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鋁合金門窗五金配件的防腐措施

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鋁合金門窗五金配件的防腐措施

發布日期:2019-05-13 作者: 點擊:

鋁合金門窗五金配件的防腐措施

現代建筑門窗按型材品種大致可分為:塑料窗、復合材料窗、鋁合金窗,其中鋁合金窗是如今我國主要的建筑門窗產品,在當今建筑中占相當大比重。

事實上無論從抗風壓、水密性、氣密性等性能還是從環保方面,鋁合金窗都有其優越性。這是因為與相同截面的塑料窗相比,鋁合金窗的慣性矩是塑料窗的3~4倍;隨著鋁合金型材中隔熱斷橋的使用,鋁合金窗的保溫、隔熱性能大大提高,非常適應現今大力提倡的節能要求。

鋁合金門窗五金配件是其重要組成部分,它的性能和質量對門窗功能發揮具有重要影響。由于現代技術的不斷發展,門窗五金配件(拉手、扶手、鉸鏈、滑軌、連接件等),也越來越多地涌入市場。這些產品的形狀和顏色,五花八門,琳瑯滿目,使門窗的實用性和外觀增色不少。但由于零件材料和表面裝飾層材料的不同,它們的使用壽命(主要指的耐腐蝕性、耐久性和強度)相差甚遠,即使色澤相同,甚至手感也相似的鋁合金窗配件其差距可達數倍乃至數十倍。

鋁合金門窗五金件除了考慮必須具備有足夠的機械強度后,貴州鋁合金門窗要您注意所選用的材料與鋁合金接觸使用時,能否保持較好的耐蝕性。鋁合金門窗五金件能否達到設計壽命要求,對鋁合金門窗在使用過程中的安全性、耐久性十分重要,只有兩者結合好才能真正發揮鋁合金門窗美觀大方、經久耐用的特點。

鋁合金門窗五金件腐蝕特點和機理

配件材料

不同的窗型五金配件的結構和材料不盡相同,一般鋁合金門窗五金配件材料是與型材相配的。

廠商是首先選擇型材,然后再選擇五金配件。這樣有時就會導致由于型材選擇的不標準,找不到可配的五金件。現在廠商大部分都會先考慮型材和五金配件的配合后,再給以取舍。材料是保證門窗的性能、質量和安全的關鍵物質基礎。

目前,鋁合金門窗所用的大多數材料包括各種附件等均已有國家或行業標準,但是還會有部分材料在尚無國家或行業標準的情況下生產。一般來說,鋁合金門窗配件的材料中,執手、傳動件等采用壓鑄鋅合金;合頁等采用鋁合金;合頁軸、鎖點等采用不銹鋼,鎖座等采用鋅合金或不銹鋼材料;滑撐、風撐等采用不銹鋼;塑料件均采用尼龍66的改性塑料。對于金屬件,根據其所使用的不同環境,進行了有效的表面處理,主要是考慮耐大氣腐蝕及與所接觸的材料腐蝕以及不同金屬材料之間的電化學腐蝕。

腐蝕特點

鋁及鋁合金是一種高導電、導熱的金屬材料,在自然狀態下表面極易鈍化,在潮濕的酸性條件下表面氧化生成Al2O3·3H2O,水合氧化鋁本身較穩定,且鋁及鋁合金制成的門窗型材一般進行了特定的處理,具有較高性能的防腐能力,防腐薄弱部位主要是在五金件上,而五金件的電偶腐蝕不單是在本身,更受鋁型材的電極影響,在一定條件下腐蝕會不間斷的進行。

對于鋁合金門窗安裝碳素鋼五金件,屬于大陰極面積和小陽極面積的組合,當腐蝕開始時,銹蝕產物總是在五金件與門窗型材接觸的邊緣部位出現,而且最初是圍繞接觸點的周邊,而后連成一片。這是因為鋁型材與碳素鋼五金件之間的電位差通過接觸構成原電池,在冷凝水膜的介入下接觸部位產生鐵的氧化反應[F+2],非接觸部位發生氧的還原反應出現[OH-1],在電場的驅動下兩者向中間移動,在邊緣相遇生成人們可以見到的腐蝕產物,其實腐蝕最嚴重區在接觸面,只是見不到腐蝕產物罷了。

由于大氣中氯、二氧化硫等介質的加入,會促進碳素鋼材的溶解,從而加快五金件的損壞速度。

腐蝕機理

一般講鋁合金門窗五金件的銹蝕是一個化學反應和電化學反應過程,也是一個多種物質的多種形式的反應,很難用一種或兩種反應方式進行解釋,但造成鋁合金門窗五金件銹蝕損壞的原因,在自然條件下主要是電化學腐蝕。

鋁合金門窗一般是由鋁(型材)、不銹鋼(組件)、鋅合金(組件)、碳素鋼(組件)等組成,這些不同電極電位又相互接觸的金屬在腐蝕介質中組成原電池,從而發生電化學腐蝕。尤其在海洋大氣、工業大氣中,鋁合金門窗的這種材質結構就決定了發生電化學腐蝕的必然性。貴州鋁合金門窗還要說其中鋁合金型材由于本身易于鈍化,電位相對其他材料講由負變正從而減緩或停止腐蝕,而電位較負的鋼制零件會加劇腐蝕,造成五金件的損壞。

影響鋁合金門窗五金件腐蝕的氣象因素

濕度

由于空氣中的水分凝聚成液態水膜是形成腐蝕原電池的必要條件,因此空氣的濕度是主要因素,當濕度達到某一臨界值時表面形成水膜,腐蝕速度加劇。

明確節能門窗的含義

高溫高濕時,氣溫升高加速腐蝕。溫度交變由高溫驟降時(晚間),使大氣中的水汽凝聚成膜,也可加速腐蝕過程。潮濕時間逾長,腐蝕也愈嚴重。一般講晝夜溫差大于6℃,氣溫在5℃~50℃的范圍內變化時,只要相對濕度達到65%~75%就會出現凝霧現象。

大氣污染

正常情況下,空氣中的腐蝕介質很少,只有氧對金屬的腐蝕是經常性的,但隨著各國工業企業的不斷發展,空氣中的有害氣體和粉塵也大量增加,如煤、煤油、柴油燃燒后生成的二氧化碳、二氧化硫等氣體。還有大量的塵埃,如煙霧、煤灰、氯化物和其他酸、堿、鹽顆粒等也散布到大氣中,有的本身就具有腐蝕性,有的是凝在水珠中對金屬具有腐蝕作用。

鋁合金門窗五金件的防腐措施

選用合適的材料

現階段,市場中流通的節能門窗均具有一定的不足,塑料材質會由于溫差原因而導致變形,進而對密封性能產生不利影響,而鋁合金又需要對隔熱條進行加大,才能將其自身所具有的保溫性能進行最大化展示,但是將上述兩種材料進行復合,又會因為線膨脹系數存在的差距,影響復合門窗強度。通過調查分析可以發現,綜合性能較為優秀的節能門窗為玻璃鋼窗和實木門窗兩種,但是實木門窗的價格相對昂貴,在市場上難以大量流通。因此,文章以玻璃鋼窗作為主要研究方向。

(1)采用與鋁型材電位差相近的材料

貴州鋁合金門窗還要說采用與鋁型材電位差相近的材料或采用耐蝕性較好的材料是最佳選擇之一,如采用鋁合金制作執手、鉸鏈及各種連接件。這種同金屬組合是避免產生自偶電池的理想設計。但也有許多零件因為強度或制作難度的原因,不易采用鋁及鋁合金,那么耐蝕性較好的不銹鋼也應是首選材料之一。

不銹鋼一般都具有防銹效果,只要鋼中的Cr大于12。但在鋼中只含有Cr一種單一元素的不銹鋼,其耐蝕性能并不十分好,也易生銹。只有鋼中含有鈦,促使碳化物穩定,才具有較高的抗腐蝕性能,如1Cr18Ni9Ti。耐蝕性好的不銹鋼一般是在鋼中含有鉻、鎳、鈦等成分構成,其本身就是一個復雜的原電池結構,故而化學穩定性好。在許多酸、堿、鹽的溶液中,在有機酸、蒸汽及濕空氣中耐腐蝕性高,采用不銹鋼會減少或避免型材產生電偶腐蝕的危害性。

(2)采用鋅合金并作適當的表面處理

鋅合金由于制作工藝簡單,成本低,在門窗五金件中被廣泛采用。鋅合金在酸、堿、鹽溶液中易被腐蝕,只是在大氣中表面易鈍化而抗氧化性能好。鋅合金件的表面保護一般采用金屬鍍膜或非金屬涂膜,典型的處理工藝包括鋅合金鈍化處理、鍍鋅鈍化、涂漆、噴塑粉等,其中前者的耐磨性好,鈍化膜有一定的耐酸堿性能,可以延長零件的耐腐蝕時間;后者屬非金屬膜層,具有較好的絕緣性,可以避免出現電偶腐蝕。目前市場上有一種表面處理方法——電鍍珍珠鉻。

珍珠鉻膜層硬度高,耐磨性好,更具有不銹的防腐蝕性能,外觀文雅、大方、漂亮。不論從防腐蝕的角度還是從外觀的選擇上看,珍珠鉻都是目前鋁合金門窗用五金件最好的表面處理方法之一。

(3)多選用不銹鋼材料

裸露的普通碳素鋼五金件一般不宜被作為鋁合金門窗五金材料,因為碳素鋼本身不具備表面鈍化的性能,在電化學腐蝕過程中是鋁合金門窗中的犧牲陽極。

較好的措施是表面鍍覆金屬膜層后,在與鋁型材接觸部位增加絕緣材料或非金屬涂層,以避免或減少電偶腐蝕對五金件的破壞性。不銹鋼具有優良的防腐蝕性能,應大力推廣采用不銹鋼來代替碳鋼制造門窗配件。但目前在五金產品標準中,只有滑撐這類產品有明確規定只能使用不銹鋼制造。

不銹鋼五金件在國內使用形勢不容樂觀,雖然早期也有用碳鋼加涂塑來制造的,但現在用戶唯一接受的就是不銹鋼滑撐。在相同的使用條件和要求下,如合頁、傳動鎖閉器、撐擋都大部分用碳鋼來制造。目前國內在合頁方面也開始趨向用不銹鋼制造,而傳動鎖閉器國外也開始用不銹鋼制造。因此,要宣傳和倡導生產使用不銹鋼五金件,如合頁、鉸鏈、傳動鎖閉器等,特別是用于外平開窗的配件,應舍棄碳鋼采用不銹鋼來制造。

進行相應表面處理

(1)鍍金屬防護層

電鍍

將需要作為鍍層的原料制成導電的水溶液,然后將五金件置于裝有上述溶液的電鍍槽中(不需鍍的部分可用絕緣漆封住),在外加電場的作用下,五金件的表面沉積了一層溶液中所含材料的薄膜,這一過程稱電鍍。五金件表面沉積的薄膜稱為電鍍層。電鍍層的材料可以是金屬或非金屬。

實踐表明,五金件表面形成的電鍍層不但美觀、光滑,而且與鍍層下面的基體金屬的結合強度也較高,鍍層不易脫落。另外,這層裝飾層還具有耐腐蝕、抗氧化和壽命長的特點。其價格比未鍍的五金件高出幾倍到幾十倍(與鍍層材料的價格以及電鍍工藝的難度有關)。

化學鍍

將作為鍍層材料的原料制成溶液,然后將待鍍的五金件浸入上述溶液中,利用合適的還原劑使溶液中原料沉積在五金件表面形成鍍層。這種利用化學反應的方法使五金件獲得鍍層的方法稱化學鍍。與電鍍相比,化學鍍不需要電源和電鍍設備,也可以鍍金屬和非金屬兩種鍍層,成本比電鍍低,但化學鍍法在五金件表面形成的鍍層,無論其耐腐蝕性、抗氧化性、耐久性以及與基體材料的結合強度均比電鍍的差。

另外,化學鍍層的厚度一般也比電鍍的薄一些,鍍層的硬度也比電鍍的低。這種化學鍍層單憑肉眼,是很難區分與電鍍層有何區別,只有專業人員借助專用設備方可檢驗。不過在現場簡單的檢驗方法為:用砂紙磨這兩種鍍層的表面,由于化學鍍層的硬度低,故其磨痕也比電鍍層的寬而且深。

刷鍍

刷鍍是一種特殊電鍍。與普通電鍍不同的是,刷鍍不需要電鍍槽,而是一邊向待鍍表面供應電鍍液,一邊用帶電的鍍刷(也稱鍍筆)在零件表面擦磨而獲得電鍍層的。由于不需要電鍍槽,故又稱無槽電鍍。刷鍍是一種特別經濟、方便的簡易電鍍法,所需要電源及設備也很簡單,可在任何簡陋的環境中一個人就可施工,這便為個體經營者提供了方便。

刷鍍不但可以鍍各種形狀的五金件,而且鍍速也遠高于電鍍和化學鍍,同時還可修復(補)已損壞的五金表面的鍍層,鍍層厚度最小為1μm,最厚可達2mm~3mm,就目前的技術來看,刷鍍同樣使五金件鍍上電鍍和化學鍍所能鍍的各種金屬和非金屬層。

值得注意的是,刷鍍層除外觀上像電鍍外,其他性能(如耐磨性、耐蝕性、抗氧化性、耐久性以及與基體金屬的結合強度)不但趕不上電鍍層,也趕不上化學鍍層。另外,刷鍍層與電鍍層只能用專用設備方可鑒別。通常用放大鏡看,刷鍍層的表面不如電鍍層光滑、有光澤,鍍層厚度也不如電鍍的均勻。

(2)鍍非金屬防護層

表面氧化處理

鋼制和鋁制五金件的表面在空氣中十分容易氧化。前者會生成一層結構疏松的鐵銹,這層鐵銹不但難看,而且空氣還會透過這層鐵銹繼續與下面的基體鋼材發生載化,直至整個鋼板全部變成鐵銹為止。鋁材表面則會生成一層略呈灰白色的氧化膜。貴州鋁合金門窗要說的是雖然鋁材表面的氧化膜比較致密,可基本阻止下面的鋁基體進一步載化,但其原來銀白色的光澤卻遭到較嚴重的破壞。

為了防止上面兩種現象的發生,除了鍍防護裝飾層外,也可以在新制成的五金件表面人為地制造一層人工氧化膜。鋼制五金件表面的氧化膜,一般是在堿液中制取的。經氧化處理之后,其表面會生成一層藍黑色的致密的Fe2O氧化膜(即人們通常所說的烤藍),鋁制五金件的表面則生成一層質地均勻的Al2O3氧化膜。

鋼制和鋁制五金件表面人工生成的氧化膜,不但美觀、平整、致密,而且與基體的結合強度要高得多,很難磨去。這層氧化膜還可阻止其下面的金屬進一步與空氣或其他有害氣體發生作用而腐蝕。由于鋼制和鋁制五金件表面的這種氧化膜,已失去其原有的金屬性質變為非金屬了,故也稱它們為非金屬防護裝飾層。

表面噴涂

金屬五金件表面噴涂的非金屬防護裝飾層,目前主要是塑料和油漆。塑料和油漆的顏色可以說無所不有,這是通常金屬裝飾層所不及的。但塑料和油漆層的主要缺點是抗氧化和紫外線的能力差,隨著時間的推移會漸漸老化、變脆,失去原先那種明亮的色澤,開始發暗并產生龜裂、脫落,另外,它們與金屬的結合強度也不如金屬鍍層高,容易磨去,因此,不適應作為活動零件的防護裝飾涂層。為了提高油漆在金屬表面的性能,五金件的漆層多用氨基烘漆(烤漆)。對于一些有特殊性能的要求,如防油、絕緣、有熒光等,也可以噴涂這些專用油漆。對于噴涂塑料和油漆防護裝飾層的五金件,多用于中檔以下的家具。

(3)采用雙層防腐蝕

目前鋁合金門窗五金配件中大量使用的材料是碳鋼,如傳動鎖閉器、襯鋼等。對碳鋼而言,腐蝕的主要原因是鍍鋅層厚度不夠。對碳鋼鍍件應要求增加鍍鋅層厚度,同時還應加強后處理工藝,用無機鹽如硅酸鹽類或有機膜進行覆蓋處理,這樣能極大提高鍍鋅層的耐腐蝕性,經封閉后原彩虹色的鈍化膜成為金黃色。

在五金配件中有部分零件采用鋼板沖壓后表面噴塑或噴漆處理。這類產品如以中性鹽霧試驗可達1000小時,但在實際使用中這類產品的防腐蝕性很差,因為這類產品主要靠有機膜的覆蓋達到防銹效能,一旦涂層被破壞,基底金屬很快就產生腐蝕。在實際使用中特別是在安裝過程中難免碰傷表面的覆蓋層,特別在邊緣和棱角處,而這些部位由于邊緣效應,有機覆蓋層又特別薄。建議用鍍鋅層作噴涂的前處理,這樣即使有機覆蓋層破壞后,內部還有鍍鋅保護層。實踐證明,采用這一工藝后產品的防腐蝕性能將大大提高。

上述兩種形式都有一個共同點,即都采用了雙層防腐蝕法。前者以鍍鋅為主,加覆透明有機保護膜,從外觀上看是鍍鋅零件,后者以有機涂層為主,輔以鍍鋅層,外觀上看是涂塑零件。

(4)采用新技術、新工藝、新材料

采用新技術、新工藝、新材料是提高門窗五金配件耐腐蝕性的必由之路。國外五金生產商采用物理氣相鍍(簡稱PVD,亦稱真空鍍)生產出外觀和防腐性極佳的五金配件。真空鍍具有附著力強、鍍層不易脫落;繞射性好,鍍層厚度均勻;鍍層致密,針孔氣泡少;鍍前易處理,工藝簡單;用料省,無公害等優點。可在金屬或非金屬表面上鍍制單質、合金或化合物。曾廣泛用于航空、宇航、電子和光學等工業部門中制備各種特殊性能的鍍層。

隨著真空鍍設備的不斷完善、大型化和連續化,以及涂料涂裝技術的發展,可獲得結合力好、耐磨性強、光亮度高的裝飾性鍍層。國外在執手、鉸鏈等一些配件表面,采用真空鍍Au、Ag、Al、Zr、TiN、1Cr18Ni9等,而獲得綜合性能極佳的外表面,使執手、鉸鏈等這些單一功能性配件成為具有使用功能和裝飾雙重性能的配件。

通過PVD技術也可改變如執手類配件單一用金屬制造的觀念,國外很多配件,特別是執手類都采用工程塑料來制造,由于采用注塑工藝可大大提高勞動生產率和降低產品成本,再通過PVD技術使其外觀金屬化。其次,如氟碳噴涂、陰極電泳等表而處理的新技術、新工藝在門窗鋁型材已有應用,用此生產出耐老化性、耐腐蝕性都極好的鋁合金門窗,因此門窗配件也應隨著型材性能的不斷提高,改變單一鍍鋅、噴涂這一表面處理工藝,盡快采用新技術、新工藝、新材料。

鋁合金門窗以其外型美觀、開啟靈活、使用方便、重量輕、采光面積大而被越來越多的建筑采用,而門窗又往往是隨著五金配件的技術進步,來提高其功能的完善的。

由于鋁合金在自然條件下極易鈍化的特點,五金件選用一般金屬材料時,鋁合金門窗的結構形式都會是大陰極小陽極的組合。如何避免或減少電偶腐蝕,采用鋁或鋁合金是最佳選擇。不銹鋼牌號較多,應選擇耐腐蝕性能較好的品種。碳素鋼在使用時應增加絕緣層或非金屬涂層,才能有效地防止出現電化學腐蝕。尤其在世界各國工業崛起的今天,工業大氣對門窗及五金的危害已相當普遍,五金件的材質選擇,以及恰當的表面保護已受到業內人士的重視。

貴州鋁合金門窗最后要說的是近年來,鋁合金型材在許多方面做了改進,如采用表面靜電噴涂,使鋁合金表面顏色做到豐富多彩,這也使得鋁合金門窗為新建住宅小區豐富立面效果起了關鍵作用,拓展了使用空間。


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