斷橋鋁

斷橋鋁又稱斷橋鋁合金，用于鋁合金型材上“斷橋”技術(shù)，利用導(dǎo)熱系數(shù)低的非金屬材料隔離兩種金屬，從而達(dá)到隔熱效果。它也是一種綠色、節(jié)能的建筑材料。20世紀(jì)初，美國出現(xiàn)了一項(xiàng)專利，描述了一種將類似密封蠟的混合物倒入門窗鋁材中間進(jìn)行隔熱的方法。20世紀(jì)80年代，法國圓角軋制技術(shù)的發(fā)展提高了鋁合金型材的節(jié)能效果。20世紀(jì)80年代，中國開始開發(fā)建筑用熱切割鋁型材。進(jìn)入21世紀(jì)后，隔熱節(jié)能技術(shù)被應(yīng)用到斷橋鋁上，標(biāo)志著斷橋隔熱鋁合金窗技術(shù)的不斷進(jìn)步和創(chuàng)新。

斷橋鋁合金又輕又軟、強(qiáng)度高、耐腐蝕性強(qiáng)、可塑性高、再生容易，主要用在2000系列、5000系、在6000系列鋁合金上，由于其可塑性和溶解性，它與其他金屬結(jié)合在一起，合成了獨(dú)特的斷橋鋁合金。斷橋鋁作為一種新型材料，因其靈活的形狀和綠色節(jié)能可回收的特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于建筑中、汽車等方面。

1937年10月，美國第一個專利描述了鋁合金材料是如何絕緣的。它的主要思想是在門窗的鋁材中間倒入一種類似封蠟的混合物進(jìn)行隔熱。1952年，一項(xiàng)關(guān)于通過粘合或機(jī)械壓力將未成型的聚合物固定在鋁合金型材專用隔熱槽中的專利誕生了這種方法是今天 鑄造技術(shù)。

80年代初，法國開發(fā)了插條軋制技術(shù)，通過插入的隔熱條，（尼龍66材料）斷開鋁合金型材的熱橋，從而實(shí)現(xiàn)鋁合金型材的節(jié)能效果。在歐、在美國和其他國家，斷橋鋁門窗有相同的木材、塑料門窗已成為建筑門窗的主要形式之一。

斷橋鋁門窗在中國的發(fā)展始于20 年20世紀(jì)80年代，當(dāng)時中國開始開發(fā)建筑用斷熱鋁型材，并通過注射成型成功試制了斷熱鋁型材、遼寧營口、沈陽黎明、北京通州的鋁型材生產(chǎn)企業(yè)已先后完成小批量試生產(chǎn)和工程試驗(yàn)，積累了一定的經(jīng)驗(yàn)。然而，由于型材的高價格、國內(nèi)保溫化學(xué)建材供不應(yīng)求，正在推廣、應(yīng)用沒有形成氣候。從1996年到2000年，中國成功開發(fā)了熱切割鋁型材用高強(qiáng)度玻璃纖維增強(qiáng)聚胺 (PA66GF25)t型隔熱條，成功試制了節(jié)能鋁門窗專用加工設(shè)備，為該技術(shù)的全面推廣創(chuàng)造了條件。

2000年后，我國建筑規(guī)模不斷擴(kuò)大，鋁窗發(fā)展進(jìn)入成熟階段，出現(xiàn)了斷橋鋁窗。2010年，隨著建筑節(jié)能的不斷升級，鋁窗進(jìn)入了節(jié)能時代。2010年，斷橋隔熱鋁窗占鋁合金門窗市場的比例不到20%憑借鋁合金門窗龐大的市場基礎(chǔ)，斷橋鋁合金門窗在隨后的時間里被廣泛應(yīng)用。

基本結(jié)構(gòu)

斷橋鋁的內(nèi)外層主要由鋁合金型材構(gòu)成，中間由導(dǎo)熱系數(shù)較低的非金屬隔熱材料連接“隔熱橋”復(fù)合材料，稱為隔熱型材。冷橋用隔熱材料堵住，避免了上述現(xiàn)象。這樣設(shè)計(jì)叫“斷橋”設(shè)計(jì)。

基本原理

隔熱斷橋鋁合金的原理是在傳統(tǒng)鋁合金 的基礎(chǔ)上將原來一體成型的型材分成兩部分，然后通過機(jī)械復(fù)合的方式將分離的兩部分連接在一起， 承受的力與鋁材相同，因此， 要求隔熱材料也必須具有與鋁合金型材接近的抗拉強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度 ，膨脹系數(shù) ，彈性模量 ，否則隔熱橋會斷裂破壞。簡單來說就是在鋁型材中間插入隔熱條，鋁型材斷開形成斷橋，可以有效阻止熱量的傳導(dǎo)。

質(zhì)輕且柔軟：斷橋鋁合金又輕又軟。它的密度為2.71克/立方厘米，大約是鋼的密度(7.87克/立方厘米)的1/3。與鋼鐵相比，揚(yáng) 斷橋鋁合金的s模量約為1/3這使得斷橋鋁合金的抗力較弱。但是斷橋鋁合金的輕便和柔韌使它成為一輛汽車、建筑等行業(yè)的重要材料。

強(qiáng)度高：斷橋鋁合金是一種非常堅(jiān)固耐用的材料。斷橋鋁合金與純鋁相比，具有更高的抗拉強(qiáng)度和硬度，即能承受更大的力和壓力而不變形不斷裂。純鋁的抗拉強(qiáng)度只有80MPa，僅為1/5。斷橋鋁合金由于強(qiáng)度高，可以用來制造需要強(qiáng)度和剛度的零件，如建筑中的窗框和墻板，汽車中的車身和發(fā)動機(jī)零件。與其他金屬相比，斷橋鋁合金的重量更輕。

斷橋鋁

耐腐蝕性強(qiáng)：斷橋鋁合金具有良好的耐腐蝕性。鋁合金具有特殊的化學(xué)性質(zhì)，暴露在空氣中會自動形成致密的氧化保護(hù)膜。這層氧化膜由氧化鋁制成，可以防止腐蝕。更重要的是，斷橋鋁合金還可以通過“氧化鋁膜處理法”以全面提高其耐腐蝕性。這種方法通過電解氧化和其他方式產(chǎn)生具有極高硬度的約10微米厚的層、透明致密的氧化鋁膜，從而大大提高了鋁合金材料的耐腐蝕性能。這也使得斷橋鋁合金在惡劣環(huán)境下仍能長期穩(wěn)定使用，且不易受到自然環(huán)境或其他因素的破壞。

可塑性強(qiáng)：斷橋鋁合金具有優(yōu)良的可加工性由于其擠壓變形能力強(qiáng)，可以生產(chǎn)多種不同形狀的零件其次，斷橋鋁合金型材可以切割、沖孔、鉆孔、還可以根據(jù)需要進(jìn)行多種二次加工操作，例如刨削、卷曲、折疊等操作。重塑調(diào)整也可以通過加熱或錘擊進(jìn)行。

易于再生：斷橋鋁合金是一種高強(qiáng)度、耐腐蝕建筑材料。這種材料的主要成分是鋁，還添加了硅、鎂、斷橋鋁合金與其他建筑材料相比有很多優(yōu)點(diǎn)，其中最引人注目的是易于再生。因?yàn)殇X的熔點(diǎn)相對較低（約為660℃）對于廢棄物的處理，只需要將廢棄的斷橋鋁合金加熱至其熔點(diǎn)，即可輕松進(jìn)行再加工。而且，這種處理過程不會產(chǎn)生任何對環(huán)境有害的氣體和污染。

繪圖過程

在斷橋鋁合金型材的擠壓過程中，通常需要進(jìn)行熱處理以達(dá)到優(yōu)異的性能指標(biāo)。然而，熱處理后，由于外力的作用，可能會產(chǎn)生一些缺陷，如彎曲、扭曲、波浪、擴(kuò)口和間隙等。為了解決這些問題，有必要采用拉伸矯直工藝對型材進(jìn)行處理。這個過程將在輪廓的兩端施加外力當(dāng)拉伸變形超過斷橋鋁合金材料的屈服極限時，各縱向纖維的彈性回復(fù)能力趨于一致，因此回彈后各部分的彎曲量不會超過允許值。拉伸矯直能有效矯正產(chǎn)品的彎曲、消除波浪和扭曲，對斷橋鋁合金型材起到整形和強(qiáng)化作用。拉伸矯直是最有效的矯直方法之一，也是復(fù)雜截面形狀斷橋鋁合金型材的重要精加工工藝之一。

沖壓工藝

沖壓工藝是將斷橋鋁合金材料放在壓機(jī)上，通過模具壓制而成。

斷橋鋁合金沖壓工藝要求嚴(yán)格，應(yīng)采用高強(qiáng)度、一種可塑性好貼膜性能好的板材。雖然熱處理后抗拉強(qiáng)度可以達(dá)到700MPa，但與鋼板相比，斷橋鋁合金的室溫塑性較低，成形性不好。比如抗拉強(qiáng)度300MPa的T3、T4斷橋鋁合金板的延伸率僅為25%而同強(qiáng)度鋼的延伸率為42%因此，有必要對斷橋鋁合金薄板的沖壓工藝進(jìn)行優(yōu)化，以滿足生產(chǎn)要求。

此外，在設(shè)計(jì)斷橋鋁合金沖壓件時，需要考慮成形過程中的影響因素，根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)調(diào)整沖壓工藝，如增加模具圓角半徑等、加大壓邊力、優(yōu)化拉延筋的位置和分布等。而且斷橋鋁合金在成形過程中容易變形，因此模具的設(shè)計(jì)必須保證沖壓件的定位精度和穩(wěn)定性。通常采用導(dǎo)柱和導(dǎo)柱的復(fù)合導(dǎo)向措施，斷橋鋁合金沖壓件通過彈性壓緊穩(wěn)定，使其在加工過程中與模具綁定。

陽極氧化過程

陽極氧化工藝是指斷橋鋁合金陽極氧化過程中，需要通電使水失去電子，產(chǎn)生氫離子和氧原子。這些氧原子與作為陽極的斷橋鋁合金結(jié)合形成氧化鋁并釋放大量熱能。同時，在電解液中，氫離子會與鋁反應(yīng)生成氫氣，這將導(dǎo)致氧化鋁膜部分溶解。

斷橋鋁合金陽極氧化是一個復(fù)雜的過程，需要三個階段才能形成所需的氧化鋁膜。

第一階段，斷橋鋁合金表面會形成一層致密優(yōu)質(zhì)的氧化鋁阻擋層。然后隨著時間的推移和膜厚的增加；

在第二階段，阻擋層將經(jīng)歷化學(xué)反應(yīng)和電化學(xué)溶解，從而形成多孔氧化鋁阻擋層；

最后，當(dāng)阻擋層的生長速率等于其溶解速率時，多孔阻擋層將不再繼續(xù)生長，進(jìn)入第三階段，即孔隙生長階段。

隔熱工藝

斷橋鋁有兩種隔熱處理方法。一種是使用隔熱條材料和鋁型材，并通過機(jī)械齒開口、穿條、滾壓等工序形成“隔熱橋”，稱為隔熱型材“穿條式”另一種是將隔熱材料倒入鋁合金型材的隔熱空腔內(nèi)，然后將其固化并去除斷橋金屬“隔熱橋”，稱為“澆注式”隔熱型材。隔熱型材的內(nèi)表面和外表面可以是具有不同截面的型材或具有不同表面處理方法的不同顏色的型材。

斷橋鋁常用的主要鋁合金包括2000系列鋁合金、5000系列鋁合金和6000系列鋁合金。每種合金都有其特定的物理和化學(xué)性質(zhì)，適用于不同的環(huán)境和用途。

2000系列鋁合金

2000系鋁合金是最早開發(fā)和應(yīng)用的硬質(zhì)鋁合金之一。這些合金以銅為主要合金元素，包括a-CuMg-Fe-Ni合金和Al-Cu-Mn合金等。這些是可熱處理的高強(qiáng)度鋁合金、良好的耐熱性和加工性能。然而，與大多數(shù)其他鋁合金相比，它們的耐腐蝕性較差，并且在某些環(huán)境中容易發(fā)生間接腐蝕問題。所以在使用過程中通常需要使用純鋁或者其他耐腐蝕性更好的鋁合金來覆蓋其表面。

特點(diǎn)

耐用性：它的硬度比較高，因?yàn)椴牧现泻懈咩~元素，更耐用耐磨；

塑形：具有優(yōu)良的鍛造性能，可通過模具鍛造成各種形狀的零部件。

強(qiáng)度：因?yàn)槭褂昧丝梢酝ㄟ^熱處理強(qiáng)化的鋁合金，所以具有優(yōu)異的機(jī)械強(qiáng)度。

焊接性能：2000 系列鋁合金也表現(xiàn)良好。這是因?yàn)檫@種材料含有一定量的鐵，這使得它可以進(jìn)行出色的焊接。此外，2000 系列鋁合金由于其小晶體而具有良好的疲勞壽命和蠕變范圍。

抗腐蝕性：2000 系列鋁合金的耐腐蝕性不如其他工業(yè)鋁。因?yàn)樗幸欢康你~，很容易被銅離子腐蝕，產(chǎn)生腐蝕坑。因此，在一些腐蝕環(huán)境中，需要采取防腐措施來保護(hù)20003356系列鋁合金的表面免受腐蝕和損壞。

5000系列鋁合金

5000系鋁合金是一種中強(qiáng)度鋁合金，其主要成分是固溶強(qiáng)化效應(yīng)，即在鋁基體中溶解了適量的鎂，Mg 的含量為2.~9.6%這種結(jié)構(gòu)廣泛應(yīng)用于汽車行業(yè)。制造中的中型結(jié)構(gòu)部件、油箱、該合金廣泛用于航空航天領(lǐng)域，如管道和壓力容器。目前，生產(chǎn)和加工這種合金的技術(shù)非常成熟。

特點(diǎn)

抗腐蝕性：優(yōu)異的耐腐蝕性和優(yōu)異的低溫性能。

塑性：它不能通過熱處理來強(qiáng)化，其塑性在一定程度上受到限制。5000系鋁合金的拉延比始終不隨溫度升高而增加，但在達(dá)到峰值后，隨著溫度的升高而降低

焊接性能：它具有良好的焊接性能，在低溫下幾乎沒有韌脆轉(zhuǎn)變，因此常被用作低溫焊接容器。但隨著Mg成分的增加，焊接性能會變差，往往需要添加更多的微量或微量元素來改變其綜合性能。

強(qiáng)度：具有普通碳鋼板的優(yōu)良強(qiáng)度、成型性和耐腐蝕性。此外，它比其他鋁合金更耐用和耐腐蝕，并且不易受外部環(huán)境的影響。然而，由于其熱脆性，該材料在高溫下可能會破裂或變形。因此，需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)募庸ず吞幚硪源_保其性能和穩(wěn)定性。

分類

5000系鋁合金主要包括5052（5A02）5083、5182、5456和5A06等。其中，合金牌號5083和5182與國際標(biāo)準(zhǔn)一致，而5A02和5A06是中國國家標(biāo)準(zhǔn)牌號。這些合金的常見供應(yīng)狀態(tài)包括0狀態(tài)、h州和H3州等，具體冷變形工藝根據(jù)相應(yīng)合金的特性確定。

6000系列鋁合金

常用的6000系列鋁合金是鋁鎂硅合金，通過熱處理進(jìn)行強(qiáng)化。6000系鋁合金降低了 Mg 的含量，增加了 Si的含量該合金具有固溶強(qiáng)化的特點(diǎn)，其強(qiáng)度隨加熱溫度的升高和溶質(zhì)原子的完全固溶而增加。該合金具有良好的成形性，可用作大型中空擠壓型材。6000系列鋁合金的可加工性也很強(qiáng)，可以制成各種形狀的零件和產(chǎn)品，因此在航空領(lǐng)域應(yīng)用廣泛、汽車、建筑、機(jī)械等領(lǐng)域。

特性

塑性強(qiáng)：它可以通過熱處理得到強(qiáng)化，是一種綜合性能優(yōu)異的材料。

強(qiáng)度高：雖然它是一種輕質(zhì)材料，但其強(qiáng)度接近不銹鋼，尤其是經(jīng)過T6熱處理后，它還具有高硬度。

質(zhì)量好：鋁合金的密度是2.8克/立方厘米，同樣體積下，重量只有不銹鋼的三分之一左右。

耐腐蝕性好：它含有適量的鎂和硅，具有很強(qiáng)的耐腐蝕性。在室溫下，鋁合金表面可以形成一層致密的氧化層，以保護(hù)內(nèi)部免受進(jìn)一步腐蝕。

焊接性能好：它具有良好的可焊性，但在空氣中焊接時會發(fā)生氧化反應(yīng)。這種氧化反應(yīng)會形成氧化鋁，氧化鋁熔點(diǎn)高，穩(wěn)定性強(qiáng)，不易去除。氧化膜比重大，容易導(dǎo)致夾雜和未熔合，吸收大量水分，產(chǎn)生氣孔等缺陷。

斷橋鋁作為一種特殊的鋁材，現(xiàn)在主要應(yīng)用在汽車上、建筑等領(lǐng)域。

汽車領(lǐng)域：據(jù)測試，斷橋鋁合金的傳熱系數(shù)k只有223~2.94W/m 2·K）與非隔熱鋁合金相比，降低40-70%這種導(dǎo)熱性能優(yōu)異的隔熱材料具有優(yōu)異的隔熱功能，可以有效減少車輛在夏季和冬季的制冷制熱時間。這種材料不僅可以節(jié)省大量能耗，降低車輛成本，還可以顯著降低油耗，具有非常好的節(jié)能效果。因此，用斷橋鋁材料制造汽車不僅可以滿足人們的需求s對車輛安全性能的要求，也有效提高了車輛的節(jié)能環(huán)保性能。

此外，斷橋鋁型材的三向密封結(jié)構(gòu)可以有效隔離水汽腔，實(shí)現(xiàn)氣水等壓平衡，從而顯著提高汽車門窗的水密性和氣密性。在冬季使用時，可以有效防止結(jié)霜和結(jié)露，提高駕駛安全性。此外，斷橋鋁型材采用高強(qiáng)度鋁合金和鋼化玻璃或夾膠玻璃，抗風(fēng)壓性能好。陽極氧化處理可以提高其耐腐蝕性并保持其美觀。同時，它還具有優(yōu)異的保溫性能，可以節(jié)約能源，減少室內(nèi)外溫差，減少能量損失。斷橋鋁型材的使用可以顯著提高汽車門窗的性能，確保駕駛的安全性和舒適性。

建筑領(lǐng)域：斷橋鋁門窗是一種新型門窗產(chǎn)品使用鋁合金材料并在其中澆注PU保溫材料可以有效地隔熱和隔音，成為現(xiàn)代建筑中不可或缺的重要產(chǎn)品。隔熱斷橋鋁門窗的導(dǎo)熱系數(shù)k值低，不超過3W/㎡·k，所以與普通門窗相比，它的熱量損失減少了一部分，可以減少30左右的供暖費(fèi)用%左右。主要原理是利用隔熱結(jié)構(gòu)的鋁框?qū)㈤T窗內(nèi)外鋁框隔離，避免室內(nèi)外溫度和噪音的傳遞。同時，中空鋁門窗還可以與中空玻璃結(jié)合，增加門窗的強(qiáng)度和美觀度。

斷橋鋁門窗采用三重密封結(jié)構(gòu)，可將水氣腔完全隔離，實(shí)現(xiàn)氣水等壓平衡。采用這種設(shè)計(jì)，水密性和氣密性明顯提高，均符合A1窗國家標(biāo)準(zhǔn)。與其他類型的鋁窗和塑窗相比，隔熱斷橋鋁門窗的隔音效果更好，隔音能力超過29分貝。在風(fēng)力較大的地區(qū)，它還可以有效防止室內(nèi)門道和地板受到灰塵的干擾；它可以有效防止高速公路兩側(cè)50米以外的居民區(qū)的噪聲干擾。