Els aliatges d'alumini s'utilitzen àmpliament en la construcció, automòbils, aeroespacial, electrònica i envasos a causa de la seva lleugera resistència a la corrosió i excel·lent rendiment de processament. El recobriment és el procés bàsic per millorar les propietats superficials dels aliatges d’alumini (com la resistència a la corrosió, la resistència al desgast i la decoració). Les diferències de composició de diferents aliatges afecten directament el seu rendiment de recobriment. Aquest article se centra en tres aliatges d’ús comú 1100, 3003 i 5005 per a una anàlisi comparativa sistemàtica, des de propietats del material fins al rendiment del recobriment del rendiment del recobriment, cobrint les seves propietats del material, els requisits de pretractament de la superfície, l’adhesió de recobriment, la resistència a la corrosió, els escenaris d’aplicació i els suggeriments d’optimització.
1. Comparació de les propietats bàsiques d’aliatge i la idoneïtat de recobriment
1) Aliatge 1100 (sèrie d'alumini pur)
Composició i característiques: puresa de més del 99%(contingut d’alumini superior o igual al 99,0%), que conté ferro de traça (0,95%) i silici (0,95%). Es tracta d’un aliatge reforçat no tractat amb una resistència a la tracció d’uns 90 MPa, alta ductilitat, baixa resistència, excel·lent conductivitat elèctrica/tèrmica i reflectivitat.
- Característiques: alumini d’alta puresa, excel·lent conductivitat elèctrica i tèrmica, baixa resistència (resistència a la tracció d’uns 90 MPa), excel·lent resistència a la corrosió, fàcil processament (dibuix profund, flexió).
- Aplicacions típiques: envasos d’aliments, contenidors químics, peces decoratives, parets de cortina d’edificació.
• Ideaniabilitat del recobriment:
o Avantatges: pel·lícula d’òxid de superfície uniforme, pretractament químic fàcil (com el fosfat, la cromització), adequada per a processos d’anodització i ruixat. La seva alta puresa redueix la interferència de les impureses en l’adhesió del recobriment.
o Inconvenients: baixa resistència mecànica (resistència a la tracció és d’uns 90 MPa), una deformació fàcil durant el processament, que pot provocar un esquerdament del recobriment; L’elevada reflectivitat requereix un tractament especial de mat per millorar la uniformitat del recobriment.
2) Aliatge 3003 (sèrie d'alumini-manganès)
Composició i característiques: aliatge d'alumini-manganès, que conté 1,0-1,5% de manganès, 0,7% de ferro i 0,6% de silici. Després d’afegir manganès, la força s’incrementa al voltant d’un 20% en comparació amb 1100 (resistència a la tracció 110-130 MPa), la resistència a la corrosió es millora significativament i el rendiment de soldadura és excel·lent.
- Característiques: resistència mitjana (resistència a la tracció d’uns 110-130 MPa), la resistència a la corrosió és millor que l’alumini pur (especialment resistent als ambients humits) i la soldabilitat és bona.
- Aplicacions típiques: panells de sostre, dipòsits de combustible d’automòbils, estris de cuina, parets de cortina d’edificació.
• Ideaniabilitat del recobriment:
o Avantatges: Les partícules de fase Al-Mn formades per elements de manganès milloren la duresa de la superfície i redueixen la necessitat de mòlta mecànica abans de pintar; Apte per a entorns exteriors (com ara les parets de la cortina de construcció), el recobriment té una excel·lent resistència al temps.
o Inconvenients: el manganès pot causar la diferència de color anoditzant i cal controlar els paràmetres d’electròlits; Les zones de soldadura requereixen una reparació addicional del recobriment per evitar la corrosió.
3) ALLOY 5005 (sèrie d'alumini-magnesi)
Composició i característiques: aliatge d’alumini-magnesi, que conté un 0,5-1,1% de magnesi, un 0,2% de manganès i un 0,3% de silici. Després de contenir magnesi, la força es millora encara més (resistència a la tracció 140-180 MPa), tant amb resistència a la corrosió com amb processabilitat, i sovint s’utilitza en vaixells i vehicles.
- Característiques: alta resistència (resistència a la tracció d’uns 140-180 MPa), excel·lent resistència a la corrosió (especialment resistència a l’entorn de polvorització de sal) i un bon rendiment anoditzador.
- Aplicacions típiques: components de la nau, edificis exteriors, carcasses electròniques.
• Adaptabilitat del recobriment:
o Avantatges: el magnesi promou la formació de la pel·lícula d'òxid dens, té una excel·lent resistència a la corrosió de polvorització de sal i és adequat per al recobriment del medi marí; L’alta formabilitat és adequada per al procés complex de polvorització de superfície corbada.
o Inconvenients: el contingut massa elevat de magnesi (com el 5052) pot causar corrosió intergranular, requerint un tractament estricte de passivació superficial; El coeficient d’expansió tèrmica elevat, el recobriment ha de ser elàstic per afrontar la deformació de la diferència de temperatura.
2. Comparació dels indicadors bàsics del rendiment del recobriment
El rendiment del recobriment depèn dels següents factors bàsics:
1) Característiques de la capa d'òxid de superfície: uniformitat i densitat de la capa d'òxid d'alumini natural (Al₂o₃).
2) Procés de pretractament: efecte del tractament de conversió i conversió química (com la cromització, el fosfat, el tractament sense crom).
3) Adhesió de recobriment: unió química entre recobriment i substrat.
4) Resistència a la corrosió ambiental: resistència al ruixat de sal, la humitat i la calor i l’envelliment UV després del recobriment.
1) Complexitat del procés de pretractament
• 1100: desgreixant + rentat alcalí + conversió química (com el tractament amb cromat). El procés és senzill, però cal controlar el gruix de la pel·lícula d'òxid per evitar que el gruix excessiu provoqui una adhesió de recobriment reduït.
• 3003: el manganès pot reduir el temps de rentat alcalí, però el rentat àcid és necessari per eliminar els compostos Al-Mn segregats a la superfície, en cas contrari, es generen fàcilment forats de recobriment.
• 5005: La presència de magnesi requereix l’ús d’un agent passivador lliure de fluor per evitar l’ennegrit de la superfície. El cost de pretractament és aproximadament un 15% superior al de les dues anteriors.
2) Adhesió i durabilitat del recobriment
• 1100: La pel·lícula anoditzada té la millor força d’enllaç (fins a 25 MPa o més), però la resistència a les ratllades després de ruixar és pobra i és adequada per a panells decoratius interiors.
• 3003: The adhesion of powder coating (cross-hatch test level 0) is better than that of liquid coating, and the light retention rate after 10 years of outdoor exposure is >80%.
• 5005: el recobriment de resina epoxi pot suportar la prova de polvorització de sal fins a 2000 hores sense caure, però el recobriment curat per UV és propens a la groguenament a causa de la migració de magnesi.
3) Efecte d’estabilitat i aparença del color
• 1100: la base d’alta puresa té la millor consistència del color i és adequada per al recobriment de textura metàl·lica de gran llom (com ara panells d’aparells domèstics).
• 3003: després de l’anodització, els tons blancs grisencs són propensos a aparèixer i cal afegir colorants per compensar; La diferència de color de les plaques recobertes del color s’ha de controlar dins de ± 0,5 NB.
• 5005: l’element de magnesi fa que els recobriments de color fosc (com el gris fosc i el negre) siguin propensos a la pantalla de colors desiguals, i els recobriments de color clar són més estables.
4) Requisits de pretractament de la superfície
- Aliatge 1100:
- Avantatges: la capa d’òxid de superfície d’alumini d’alta puresa és uniforme, l’eficiència de desgreixes i escabetx és alta i el procés de pretractament és senzill.
- Reptes: La baixa resistència pot causar danys a la superfície durant la neteja mecànica (com ara la sandblasting).
- Pretractament recomanable: desgreixament alcalí → Recollida d’àcids nítrics → Tractament de cromització (adhesió millorada).
- Aliatge 3003:
- Avantatges: el compost intermetàlic (al₆mn) format per manganès augmenta la duresa de la superfície i suporta un fort pretractament.
- Reptes: cal controlar el temps d’escabetx per evitar l’exposició d’elements de manganès i provocar porus de recobriment posteriors.
- Pretractament recomanat: tractament de conversió de fosfats (millorar l’adhesió del recobriment).
- Aliatge 5005:
- Avantatges: el magnesi promou la formació d’una capa d’òxid més densa, adequada per al pretractament anoditzador.
- Reptes: El contingut massa elevat de magnesi pot provocar una pel·lícula de conversió desigual i cal controlar el valor de pH de la solució de tractament.
- Pretractament recomanat: tractament de zirconització lliure de crom (tendència de protecció ambiental) + anodització (per millorar la resistència a la corrosió).
5) Adhesió de recobriment
- Aliatge 1100:
- Qualificació d’adhesió (ASTM D3359): 4B (màxim 5B), l’alumini pur té una alta activitat superficial i és fàcil de formar enllaços químics amb el recobriment.
- Limitacions: la superfície és massa tova i és propensa a les esquerdes si s’impacta després del recobriment.
- Aliatge 3003:
- Classificació d’adhesió: 4B-5B, l’element manganès millora la rugositat superficial i té un efecte d’ancoratge mecànic significatiu.
- Avantatges: Apte per a recobriments gruixuts (com els recobriments de pols) amb un excel·lent rendiment anti-peeling.
- Aliatge 5005:
- Qualificació d’adhesió: 5B, magnesi promou l’estructura porosa de la capa d’òxid i millora la penetració del recobriment.
- Millor partit: Primer de resina epoxi + sistema de tapa de poliuretà.
6) Resistència a la corrosió (després del recobriment)
- Prova de polvorització de sal (ASTM B117):
; Aliatge|Temps d'aparença de rovell blanc (hores)|Temps d'aparença de rovell vermell (hores) |
| 1100 | 800-1000 | 1200+ |
| 3003 | 1000-1200 | 1500+ |
| 5005 | 1500+ | 2000+ |
- Prova de calor humida (ASTM D4585):
- 5005 funciona millor perquè el magnesi inhibeix la reacció de corrosió catòdica.
7) Adaptabilitat del procés de recobriment
- Recobriment líquid:
- 1100 i 3003 són adequats per ruixar i submergir; 5005 necessita ajustar el nivell de recobriment a causa de la seva alta duresa superficial.
- Recobriment de pols:
- 3003 i 5005 són millors perquè tenen menys deformació quan es curen a alta temperatura (200 graus).
- Anoditzador + recobriment electroforètic:
- El gruix de 5005 pel·lícules anoditzades pot arribar a 15-20 μm i el recobriment electroforètic té la millor uniformitat.
3. Escenaris d’aplicació i casos típics
1) Camp de construcció
• 1100: usats per als sostres interiors (revestiment mat), basant -se en la seva alta reflectivitat per millorar l’eficiència de la il·luminació.
• 3003: teulades, parets de cortina (requereix recobriments d’alta resistència al clima com el ruixat de fluorocarbon). La quota de mercat dels panells recoberts de colors de la paret de les cortines supera el 60%. Un exemple típic són els panells decoratius exteriors del Burj Khalifa a Dubai, que s’han demostrat resistents a la corrosió de sorra i pols.
• 5005: decoració exterior dels edificis costaners (requereix resistència a l’esprai de sal). La primera opció per a cobertes de sostres d’edificis costaners, com el sostre de l’hotel Marina Bay Sands de Singapur, el sistema de recobriment inclou primer capell de fluorocarbon.
2) Transport
• 3003: Els panells interiors de carruatges ferroviaris d’alta velocitat estan recoberts de pols per complir l’estàndard retardant de la flama EN 45545-2.
• 5005: panells del cos (alta resistència + recobriment electroforètic). Recobriment anti-parlant (epoxi + quars de sorra) per a cobertes de vaixells, amb un coeficient de resistència al desgast de la classe A en estàndard ASTM D968.
3) Embalatge i electrònica
• 1100: carcassa del radiador (recobriment tèrmic + baix cost). Foil d'alumini envasat d'aliments sovint està recobert de pel·lícula PE, que no és tòxica i la certificació de la FDA.
• 3003: La carcassa de la bateria de liti utilitza un recobriment conductor, que té en compte blindatge electromagnètic i aïllament superficial.
4. Tendències de cost i mercat
• Cost del material: 1100 ＜ 3003 ＜ 5005 (la diferència de preu és d’uns 10-20%), però 5005 té un cost de cicle de vida inferior.
• Cost del procés: 5005 té el cost de pretractament més elevat (a causa dels requisits de tractament de magnesi), i 3003 té el millor rendiment general del cost de recobriment.
• Tendència: les regulacions mediambientals promouen la popularització de la tecnologia de pretractament lliure de crom i la tecnologia de pel·lícules de conversió de 3003 ha estat produïda en massa; 5005 té un augment significatiu de la demanda de recobriment de caixes de bateries en vehicles energètics nous.
5. Suggeriments d’optimització
1. ALLOY 1100: Afegiu el tractament de passivació de la superfície (com el tractament amb silà) per compensar la força insuficient.
2 Aliatge 3003: Utilitzeu la tecnologia d’oxidació de micro-arc per millorar l’adhesió del recobriment.
3. ALLOY 5005: Desenvolupar un procés de pretractament lliure de crom per complir les regulacions mediambientals.
6. Conclusió
• Aliatge 1100: Excel·lent rendiment en escenaris de baix cost i resistents a la corrosió, però una força mecànica insuficient després del recobriment. Apte per a escenaris interiors amb requisits de baix cost i d’aspecte elevat, però cal reforçar la protecció mecànica del recobriment.
• Aliatge 3003: equilibra el rendiment i el preu, la força i la processabilitat i és adequat per a entorns de càrrega mitjana. És una "opció universal" per als recobriments industrials arquitectònics i generals.
• Aliatge 5005: amb l'efecte reforçador del magnesi, s'ha convertit en la primera opció per a escenaris d'alta corrosió i escenaris d'alta adhesió. És insubstituïble en el camp de resistència a la corrosió de gamma alta, però ha d’estar equipat amb processos de recobriment d’alta precisió per exercir els seus avantatges de rendiment.
En el futur, la tecnologia de pretractament respectuosa amb el medi ambient i els sistemes de recobriment compost milloraran encara més el rendiment del recobriment d’aquests tres aliatges. La selecció real s’ha de combinar amb l’entorn específic, el pressupost i la concordança del sistema de recobriment. Es recomana verificar els indicadors clau (com ara la resistència a l’adhesió i a l’esprai de sal) mitjançant petites proves de mostra. Per obtenir més detalls tècnics, consulteu altres fonts. Aquesta anàlisi combina les transpectives de la ciència i la tecnologia de recobriment de materials i proporciona una referència sistemàtica per a la selecció i l’optimització de recobriment d’aliatge en aplicacions pràctiques.