金属材料的涂装设计：以镁铝合金为例的三层处理

1.钢铁材料

冶铁技术的发明是人类社会进步的重要标志，钢铁的应用也为人类文明的发展和进步提供了极大的助力。整个钢铁应用历史，也是一部钢铁表面处理的历史。因为如果铁的各种合金材料不做表面处理，在环境中很容易被氧化腐蚀，也就是人们日常所说的“生锈”，而钢铁腐蚀会导致钢铁材料从外及里地被消耗，并且逐渐失去自身功能和价值。据统计当前世界上每年约1/3的钢铁因为氧化腐蚀（生锈）而失去应用价值。

几乎所有钢铁材料（不锈钢除外）都需要通过表面处理来防止或减缓腐蚀。而防护钢铁最为重要的处理工艺，就是对钢铁表面进行涂装。通过涂装的方式在钢铁材料表面覆盖涂膜，通过涂膜能够有效隔绝空气和水，进而能够非常有效地阻碍和延缓钢铁材料的氧化腐蚀。

对钢铁材料进行涂装最为主要的目的就是防腐，其次是提高钢铁材料的装饰性，因为丰富多样的涂料可以全然呈现在钢铁材料表面，使之多彩绚丽。虽然也有少部分的钢铁材料因为性能上的缺失，尤其是表面性能的不足，可以通过涂装来实现补充和提高，但是这种性能上的补充和提高是相对有限的。

综合对钢铁材料进行涂装的目的有三点：防腐、装饰、提升性能。三种功能可能同时具备，但是无论如何设计钢铁表面的涂装方案，防腐功能都是必备和基础，是钢铁表面涂装设计的前提。

2.铝合金/镁合金

钢铁材料之外，铝合金是人类社会生活当中应用最为广泛的金属材料。从化学活性来讲，铝金属的活性比铁的活性更大，因此更容易被氧化。铝金属表面与空气中的氧气接触就能够发生表层的铝被氧化成为氧化铝。理论上的纯铝材料，表面状态完全一致时，其表面形成的氧化膜结构致密，能够很好地防护内部的铝原子继续被空气氧化。但是实际应用的铝材料主要以合金为主，同时表面状态也存在差异，这使得铝制品材料在与空气接触时，形成的氧化层并不致密，而是呈现出与钢铁生锈类似的蓬松状的氧化物，长时间暴露在自然环境中，会出现与钢铁材料类似的现象，最终出现结构和性能的下降。但是基于铝金属以及与铝金属形成合金的金属的共同特性，通过人工的氧化处理，如阳极氧化、化学钝化等工艺，能够使铝合金表面形成致密的氧化膜，这种氧化膜能够很好地保护整体材料不被空气氧化腐蚀。

但是随着环境的恶化，酸雨逐渐成为人们生活当中较为常见的现象之一。而且铝制品表面的氧化膜属于两性金属氧化物，能够与酸和碱发生反应，因此酸雨能够破坏人们对于铝合金进行氧化处理形成的氧化膜，使得氧化处理后的铝合金也容易被侵蚀。当铝氧化膜被侵蚀之后，环境的雨水依旧呈现出酸性的情况下，铝金属制品会迅速地被腐蚀，同时空气当中的氧气还将与铝原子发生氧化反应，也会加速铝合金材料的腐蚀。

涂装对于金属材料的防护一直都是金属材料表面处理的重要手段，随着自然环境和应用环境的变化，铝合金材料通过涂装来防止铝制品的氧化腐蚀变得越来越重要。尤其是当铝合金成为社会生活当中的主要材料之后，人们对于材料表面装饰性的要求不断提高，涂装不仅要满足防腐功能，更要能为铝合金材料带来全新的装饰效果和表面性能。因而铝制品涂装的目的是防止铝制品被氧化腐蚀、使装饰美观以及提升材料表面功能。(www.xing528.com)

本书在此以用于电脑主体结构的镁铝合金材料的涂装设计为例，对整体的涂装设计进行陈述。图2—1为电脑上盖用镁铝合金涂装的设计示意图。

图2—1　电脑上盖用镁铝合金涂装的设计示意图

图2—1（a）为2018年之前的涂装设计方案，图2—1（b）为2018年后的涂装设计方案。如图2—1（a）所示，皮膜处理层是通过浸涂完成的，能够对整个工件进行全方位无死角的防氧化处理，尤其是内面不再进行喷漆，皮膜能够防止镁铝合金材料在使用过程中被空气氧化。然后在皮膜表面做粉末涂膜，由于镁铝合金材料的成型工艺是压铸工艺，定然会在表面形成气孔等缺陷，通过粉末涂膜能够将基材表面的各种缺陷进行填充和封闭，形成平整而致密的涂膜。然而，在粉末涂膜表面依旧会由基材的一些缺陷造成表面的平整度不足，甚至是粉末涂膜自身的流平性也会存在一定的缺陷，为此在粉末涂膜表面做一层高固低黏的液态土，以确保涂膜能够完全平整无缺陷。以上的三层处理实际上是在电脑的涂装体系当中，完成了对于镁铝合金材料的处理。随后将开始进行装饰性涂膜和防护性涂膜的涂装，也就是底涂、中涂（有色涂膜）、面涂。其中底涂一是确保底材不会有缺陷，二是能够为有色涂膜的颜色均一性奠定良好的基础。中涂是为了实现设计装饰需求，为基材表面提供颜色和主体装饰效果，如金属感。最后是面涂，面涂是为了提供装饰表面、耐划伤和手感好等表面性能。图2—1（b）所示的设计方案是为了满足市场对于薄涂膜时代需求而进行的革新设计，其中微弧氧化（Micro-arc Oxidation，MAO）处理，一方面能够为镁铝合金表面提供极佳的防护性能，另一方面能够在很大程度上均匀化基材缺陷。基材也因镁铝合金材料的选择和压铸工艺进步而产生更少的缺陷。经过MAO处理之后，便可以通过底漆覆盖和填充效用，弥补基材的缺陷，继而进行中涂以及罩光清漆的涂装，就可以达到对于镁铝合金材料的涂装防护、装饰和表面功能提升的效果。其中图2—1（b）所示的涂装设计当中，选用的UV清漆是具有抗指纹效果的清漆，具有耐脏易清洁等功能。

3.其他金属材料

在人类生活当中，除铁、铝之外的金属材料，最多的便是铜、锌、镁、钛等金属。我们常见的所有金属（除钛合金等特殊合金外）都会在使用环境当中呈现出或多或少的腐蚀现象，由于腐蚀首先影响的就是金属材质的外观，所以，几乎所有具有装饰功能的金属表面都需要进行涂装来解决防护和美观的双重作用。

如铜制品，在人类应用铜金属的过程中，对铜制品表面几乎都不会做任何的表面处理。不对铜制品做表面处理和防护，并不是说铜制品不会出现腐蚀，而是铜作为工艺品在室内和自然环境较好的场合下使用，铜的腐蚀较慢，只有长期处于户外才容易腐蚀变黑、长铜绿等，这也成了人们对于铜制品的通常认识，因此人们不提及铜制品的防护。但是随着铜制品进入人们生活的装饰细节当中，铜制品的涂装防护也变得尤为重要。人们不能接受铜门和铜制家装饰品的发黑、长绿斑等现象，因而铜制品的涂装也成为很多铜制品应用过程中一项必不可少的表面处理环节。

其他的金属制品也一样，即便当前主要使用场合并没有要求进行涂装，但是随着应用环境的变化，涂装或许成为该材料能够满足新的应用的必要环节。