铝合金门窗五金配件的防腐措施

一、 前言
　　现代建筑门窗按型材品种大致可分为：塑料窗、 复合材料窗、铝合金窗，其中铝合金窗是如今我国主 要的建筑门窗产品，在当今建筑中占相当大比重。 事实上无论从抗风压、水密性、气密性等性能还是从 环保方面，铝合金窗都有其优越性。这是因为与相同截面的塑料窗相比，铝合金窗的惯性矩是塑料窗的3-4倍；随着铝合金型材中隔热断桥的使用，铝合金窗的保温、隔热性能大大提高，非常适应现今大力提倡的节能要求。铝合金门窗五金配件是其重要组成部分，它的性能和质量对门窗功能发挥具有重要影响。由于现代技术的不断发展，门窗五金配件(拉手、扶手、铰链、滑轨、连接件等)，也越来越多地涌入市场。这些产品的形状和颜色，五花八门，琳琅满目，使门窗的实用性和外观增色不少。但由于零件材料和表面装饰层材料的不同，它们的使用寿命(主要指的耐腐蚀性、耐久性和强度)相差甚远，即使色泽相同，甚至手感也相似的铝合金窗配件其差距可达数倍乃至数十倍。铝合金门窗五金件除了考虑必须具备有足够的机械强度后，还要注意所选用的材料与铝合金接触使用时，能否保持较好的耐蚀性。铝合金门窗五金件能否达到设计寿命要求，对铝合金门窗在使用过程中的安全性、耐久性十分重要，只有两者结合好才能真正发挥铝合金门窗美观大方、经久耐用的特点。
    二、铝合金门窗五金件腐蚀特点和机理
    2.1　配件材料
　　不同的窗型五金配件的结构和材料不尽相同，一般铝合金门窗五金配件材料是与型材相配的。厂商是首先选择型材，然后再选择五金配件。这样有时就会导致由于型选择的不标准，找不到可配的五金件。现在厂商大部分都会先考虑型材和五金配件的配合后，再给以取舍。材料是保证门窗的性能、质量和安全的关键物质基础。目前，铝合金门窗所用的大多数材料包括各种附件等均已有国家或行业标准，但是还会有部分材料在尚无国家或行业标准的情况下生产。一般来说，铝合金门窗配件的材料中，执手、传动件等采用压铸锌合金；合页等采用铝合金；合页轴、锁点等采用不锈钢，锁座等采用锌合金或不锈钢材料；滑撑、风撑等采用不锈钢；塑料件均采用尼龙66的改性塑料。对于金属件，根据其所使用的不同环境，进行了有效的表面处理，主要是考虑耐大气腐蚀及与所接触的材料腐蚀以及不同金属材料之间的电化学腐蚀。
    2.2　腐蚀特点
　　铝及铝合金是～种高导电、导热的金属材料，在自然状态下表面极易钝化，在潮湿的酸性条件下表面氧化生成A1203·3H20，水合氧化铝本身较稳定，且铝及铝合金制成的门窗型材一般进行了特定的处理，具有较高性能的防腐能力，防腐薄弱部位主要是在五金件上，而五金件的电偶腐蚀不单是在本身，更受铝型材的电极影响，在一定条件下腐蚀会不间断的进行。
　　对于铝合金门窗安装碳素钢五金件，属于大阴极面积和小阳极面积的组合，当腐蚀开始时，锈蚀产物总是在五金件与门窗型材接触的边缘部位出现，而且最初是围绕接触点的周边，而后连成一片。这是因为铝型材与碳素钢五金件之间的电位差通过接触构成原电池，在冷凝水膜的介入下接触部位产生铁的氧化反应[F+刁，非接触部位发生氧的还原反应出现【OH。1】，在电场的驱动下两者向中间移动，在边缘相遇生成人们可以见到的腐蚀产物，其实腐蚀最严重区在接触面，只是见不到腐蚀产物罢了。由于大气中氯、二氧化硫等介质的加入，会促进碳素钢材的溶解，从而加快五金件的损坏速度。
    2.3　腐蚀机理
　　一般讲铝合金门窗五金件的锈蚀是一个化学反应和电化学反应过程，也是一个多种物质的多种形式的反应，很难用一种或两种反应方式进行解释，但造成铝合金门窗五金件锈蚀损坏的原因，在自然条件下主要是电化学腐蚀。铝合金门窗一般是由铝(型材)、不锈钢(组件)、锌合金(组件)、碳素钢(组件)等组成，这些不同电极电位又相互接触的金属在腐蚀质中组成原电池，从而发生电化学腐蚀。尤其在海洋大气、工业大气中，铝合金门窗的这种材质结构就决定了发生电化学腐蚀的必然性。其中铝合金型材由于本身易于钝化，电位相对其他材料讲由负变正从而减缓或停止腐蚀，而电位较负的钢制零件会加剧腐蚀，造成五金件的损坏。
    三、影响铝合金门窗五金件腐蚀的气象因素
    3.1　湿度
　　由于空气中的水分凝聚成液态水膜是形成腐蚀原电池的必要条件，因此空气的湿度是主要因素，当湿度达到某一临界值时表面形成水膜，腐蚀速度加剧。五金件常用金属的腐蚀临界相对湿度。
    3.2　温度
　　高温高湿时，气温升高加速腐蚀。温度交变由高温骤降时(晚间)，使大气中的水汽凝聚成膜，也可加速腐蚀过程。潮湿时间逾长，腐蚀也愈严重。一般讲昼夜温差大于6。C，气温在5。C～50。C的范围内变化时，只要相对湿度达到65％-75％就会出现凝雾现象。  
    3.3　大气污染
　　正常情况下，空气中的腐蚀介质很少，只有氧对金属的腐蚀是经常性的，但随着各国工业企业的不断发展，空气中的有害气体和粉尘也大量增加，如煤、煤油、柴油燃烧后生成的二氧化碳、二氧化硫等气体。还有大量的尘埃，如烟雾、煤灰、氯化物和其他酸、碱、盐颗粒等也散布到大气中，有的本身就具有腐蚀性，有的是凝在水珠中对金属具有腐蚀作用。
    四、铝合金门窗五金件防腐措施
    4.1　选用合适的材料
    4.1.1　采用与铝型材电位差相近的材料
　　采用与铝型材电位差相近的材料或采用耐蚀性较好的材料是最佳选择之一，如采用铝合金制作执手、铰链及各种连接件。这种同金属组合是避免产生自偶电池的理想设计。但也有许多零件因为强度或制作难度的原因，不易采用铝及铝合金，那么耐蚀性较好的不锈钢也应是首选材料之一。不锈钢一般都具有防锈效果，只要钢中的Cr大于12。但在钢中只含有Cr一种单一元素的不锈钢，其耐蚀性能并不十分好，也易生锈。只有钢中含有钛，促使碳化物稳定，才具有较高的抗腐蚀性能，如1Crl8Ni9Ti。耐蚀性好的不锈钢一般是在钢中含有铬、镍、钛等成分构成，其本身就是一个复杂的原电池结构，故而化学稳定性好。在许多酸、碱、盐的溶液中，在有机酸、蒸汽及湿空气中耐腐蚀性高，采用不锈钢会减少或避免型材产生电偶腐蚀的危害性。
    4.1.2　采用锌合金并作适当的表面处理
　　锌合金由于制作工艺简单，成本低，在门窗五金件中被广泛采用。锌合金在酸、碱、盐溶液中易被腐蚀，只是在大气中表面易钝化而抗氧化性能好。锌合金件的表面一般采用金属镀膜或非金属涂膜，典型的处理工艺包括锌合金钝化处理、镀锌钝化、涂漆、喷塑粉等，其中前者的耐磨性好，钝化膜有一定的耐酸碱性能，可以延长零件的耐腐蚀时间；后者属非金属膜层，具有较好的绝缘性，可以避免出现电偶腐蚀。目前市场上有一种表面处理方法一一电 镀珍珠铬。珍珠铬膜层硬度高，耐磨性好，更具有不锈的防腐蚀性能，外观文雅、大方、漂亮。不论从防腐蚀的角度还是从外观的选择上看，珍珠铬都是目前铝合金门窗用五金件最好的表面处理方法之一。
    4.1.3　多选用不锈钢材料
　　裸露的普通碳素钢五金件一般不宜被作为铝合金门窗五金材料，因为碳素钢本身不具备表面钝化的性能，在电化学腐蚀过程中是铝合金门窗中的牺牲阳极。较好的措施是表面镀覆金属膜层后，在与铝型材接触部位增加绝缘材料或非金属涂层，以避免或减少电偶腐蚀对五金件的破坏性。不锈钢具有优良的防腐蚀性能，应大力推广采用不锈钢来代替碳钢制造门窗配件。但目前在五金产品标准中，只有滑撑这类产品有明确规定只能使用不锈钢制造。不锈钢五金件在国内使用形势不容乐观，虽然早期
也有用碳钢加涂塑来制造的，但现在用户唯一接受的就是不锈钢滑撑。在相同的使用条件和要求下，如合页、传动锁闭器、撑挡都大部分用碳钢来制造。目前国内在合页方面也开始趋向用不锈钢制造，而传动锁闭器国外也开始用不锈钢制造。因此，要宣传和倡导生产使用不锈钢五金件，如合页、铰链、传动锁闭器等，特别是用于外平开窗的配件，应舍弃碳钢采用不锈钢来制造。
    4.2　进行相应表面处理
    4.2.1　镀金属防护层
    4.2.1.1　电镀
　　将需要作为镀层的原料制成导电的水溶液，然后将五金件置于装有上述溶液的电镀槽中(不需镀的部分可用绝缘漆封住)，在#l-／JⅡ电场的作用下，五金件的表面沉积了一层溶液中所含材料的薄膜，这一过程称电镀。五金件表面沉积的薄膜称为电镀层。电镀层的材料可以是金属或非金属。
　　实践表明，五金件表面形成的电镀层不但美观、光滑，而且与镀层下面的基体金属的结合强度也较高，镀层不易脱落。另外，这层装饰层还具有耐腐蚀、抗氧化和寿命长的特点。其价格比未镀的五金件高出几倍到几十倍(与镀层材料的价格以及电镀工艺的难度有关)。
    4.2.1.2　化学镀
　　将作为镀层材料的原料制成溶液，然后将待镀的五金件浸入上述溶液中，利用合适的还原剂使溶液中原料沉积在五金件表面形成镀层。这种利用化学反应的方法使五金件获得镀层的方法称化学镀。与电镀相比，化学镀不需要电源和电镀设备，也可以镀金属和非金属两种镀层，成本比电镀低，但化学镀法在五金件表面形成的镀层，无论其耐腐蚀性、抗氧化性、耐久性以及与基体材料的结合强度均比电镀的差。
　　另外，化学镀层的厚度一般也比电镀的薄一些，镀层的硬度也比电镀的低。这种化学镀层单凭肉眼，是很难区分与电镀层有何区别，只有专业人员借助专用设备方可检验。不过在现场简单的检验方法为：用砂纸磨这两种镀层的表面，由于化学镀层的硬度低，故其磨痕也比电镀层的宽而且深。
    4.2.1.3　刷镀．
　　刷镀是一种特殊电镀。与普通电镀不同的是，刷镀不需要电镀槽，而是一边向待镀表面供应电镀液，一边用带电的镀刷(也称镀笔)在零件表面擦磨而获得电镀层的。由于不需要电镀槽，故又称无槽电镀。刷镀是一种特别经济、方便的简易电镀法，所需要电源及设备也很简单，可在任何简陋的环境中一个人就可施工，这便为个体经营者提供了方便。刷镀不但可以镀各种形状的五金件，而且镀速也远高于电镀和化学镀，同时还可修复(补)已损坏的五金表面的镀层，镀层厚度最小为1¨m，最厚可达2ram～3ram，就目前的技术来看，刷镀同样使五金件镀上电镀和化学镀所能镀的各种金属和非金属层。
　　值得注意的是，刷镀层除外观上像电镀外，其他性能(如耐磨性、耐蚀性、抗氧化性、耐久性以及与基体金属的结合强度)不但赶不上电镀层，也赶不上化学镀层。另外，刷镀层与电镀层只能用专用设备方可鉴别。通常用放大镜看，刷镀层的表面不如电镀层光滑、有光泽，镀层厚度也不如电镀的均匀。
    4．2．2　镀非金属防护层
    4．2．2．1 表面氧化处理
　　钢制和铝制五金件的表面在空气中十分容易氧化。前者会生成一层结构疏松的铁锈，这层铁锈不但难看，而且空气还会透过这层铁锈继续与下面的基体钢材发生载化，直至整个钢板全部变成铁锈为止。铝材表面则会生成一层略呈灰白色的氧化膜。虽然铝材表面的氧化膜比较致密，可基本阻止下面的铝基体进一步载化，但其原来银白色的光泽却遭到较严重的破坏。为了防止上面两种现象的发生，除了镀防护装饰层外，也可以在新制成的五金件表面人为地制造一层人工氧化膜。钢制五金件表面的
氧化膜，一般是在碱液中制取的。经氧化处理之后，其表面会生成一层蓝黑色的致密的Fe20氧化膜(up人们通常所说的烤蓝)，铝制五金件的表面则生成一层质地均匀的A120，氧化膜。
　　钢制和铝制五金件表面人工生成的氧化膜，不但美观、平整、致密，而且与基体的结合强度要高得多，很难磨去。这层氧化膜还可阻止其下面的金属进一步与空气或其他有害气体发生作用而腐蚀。由于钢制和铝制五金件表面的这种氧化膜，已失去其原有的金属性质变为非金属了，故也称它们为非金属防护装饰层。
    4．2．2．2　表面喷涂
　　金属五金件表面喷涂的非金属防护装饰层，目前主要是塑料和油漆。塑料和油漆的颜色可以说无所不有，这是通常金属装饰层所不及的。但塑料和油漆层的主要缺点是抗氧化和紫外线的能力差，随着时间的推移会渐渐老化、变脆，失去原先那种明亮的色泽，开始发暗并产生龟裂、脱落，另外，它们与金属的结合强度也不如金属镀层高，容易磨去，因此，不适应作为活动零件的防护装饰涂层。为了提高油漆在金属表面的性能，五金件的漆层多用氨基烘漆(烤漆)。对于一些有特殊性能的要求，如防油、绝缘、有荧光等，也可以喷涂这些专用油漆。对于喷涂塑料和油漆防护装饰层的五金件，多用于中档以下的家具。
    4．3 采用双层防腐蚀
    目前铝合金门窗五金配件中大量使用的材料是碳钢，如传动锁闭器、衬钢等。对碳钢而言，腐蚀的主要原因是镀锌层厚度不够。对碳钢镀件应要求增加镀锌层厚度，同时还应加强后处理工艺，用无机盐如硅酸盐类或有机膜进行覆盖处理，这样能极大提高镀锌层的耐腐蚀性，经封闭后原彩虹色的钝化膜成为金黄色。
　　在五金配件中有部分零件采用钢板冲压后表面喷塑或喷漆处理。这类产品如以中性盐雾试验可达1000小时，但在实际使用中这类产品的防腐蚀性很差，因为这类产品主要靠有机膜的覆盖达到防锈效能，一旦涂层被破坏，基底金属很快就产生腐蚀。在实际使用中特别是在安装过程中难免碰伤表面的覆盖层，特别在边缘和棱角处，而这些部位由于边缘效应，有机覆盖层又特别薄。建议用镀锌层作喷涂的前处理，这样即使有机覆盖层破坏后，内部还有镀锌保护层。实践证明，采用这一工艺后产品的防腐蚀性能将大大提高。
　　上述两种形式都有一个共同点，即都采用了双层防腐蚀法。前者以镀锌为主，加覆透明有机保护膜，从外观上看是镀锌零件，后者以有机涂层为主，辅以镀锌层，外观上看是涂塑零件。
    4．4 采用新技术、新工艺、新材料
　　采用新技术、新工艺、新材料是提高门窗五金配件耐腐蚀性的必由之路。国外五金生产商采用物理气相镀(简称PVD，亦称真空镀)生产出外观和防腐性极佳的五金配件。真空镀具有附着力强、镀层不易脱落；绕射性好，镀层厚度均匀；镀层致密，针孑L气泡少；镀前易处理，工艺简单；用料省，无公害等优点。可在金属或非金属表面上镀制单质、合金或化合物。曾广泛用于航空、宇航、电子和光学等工业部门中制备各种特殊性能的镀层。随着真空镀设备的不断完善、大型化和连续化，以及涂料涂装技术的发展，可获得结合力好、耐磨性强、光亮度高的装饰性镀层。国外在执手、铰链等一些配件表面，采用真空镀Au、Ag、Al、Zr、TiN、lCrl8Ni9等，而获得综合性
能极佳的外表面，使执手、铰链等这些单一功能性配件成为具有使用功能和装饰双重性能的配件。
　　通过PVD技术也可改变如执手类配件单一用金属制造的观念，国外很多配件，特别是执手类都采用工程塑料来制造，由于采用注塑工艺可大大提高劳动生产率和降低产品成本，再通过PVD技术使其外观金属化。其次，如氟碳喷涂、阴极电泳等表而处理的新技术、新工艺在门窗铝型材已有应用，用此生产出耐老化性、耐腐蚀性都极好的铝合金门窗，因此门窗配件也应随着型材性能的不断提高，改变单一镀锌、喷涂这一表面处理工艺，尽快采用新技术、新工艺、新材料。
    五、结束语
　　铝合金门窗以其外型美观、开启灵活、使用方便、重量轻、采光面积大而被越来越多的建筑采用，而门窗又往往是随着五金配件的技术进步，来提高其功能的完善的。由于铝合金在自然条件下极易钝化的特点，五金件选用一般金属材料时，铝合金门窗的结构形式都会是大阴极小阳极的组合。如何避免或减少电偶腐蚀，采用铝或铝合金是最佳选择。不锈钢牌号较多，应选择耐腐蚀性能较好的品种。碳素钢在使用时应增加绝缘层或非金属涂层，才能有效地防止出现电化学腐蚀。尤其在世界各国工业崛起的今天，工业大气对门窗及五金的危害已相当普遍，五金件的材质选择，以及恰当的表面保护已受到业内人士的重视。近年来，铝合金型材在许多方面做了改进，如采用表面静电喷涂，使铝合金表面颜色做到丰富多彩，这也使得铝合金门窗为新建住宅小区丰富立面效果起了关键作用，拓展了使用空间。