 3鋁陽極氧化薄膜的抗彎曲破裂性及測試方法152
8 4陽極氧化薄膜的連續性及測試方法154
8 5陽極氧化膜光學性能及測試方法155
8 5 1鏡面反射率和鏡面光澤度的測量157
8 5 2鋁陽極氧化膜反射特性的測量158
參考文獻160
第3篇鋁及鋁合金有機聚合物膜的性能及測試
第9章鋁表面有機聚合物膜的結構、厚度和測試方法166
9 1鋁的陽極氧化電泳涂漆復合膜170
9 1 1鋁陽極氧化電泳涂裝復合膜的結構171
9 1 2鋁陽極氧化電泳涂漆復合膜的成分與厚度172
9 1 3鋁陽極氧化電泳涂漆復合膜的厚度測試方法173
9 2鋁的有機聚合物噴涂膜174
9 2 1有機聚合物噴涂膜的底層174
9 2 2有機聚合物噴涂膜的成分與厚度177
9 2 3有機聚合物噴涂膜的厚度測試方法178
第10章鋁的有機聚合物膜的外觀和附著性及測試方法179
10 1鋁的有機聚合物膜外觀及測試方法180
10 1 1有機聚合物膜的顏色與色差及測試方法181
10 1 2有機聚合物膜的光澤度及測試方法182
10 2鋁的有機聚合物膜的外觀缺陷及防治措施183
10 3鋁的有機聚合物膜的附著性及測試方法183
10 3 1陽極氧化電泳涂漆復合膜的附著性及測試方法191
10 3 2有機聚合物噴涂膜的附著性及測試方法192
第11章鋁的有機聚合物膜的耐腐蝕性、耐候性及測試方法196
11 1鋁的有機聚合物膜的耐鹽霧腐蝕性及測試方法196
11 1 1陽極氧化電泳涂漆復合膜的耐鹽霧腐蝕性199
11 1 2靜電噴涂膜的耐鹽霧腐蝕性201
11 1 3有機聚合物膜的耐鹽霧腐蝕測試方法204
11 2鋁的有機聚合物膜的耐含二氧化硫的潮濕大氣腐蝕性及測試方法207
11 3鋁的有機聚合物膜的耐馬丘腐蝕性及測試方法209
11 4鋁的有機聚合物膜的耐濕熱腐蝕性及測試方法210
11 5鋁的有機聚合物膜耐候性及測試方法213
11 5 1有機聚合物膜自然耐候性的大氣曝露試驗方法215
11 5 2有機聚合物膜耐候性的實驗室加速試驗方法217
11 6鋁的有機聚合物膜耐沸水性及檢測方法223
第12章鋁的有機聚合物膜的耐化學品穩定性及測試方法226
12 1鋁的有機聚合物膜的耐酸性及測試方法226
12 2鋁的有機聚合物膜的耐堿性及測試方法229
12 3鋁的有機聚合物膜的耐砂漿性及測試方法232
12 4鋁的有機聚合物膜的耐洗滌劑性及測試方法234
12 5鋁的有機聚合物膜的耐溶劑性及測試方法235
12 5 1電泳涂漆膜的耐溶劑性及測試方法236
12 5 2靜電噴涂膜的耐溶劑性及測試方法237
第13章鋁的有機聚合物膜的硬度、耐磨性等其他物理和力學特性及測試
方法239
13 1鋁的有機聚合物膜的硬度及測試方法239
13 1 1陽極氧化電泳涂裝復合膜的硬度及測試方法239
13 1 2有機聚合物噴涂膜的硬度及測試方法240
13 2鋁的有機聚合物膜的耐磨性及測試方法241
13 2 1陽極氧化電泳涂漆復合膜的耐磨性及測試方法241
13 2 2有機聚合物噴涂膜的耐磨性及測試方法244
13 3鋁的有機聚合物噴涂膜的力學性能及試驗方法245
13 3 1有機聚合物噴涂膜的耐沖擊性及試驗方法247
13 3 2有機聚合物噴涂膜的耐杯突性及試驗方法248
13 3 3有機聚合物噴涂膜的耐彎曲性及試驗方法249
13 3 4有機聚合物噴涂膜的機械加工性能試驗方法249
參考文獻250
附錄253
附錄1鋁表面處理膜層性能及檢測有關詞匯的中英對照及釋義253
附錄2鋁合金表面處理膜層的有關標準263
附表2 1鋁合金表面處理膜層膜性能及檢測的相關中國標準263
附表2 2鋁合金陽極氧化膜和有機聚合物噴涂膜性能及檢測的國外
主要相關標準267
附錄3本書作者發表的論著目錄273
附錄4本書作者參與制定的國家標準目錄277