高鐵車廂是用鋁材焊接的，有的高鐵線經過零下三四十攝氏度的高寒地帶；南極科考船上的一些儀器、裝備與起居用品是以鋁材制造的，需要經受零下六七十攝氏度的考驗；由中國經北極到歐洲的商船上有些裝備也是用鋁材制造的，其中的一部分露在外面，環境溫度也在零下五六十攝氏度；它們能在這樣的寒冷環境中正常運轉嗎？沒問題，鋁合金及鋁材是*不怕寒冷酷熱的。說說鋁合金的低溫性能--鋁及鋁合金是*好的低溫材料，沒有低溫脆性，不像普通鋼材、鎳合金等那樣有明顯的低溫脆性，它們的強度性能雖然隨著溫度的降低而升高，但是塑性與韌性卻隨著溫度的下降而降低，即有明顯的低溫脆性。可是鋁及鋁合金則大不一樣，沒有一絲絲低溫脆性，它們的一切力學性能均隨著溫度的降低而明顯上升，與材料的成分無關，不管是鑄造鋁合金還是變形鋁合金，也不管是粉末冶金合金，還是復合材料；與材料狀態也沒有關系，不管是加工狀態的，還是熱處理狀態的；也與錠坯制備工藝無關，不管是用鑄錠軋制的，還是用熔體連續鑄軋的或連續連軋的；與鋁的提取工藝更無關系，電解的、碳熱還原的、化學提取，通通都沒有低溫脆性；與純度也無關，不管是99.50%~99.79%的工藝純鋁，還是99.80%~99.949%的高純鋁、99.950%~99.9959%的超純鋁（Super Purity）、99.9960%~99.9990%的極純鋁（extreme purity）、>99.9990%的超高純鋁等都沒有低溫脆性。有趣的是，另兩個輕金屬——鎂、鈦跟鋁一樣也沒有低溫脆性。高鐵車廂鋁材有Al-Mg系的5005合金板材、5052合金板材、5083合金板材及型材，Al-Mg-Si系的6061合金板材及型材、6N01合金型材、6063合金型材，Al-Zn-Mg系7N01合金板材及型材、7003合金型材。標準狀態有O、H14、H18、H112、T4、T5、T6。由表中的數據可明顯地看出，不管哪種鋁合金，它的力學性能均隨著溫度的降低而上升，所以鋁材是一類絕妙的低溫結構材料，火箭的低溫燃料（液氫、液氧）儲罐、液化天然氣（LNG）運輸船上與岸基儲罐、低溫化工產品容器、冷庫、冷藏車等都可以用鋁材制造。在地球上跑的高速列車的車廂與車頭的結構件凡是可用鋁合金制造的零部件都可以用現行的相應鋁合金制造，不需要另辟蹊徑研究一種在高寒地區運營的廂體結構鋁合金及其生產工藝，當然如果能研發一種各項性能比6061合金大10%左右的6XXX合金，或比7N01合金約大8%的7XXX合金，那當然是功勞很大的。實際上，在我國黑龍江省，以及以后在內蒙古自治區、新疆維吾爾族自治區、西藏自治區、青海省跑的高鐵對鋁合金結構來說算不了“高寒”，不需要對合金成分作特殊處理，也不需要對材料生產工藝參數作專門調整。只要為高張高鐵或以后為在其他寒冷地區運營的高鐵車輛廂體生產的鋁材性能符合中國GB、歐洲EN、日本JIS、美國ASTM等標準要求，就是合格的產品，不需要采取特殊措施，以免加大成本。車廂鋁合金的發展趨勢：在現在軌道車輛廂體制造和維護中用的板材合金有5052、5083、5454、6061等合金，用的擠壓型材有5083、6061、7N01等，此外一些新的合金諸如5059、5383、6082等也有所應用。它們都有良好的可焊性，焊絲為5356或5556合金，當然*好是采用摩擦攪拌焊（FSW），不但焊接質量高，而且不用焊絲。后來日本研發的7N01合金（Mn0.20~0.7、Mg1.0~2.0、Zn4.0~5.0，單位%），在軌道車輛制造中獲得廣泛應用；德國在制造高鐵Trans Rapid車廂時采用5005合金板制作壁板，用6061、6063、6005合金擠壓所用的型材。總之，直到目前無論是中國還是其他 制造高鐵車輛基本上仍沿用這些合金。200km/h~350km/h列車廂體鋁合金：我們可根據列車運營速度將廂體鋁合金分為：速度<200km/h的車輛用的可稱為 代合金，它們是常規的合金，多用于制造城市軌道車輛廂體，如6063、6061、5083合金等；第二代鋁合金如6N01、5005、6005A、7003、7005合金等用于制造速度為200km/h~350km/h的高鐵車輛廂體；第三代合金是6082、含鈧的鋁合金等。除了6N01、7N01合金（它們是日本合金，N代表Nippon）外，還有7003合金，它的Mg含量比7N01合金的低，是一種低Mg的Al-Zn-Mg合金，它的可焊性及強度與7N01合金的相當，并具有更高的可擠壓性能。日本東北和上越新干線、札幌地鐵大量采用7003、7N01合金生產壁厚3mm的寬幅型材6005A合金（Si0.50~0.9、Mg0.40~0.7、Mn和Cr 0.12~0.50,%）是法國注冊的，與美國6005合金相比，Mg與Si的含量相等，但增加了0.12%~0.50%的Mn的Cr，不但有與6063合金相當的可擠壓性能，而且強度性能也有所提高。6N01合金也如此，日本山陽電化鐵路3050型車輛廂體側板（寬507mm、壁厚2.5mm）、寬558mm的地板，以及制造側板掛鉤、檐梁等的大型寬幅空心型材都是用6N01合金擠壓的。350ktm/h~450km/h列車廂體鋁合金：這是廂體用的新一代鋁合金，列車速度高達450m/h，車輛須承受更大的外力，受到的震動也更強烈，因此應研發新一代輕量化高鐵鋁合金。含鈧的鋁合金。鈧是鋁及鋁合金*有效的晶粒細化劑，也是優化鋁合金性能有效的元素之一，鈧的含量都<0.5%，凡含有鈧的合金，不管含量多少都統稱鋁-鈧合金。Al-Sc合金有強度高、塑性好、可焊性優良、抗蝕性強等優點，是艦船、航空航天器、反應堆、國防軍工器械等領域選用的新一代鋁合金之一，當然也可以用于制造鐵路車輛結構。不過向現行鋁合金添加鈧，對組 織性能的改善如何，尚有待系統的研究，鈧是一種稀土元素，中國是世界上的鈧生產國，在Al-Sc合金研究方面居世界前列，但總的來看還不如俄羅斯，在Al-Sc合金研究與應用方面俄羅斯是領跑者。東北輕合金有限責任公司、中南大學、航天材料及工藝研究所對Al-Sc合金的研發作了許多工作，他們研究的“大尺寸5B70鋁-鎂-鈧合金板材”獲2017年度中國有色金屬工業科學技術一等獎，獲二等獎的也有一項，為“航天用可焊高強Al-Zn-Mg-Sc合金”。

      鋁型材具有密度小、質量輕、加工性和可塑性強的特點，廣泛應用在建筑家居領域。在建筑金屬型材中，鋁型材占比在80%以上，早在2010年我國建筑鋁型材年產量就超過了500萬t，是世界建筑鋁型材 生產大國。鋁型材在大氣中能自然氧化生成一層致密的Al2O3氧化膜，但是通常情況下這層氧化膜的厚度很薄，很容易受損失去保護作用。此外，未經表面處理的鋁型材外觀單一，容易審美疲勞。鋁型材的表面處理有兩大作用，一是防止腐蝕的發生，有效延長使用壽命；二是可以掩蓋鋁型材在加工過程中導致的少量表面瑕疵，并帶來各種豐富多彩的表面效果，裝飾性大大提高。本文從涂層性能和應用性能兩個方面對建筑鋁型材3種不同的表面處理方式進行了對比，并且結合粉末涂裝的特點，總結分析了作為粉末涂料重要發展方向的耐候性以及低溫固化的研究進展情況。指出粉末涂料的耐候性能還需要進一步提高以擴大應用，同時在烘烤固化環節的能耗需要進一步降低。?1粉末噴涂在建筑鋁型材表面處理中的優勢，目前鋁型材的表面處理主要包括陽極氧化、電泳涂裝和粉末噴涂3種。通常完整的陽極氧化工藝流程需要經過機械預處理、化學前處理、陽極氧化、著色和封閉5道工序。電泳涂裝工藝與陽極氧化工藝大體一致，區別在于電泳涂裝在陽極氧化著色工序之后用電泳涂裝工序取代了封閉工序。所以經過電泳涂裝的鋁型材表面其實是陽極氧化膜和電泳涂層的復合膜，又稱陽極氧化復合膜。粉末噴涂也需要化學前處理，之后進行靜電噴涂粉末涂料。鋁型材的3種表面處理得到的涂膜性能上各有特點。陽極氧化在早期是我國建筑鋁型材表面處理的*主要方式，陽極氧化膜具有高的耐磨性、良好的絕熱絕緣性能和抗蝕性能，現在仍是鋁型材表面處理的主要方式之一。電泳涂裝成熟于日本，日本是個海洋氣候 ，四面環海，海鹽粒或者混有海沙的灰泥引起的鋁型材腐蝕問題比較突出，陽極氧化處理工藝難以實現這種高腐蝕環境下的有效保護。電泳涂裝具有優異的耐候性和抗腐蝕性，同時外觀亮麗，易于清掃，因此得到了迅速發展。美國佛羅里達暴曬試驗數據顯示，電泳涂裝得到的陽極氧化復合膜（5a的保光率）與氟碳涂層相當，色差還小于氟碳涂層。然而電泳涂裝也存在漆膜易劃傷的缺陷，此外作為基層的陽極氧化膜韌性差，在機械應力或熱應力下容易發生開裂，有報道顯示冷封孔的陽極氧化膜只能承受66℃烘烤，在82℃下烘烤只有一半的試樣合格。20世紀90年代初，粉末噴涂開始在我國鋁型材的表面處理中規模化應用，近10a來發展迅速。粉末噴涂的性能優勢并不明顯。如在外觀平整度和涂膜均勻性上不如陽極氧化和電泳涂裝、耐候性能介于陽極氧化和電泳涂裝之間，但耐磨性、耐酸性和柔韌性明顯優于陽極氧化和電泳涂裝。建筑鋁型材作為一種半 性結構，耐久性至關重要，因而抵抗機械作用與抗老化保持涂膜的完整性和功能性尤為重要。通常使用的電泳漆是丙烯酸涂料，具有非常優異的耐候性，GB 5237―2008加速耐候性*低級別也要求1000h氙燈老化保光率＞80%，*高級別甚至要求4000h氙燈老化保光率＞80%；建筑鋁型材通用型粉末涂料主體結構是聚酯樹脂，其耐候性比丙烯酸略差，GB 5237―2008加速耐候性*高級別也僅要求1000h氙燈老化保光率＞90%。這表明電泳涂裝耐候性平均值明顯高于粉末噴涂，建筑鋁型材的粉末涂裝耐候性已經落后于實際需求。在應用上粉末噴涂優勢較大。粉末噴涂可以實現多達幾千種色彩和各式各樣的紋理裝飾效果，這是陽極氧化和電泳涂裝所難以達到的。另外，粉末噴涂環保優勢明顯。陽極氧化和電泳涂裝工藝中，水和電的消耗是相當大的，在氧化工序中，整流機的輸出電流可達到8~11kA，電壓在15~17.5V（硫酸直流陽極氧化工藝氧化電壓一般為12~18V），噸電耗可達1000度左右。此外，陽極氧化、著色和封閉工序需使用大量的酸、堿和鎳鹽等，廢水和廢氣后處理壓力大。粉末噴涂前處理工序比陽極氧化前處理工序簡便，主要為脫脂與鉻化，無需陽極氧化和電泳工序，能耗較低。粉末涂料不含溶劑，VOC排放幾乎為0，環保壓力小。鋁型材粉末涂裝相比陽極氧化和電泳涂裝耗電量要少很多。但是目前主流粉末涂料的固化溫度高達180~200℃，其能源消耗仍然不可忽視，降低粉末涂料固化條件是長期發展的趨勢。2建筑鋁型材粉末涂料研究進展，近幾年來， 和社會對環保的要求越來越高，政策導向逐漸限制和減少高能耗高污染的生產工藝使用的趨勢十分明顯，粉末涂裝迎來了發展的良機。然而，要擴大粉末涂裝在建筑鋁型材表面處理中的應用，粉末涂裝在保持自身應用優勢的基礎上，提高耐候性彌補性能上的不足同時降低粉末涂料固化溫度減少能耗是必經的過程。2.1粉末涂料的耐候性改進，國內外對粉末涂料耐候性有較多研究。在粉末涂料用聚酯樹脂合成中，適當加大間苯二甲酸的比例減少對苯二甲酸的用量，以及盡量使用新戊二醇、減少使用或不用乙二醇以保證耐候性，已經得到了行業內的廣泛認同。然而常規的間苯二甲酸替代法存在機械性能變差的問題，目前國內商品化的超耐候聚酯樹脂絕大部分采用全間苯二甲酸方案。而這一類型的超耐候聚酯樹脂制備得到的粉末涂層，通常其反沖只能達到20cm，機械性能差是這些超耐候樹脂面臨的共同問題。在各種類型的粉末涂料中，氟碳粉末涂料的耐候性能*佳，可達到超耐候的要求。鞏永忠等對氟碳粉末涂料及其關鍵原材料氟碳樹脂進行了長期研究。目前PEVE氟碳粉末的加工性能已經大大改善，使用與常規粉末涂料相同的設備和工藝制備得到的FEVE氟碳粉末涂料通過了QUALICOAT―2009Ⅲ和AAMA2605―2005認證。固化溫度也降低到了180~200℃，機械性能和附著力都不存在應用問題。然而FEVE氟碳樹脂加工工藝復雜，價格昂貴限制了其的應用。為降低成本，國內粉末涂料廠家在常規粉末涂料中引入部分氟碳樹脂，通過拼用或層分離的技術制得耐候性優異的粉末涂料，在降低成本的同時提高了氟碳樹脂的潤濕性能和機械性能。魏育福等在TGIC固化粉末涂料中引入6%~17%的FEVE氟碳樹脂，制備得到的粉末涂料仍具有非常優異的耐候性，其1000h氙燈老化保光率在90%以上。張云偉通過環氧粉末涂料與氟碳粉末涂料干混，通過環氧樹脂與氟碳樹脂表面能差異實現1次涂裝之后的分層，實現了重防腐和超耐候，制備的涂層2000h氙燈加速老化后保光率仍有90%以上。慶福等將TGIC固化聚酯樹脂與異氰酸酯固化氟碳樹脂拼用制得復合型超耐候粉末涂料。研究表明當聚酯樹脂與氟碳樹脂的質量比為1∶1時其QUV-B 1000h人工加速老化保光率還有60%以上，可很好地實現耐候性和成本的均衡，而同等試驗條件下聚酯樹脂粉末涂料的保光率只有19.1%。通過引入新的耐候性單體，改善聚酯樹脂主體結構的耐候性也是可行的方案。Chang等發現，使用不含苯環的單體1,2-環己烷二甲酸或1,3-環己烷二甲酸、1,4-環己烷二甲酸和2,2,4,4-四甲基-1,3-環丁烷二醇為主體合成的聚酯樹脂，與羥烷基酰胺在約177℃/20min下固化制得的涂膜具有非常優異的耐候性。其50%保光率的QUV-B老化時間均在1500h以上；二元酸采用1,2-環己烷二甲酸的50%保光率的QUV-B老化時間甚至達到了5000h，而常規聚酯樹脂制備的涂膜50%保光率的QUV-B老化時間在300h以下。楊小青等也發現使用不含苯環單體制備得到的聚酯樹脂具有優異的耐候性。鄭榮輝等在聚酯樹脂合成過程中引入含氟單體1H,1H,10H,10H-全氟-1,10-癸二醇、四氟間苯二甲酸、六氟戊二酸，將制備得到的含氟聚酯樹脂與β-羥烷基酰胺固化可制得耐候型優異的涂層。然而這些耐候性單體價格遠高于常規單體，上述無苯環單體制備得到的涂層還存在Tg較低的缺陷。除了改進成膜物耐候性之外，使用改性填料和助劑來提高粉末涂料的耐候性也有見報道。郭剛和施奇武分別發現，將經過表面改性的金紅石(R)型納米TiO2作為紫外光吸收劑加入粉末涂料中，2%的添加量就可以大幅改善涂層的耐候性。涂清華等研究表明，粉末涂料在高溫高濕的環境中涂膜表面易出現發白斑塊，這些發白斑塊是由于涂層吸水導致的，通過使用10%~40%的經過表面處理的BaSO4和Al2O3疏水填料，白斑基本消失，通過提高疏水性來提高涂層的耐候性。2.2低溫固化粉末涂料的研究，目前行業內將固化條件＜160℃的粉末涂料稱為低溫固化粉末涂料。要實現低溫固化需要成膜物具有高的反應活性和低的熔融黏度。同時為保證涂膜必要的機械性能和粉末貯存穩定性，成膜物固化前的相對分子質量不能太低。不同類型粉末涂料里面，能夠滿足建筑鋁型材耐候要求的有TGIC固化體系、羥烷基酰胺固化體系、封閉異氰酸酯固化體系以及丙烯酸粉末涂料等。其中封閉異氰酸酯固化體系由于常用己內酰胺封閉固化劑的解封閉溫度高達160℃，難以滿足低溫固化的要求。丙烯酸樹脂具有高活性和優異的耐候性能，在低溫固化方面應用較多。L·莫恩斯制備了一種可在150℃以下固化得到優良涂膜性能的粉末涂料。該粉末涂料由無定形端羧基聚酯樹脂A、無定形或半結晶形端羧基端羥基雙官能團聚酯樹脂B1和/或結晶性多元酸B2、縮水甘油基丙烯酸共聚物C、可與羧基反應的其他化合物D組成。該粉末涂料在140℃/15min固化后得到的涂膜機械性能與常溫固化粉末涂料相當，QUVA人工加速老化50%保光率時間在2200~2500h，具有優異的耐候性。Bin Wu公開了一種半結晶聚酯樹脂及其制備方法，以半結晶樹脂與常規無定形樹脂和縮水甘油基丙烯酸樹脂共擠，制備得到的粉末涂料可在130℃/25min條件下充分固化,具有很好的機械性能和外觀流平。李光等通過選用高環氧當量丙烯酸樹脂、低環氧當量丙烯酸樹脂、十二烷二酸以及其他助劑制備了低溫固化丙烯酸粉末涂料。在150℃條件下烘烤20min實現充分固化，涂膜經過QUV-A 1400h人工加速老化后保光率在90%以上，并應用在鋁輪轂罩光漆上。張劍等通過聚酯樹脂和丙烯酸樹脂共混，在聚酯樹脂低溫固化劑的作用下，制備了戶外MDF用粉末涂料，可實現中波紅外脈沖輻射加熱下130~150℃快速固化。目前耐候性粉末涂料用量*大的TGIC固化體系和羥烷基酰胺固化體系，在低溫固化方面，羥烷基酰胺體系更有優勢。由于TGIC的加入對粉末涂料Tg影響非常大，TGIC固化樹脂需要較高的Tg，通常要求在60℃以上，TGIC反應活性高，通常都需要添加固化促進劑才能保證在200℃/10min充分固化。而通過固化促進劑能夠實現的*低固化溫度也都在160℃以上，因此開發TGIC低溫固化聚酯難度非常大。鄭榮輝等通過增加支化度高的三元醇的種類和用量，同時在多元酸組分中增加間苯二甲酸的用量并引入馬來酸酐和己二酸，以高活性的均苯四甲酸二酐封端，制備了可實現TGIC體系在140~160℃固化的聚酯樹脂。不過聚酯樹脂的Tg只有53~57℃。常用羥烷基酰胺T-105具有4個官能度，用量少，對粉末涂料Tg的影響比TGIC小得多，反應活性高，通常180℃/10 min就可完全固化。馬洪英通過配方優化，優選三羥甲基丙烷、新戊二醇、2-乙基,2-丁基-1,3丙二醇組合，調整配方中對苯二甲酸、間苯二甲酸和己二酸的比例，并以偏苯三酸酐作為封端劑量，合成了酸值50mgKOH/g左右，Tg為57℃的聚酯樹脂。該聚酯樹脂以羥烷基酰胺作為固化劑，可實現120℃/40min、130℃/30min、140℃/20min和150℃/15min條件下的完全固化。在上述固化條件下，涂膜均實現了50cm的正反沖，并且QUV-B 240h老化保光率均在80%以上。鄧慕強等通過引入脂肪族1,6-己二醇和脂環族多元醇1,4-環己烷二甲醇以及甲基丙烯酸，制備了可實現130~140℃固化的羥烷基酰胺固化聚酯樹脂，Tg在55℃以上。馬志平等引入氫化二聚脂肪酸實現了聚酯樹脂柔韌性和Tg的平衡，采用后加入1,4-環己烷二甲醇的方式降低了聚酯樹脂的黏度，制備得到的羥烷基酰胺固化樹脂酸值為50~55mgKOH/g，可實現140℃條件下的充分固化。張劍等選用酸值在42~56mgKOH/g的高酸值超耐候聚酯樹脂，以羥烷基酰胺為固化劑，在固化促進劑的作用下，在玻璃鋼表面涂裝實現了150~160℃的快速固化，制備得到的涂膜耐候型優異，附著力良好。3結語：我國建筑鋁型材的3種涂裝工藝在性能上各有特點，在應用性能上，粉末涂裝在選擇多樣化和個性化方面具有較大的優勢。但是我國粉末涂料在提高耐候性和降低固化溫度減少能耗方面，尚未取得突破性進展。目前氟碳粉末涂料價格昂貴、應用受限，成本可接受的耐候改進方案又存在其他性能上的不足；低溫固化粉末涂料商品化產品極少，上游原材料供應和下游應用市場都有許多困難需要解決。隨著我國人民群眾對環保問題關注的不斷提高，政策導向有利于粉末涂裝擴大應用比例，但是仍需要行業內加強技術研發解決面臨的各種問題。