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幕墙不锈钢的应用

2023-12-29
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     海南钢材批发


      一、不锈钢定义

规范中的定义为:以不锈、耐蚀性为主要特性,且铬含量至少为10.5%,碳含量不超过1.2%的钢材。



     二、 不锈钢耐腐蚀原理


不锈钢的耐蚀性主要是因为其在腐蚀介质中发生了钝化现象,表面形成一层钝化膜。


1、   钝化膜的形成

1970年Keir发现了钝化现象,直到20世纪六十年代布拜图提出后,人们对钝化才有了理论性的认识,钝化膜的形成非常复杂,通常认为:水分子参与钝化膜的形成;钝化是几个反应共同作用的结果,包括钝化膜的生长和金属的溶解;钝化的金属表面存在钝化膜。钝化膜的形成理论中以成相膜理论和吸附膜理论最具代表性。


(1) 成相膜理论

当不锈钢发生阳极溶解时,材料表面会形成一层致密性和覆盖性良好的保护膜,主要成分是金属氧化物。这层保护膜将基体与腐蚀介质隔离,延缓了金属溶解的速度,从而进入钝化状态。由于保护膜很薄而且具有电导性,因此当达到稳定态时,阳极溶解并不是完全停止,而是以很低的速度发生。很多金属钝化表面可以观察到成相膜,并可以测量其厚度和组成。


(2) 吸附膜理论

吸附膜理论认为金属钝化并不需要在表面形成固态膜,金属的钝化是因为基体表面生成含氧粒子的吸附层。这些吸附的粒子改变了金属与腐蚀介质的界面结构,导致阳极反应的活化能升高,金属的溶解能力降低,阳极电流密度下降。


2、钝化膜的组成及结构

对于钝化膜结构的研究,最为经典的是Macdonald等提出的双层结构膜结构,如下图所示。内层膜由基体金属直接氧化生成,结构致密、保护性好;外层为沉积膜,有内层的阳离子扩散至表面然后水解产生。实验证实了这种双层结构,内层为富铬氧化层,外层为富铁氧化层。同时,还有学者将钝化膜分为三层结构:最外层由Fe组成,中间层由Fe3O4构成,最内层由Cr2O3构成。


钝化膜的组成及结构可随着不锈钢的成分、腐蚀环境及时间等因素而发生变化。钝化膜厚度随腐蚀时间延长而增厚,实验前钝化膜厚度为2.68nm,576h后钝化膜厚度增加至9.15nm。铝合金在空气中形成的钝化膜厚度约为4nm,然而通过阳极极化可以使其增厚至400nm。


不同温度对Sanicro25钢氧化膜的影响情况如下图,600-700℃时,基体表面形成了非常薄的氧化膜,主要成分为Cr2O3。750℃时基体表面的氧化膜出现了较厚的双层氧化膜。内部由富Cr的氧化膜组成,外层由Fe3O4构成,而在Fe3O4的顶部出现一层薄薄的Fe2O3。Sanicro25在750℃条件下,最初形成的是保护性能较差的富Fe氧化层,经过长时间时效后,保护性更强的富Cr氧化层才在内部形成。


      三、   不锈钢表面处理


常用不锈钢表面处理工艺有:镜面、喷砂、着色、拉丝、酸洗等。

1、镜面处理


为提高经过机械加工的不锈钢材料表面的粗糙度和经点焊、电焊、亚弧焊处理和热处理的不锈钢表面的粗糙度,需对产品进行抛光处理,以获取高度光滑和光泽的外观,满足不锈钢制品表面精饰的目的。
根据不锈钢产品的复杂程度和用户要求情况不同,可分别采用机械抛光、化学抛光、电化学抛光等方法来达到镜面光泽。镜面给人以高档简约,时尚未来的感觉。

不锈钢表面抛光范围广,从普通的哑光处理到软抛光,到特定纹理图案和色彩的抛光处理,一直到高度镜面抛光。这为富有想象力的设计师带来更多选择。光亮抛光需注意不能产生刺眼的反光或反热等问题。建筑面向阳面和凹陷区在设计时需特别注意。

3、着色处理


五彩缤纷的色彩不仅增加了不锈钢的装饰性和艺术性,而且提高了不锈钢的耐蚀性和耐磨性。目前,彩色不锈钢的生产工艺较为成熟,不锈钢表面着色的方法也多种多样。
不锈钢表面着色的方法有:化学氧化着色法、电化学氧化着色法、离子沉积氧化物着色法、高温氧化着色法、气相裂解着色法。
光的相互干涉现象是彩色不锈钢显色的根本原因,而彩色不锈钢氧化物膜层的厚度、化学成分、组织结构、表面光洁度、入射光线等物理参数决定了彩色不锈钢的色调。

常用不锈钢中,奥氏体不锈钢最适合着色处理,而铁素体由于着色溶液有腐蚀倾向,得到的色彩不如奥氏体鲜艳,马氏体耐腐蚀性能更差,仅能得到灰黑或黑色的表面。
不锈钢化学着黑色的产品要经过抛光后才能着黑色,否则只能得到蓝色、深蓝色、蓝黑色。彩色不锈钢的腐蚀或磨损不可修复,清洗会在裸露的不锈钢上留下银色斑点。

4、拉丝处理


不锈钢金属拉丝工艺指在外力作用下使金属强行通过模具,金属横截面积被压缩,并获得所要求的横截面积形状和尺寸的技术加工方法。使其改变形状、尺寸的工具称为拉丝模。拉丝可根据装饰需要,制成直纹、乱纹、波纹、螺纹等几种。
金属拉丝工艺不仅仅能起到美观、抗腐蚀的作用,还会使设计的产品有一种特殊的刚毅之美。拉丝处理可使金属表面获得非镜面般的金属光泽,具有非常强的装饰效果。

5、酸洗处理


不锈钢产品酸洗主要是除掉经热轧、锻、铸造、热处理、焊接等高温作业产生的氧化皮、黑皮,以暴露基体结晶,便于后续的电镀、着色、抛光、钝化等工序。酸洗是不锈钢的初步处理。
经过酸洗后不锈钢表面会残留不溶于酸的挂灰,根据基材的不同,酸洗溶液有所不同。奥氏体不锈钢多采用强酸性溶液,马氏体不锈钢则采用弱酸性溶液。根据产品几何尺寸及表面状态,可采取重复酸洗。
生产加工过程中所产生的氧化表面,可以通过酸洗钝化有效去除,还能在不锈钢表面形成一个以铬元素为主的银亮面氧化膜。经过酸洗钝化的不锈钢,不仅能提升其美观性,也能提升抗腐蚀能力。

      四   不锈钢在幕墙应用


不锈钢在中国的建筑市场上已经应用了30多年,无论用作结构件、连接件或表面材料,其都是作为高档材料出现的。不锈钢作为结构件和连接件材料,在建筑工程上的应用更加普遍,通过铸造、锻造或者机械加工,各种各样的不锈钢配件应运而生,为各种工程所使用。随着不锈钢的表面处理越来越好,板材加工越来越先进,许多工程的表面装饰材料也开始使用不锈钢。在应用的过程中,不锈钢不但起到结构或者连接件的作用,甚至成为了装饰艺术品。

目前建筑外墙领域采用大面积不锈钢板幕墙的案例不多,即使大面积采用,也往往不追求其高平整度,只表达强烈质感。


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