五大表面處理工藝概述

1　黑色金屬製品的浸蝕 鋼鐵製品與大氣長期接觸或進行熱處理時，其表面會覆蓋上一層鏽蝕物或黑色氧化皮，其化學組成是各種鐵的氧化物。在進行各種表面處理時，必須預先除去這些氧化物。其方法有手工除銹、機械除銹和噴砂除銹等，而最通用的方法是採用各種酸類試劑處理來除銹。這種處理的實質是通過酸類對鏽蝕物的溶解作用，以及在處理過程中酸類與金屬基體反應產生的氫氣對鏽蝕物的機械剝離作用而從金屬表面將鏽蝕物清洗乾淨。用酸類清除表面大量氧化物的過程稱為強浸蝕，或稱為酸洗，清除表面上肉眼不易覺察的薄氧化膜的過程稱為弱浸蝕。有時在浸蝕過程中也通以電流，則稱為電化學浸蝕，電化學浸蝕既用於強浸蝕，也用於弱浸蝕，弱浸蝕一般是在強浸蝕後進入電鍍槽之前進行的，該工序之後就不允許金屬製品在大氣中停留太久，特別是金屬製品表面不應處於乾燥狀態。為保證浸蝕過程順利進行，在浸蝕之前須先行除油，否則酸與金屬氧化物不能充分接觸，會使化學溶解反應受到抑制。 （1）化學強浸蝕。在黑色金屬強浸蝕中，常用的酸有硫酸、鹽酸，或兩者按一定比例混合的「混酸」。 根據鋼鐵製品表面氧化物的組成和結構，當金屬製品表面只帶有疏鬆的鏽蝕物時（其中主要是Fe2O3），可單獨用鹽酸來浸蝕，因為鹽酸對製品的浸蝕速度快，基體溶解少，滲氫程度也小些，當金屬製品表面為緊密的氧化皮時，使用硫酸浸蝕比單獨用鹽酸時的酸耗量要小些，成本也低，這是因為硫酸浸蝕時的機械剝離作用要比鹽酸的強，當金屬表面的銹和氧化皮含高價鐵的氧化物多時，可採用混合酸進行浸蝕，這樣既可發揮氫對氧化皮的撕裂作用，又可加速Fe2O3和Fe3O4的化學溶解，加速洗凈表面鏽蝕物。影響強化學浸蝕效果的因素很多，其中主要是濃度、浸蝕溫度等對於清洗效果的影響。 實踐證明對應於最大浸蝕速度有一個最適宜的硫酸濃度，此值約為25（重量）。為了減少鐵基體的損失，生產中一般使用的濃度為20。就鹽酸而言，雖然隨著濃度增高浸蝕速度一直增加，但實驗結果表明，當鹽酸的濃度在20以上時，基體的溶解速度比氧化物的溶解速度的增加要快得多，因此生產中很少使用濃鹽酸。為了避免鹽酸揮發損失，減少氯化氫毒氣的析出量，鹽酸濃度應控制在15以下。當使用混酸時，多採用含10H2SO4和10HCl的混合液，這個比例可根據情況適當調整。溫度對化學浸蝕速度也有較大影響，溫度升高，浸蝕速度大幅度增加。為了減少基體金屬的損耗，防止酸霧的逸出，並延長設備的使用壽命，一般都不採用高溫浸蝕。當採用硫酸浸蝕時，溫度最高不超過60℃。當採用鹽酸或混酸浸蝕時，溫度一般不超過40℃。 在1020的上述酸液中進行浸蝕，隨著使用時間的延長，浸蝕溶液的效力將逐漸降低。這是由於酸液中酸的濃度減小和溶解了的鐵的濃度增高的緣故。當溶液中剩餘酸的濃度為35以及鐵的含量達90g/L時，浸蝕液應予以更換。 為了減輕浸蝕過程中基體金屬的溶解，確保金屬製品的幾何尺寸和減少滲氫現象，在浸蝕液中應加入緩蝕劑。如在硫酸溶液中加入磷二甲苯硫脲和在鹽酸溶液中加入烏洛托品，其緩蝕效果都不錯。 （2）電化學強浸蝕。 黑色金屬的電化學強浸蝕是藉助於直流電進行的。金屬製品可以在陽極上處理，也可以在陰極上處理。清除鏽蝕物的處理效果，主要視金屬表面上鏽蝕物的組織和種類而定。對具有厚而平整的緻密氧化皮的工件，直接用電化學強浸蝕，其效果是不理想的，最好先經過硫酸溶液化學強浸蝕，待氧化皮疏鬆之後再進行電化學處理。當氧化物是多孔且疏鬆時，電化學浸蝕的效率是很高的。其優點是浸蝕速度快，酸液消耗少，且製件使用壽命長，其缺點是耗費電能。 目前在大量生產中多採用陽極浸蝕。對於形狀較複雜而幾何尺寸要求嚴格的製件，為了防止陽極浸蝕容易出現的過浸蝕缺陷，則可採用聯合電化學浸蝕，即先用陰極進行浸蝕，而後轉為陽極浸蝕。陽極浸蝕可除去陰極浸蝕附著於製件表面的污物。這種聯合工藝的另一優點是可以減輕滲氫現象。黑色金屬陽極浸蝕時，常用的電解液是1520H2SO4溶液，陽極電流密度為510A/dm2，操作多在室溫下進行。 （3）弱浸蝕。弱浸蝕是金屬製品進行電鍍前的最後一道預處理工序。其目的是除去製品表面上極薄的一層氧化膜，使表面呈現出金屬的晶體組織，其實質是金屬表面活化的過程。這個常被人們忽視的操作工序，對基體金屬與鍍層間的良好結合起著極為重要的作用。通常在金屬製品經過弱浸蝕後，應立即予以清洗，並轉入鍍槽中電鍍。所以電鍍總是在經過除油和弱浸蝕後才進行的。弱浸蝕處理的特點是浸蝕介質的濃度低，處理時間短，並多在室溫下進行。對於黑色金屬的弱浸蝕，可用化學法，也可用電化學法。採用化學法時，多使用含35H2SO4或HCl的稀溶液，浸蝕0.51分鐘。採用電化學法弱浸蝕時，多用陽極處理，使用13稀硫酸溶液，陽極電流密度為510A/dm2。 3　鋁及鋁合金製品的除油 鋁是兩性金屬，既能溶於酸，也能溶於鹼。它在強鹼性溶液中，會遭到劇烈浸蝕而生成鋁酸鹽；因此對這類金屬製品的除油，不採用強鹼性溶液。通常根據其表面黏附油污的程度，可採用不同的除油工藝。若表面油污嚴重，應先選用有機溶劑除油，然後再用鹼性鹽溶液化學除油。若表面油污較少時，可直接選用含少量苛性鹼的除油液，或用鹼性鹽溶液處理。 有機溶劑除油常用三氯乙烯或三氯乙烯與四氯乙烯的混合有機溶劑。如無這種高效能有機溶劑，且製品表面又黏附大量油污時，也可採用乳化除油法。這種方法是把除油能力低的有機溶劑，如煤油、二甲苯等與乳化劑，以及如弱鹼性肥皂或三乙醇胺與油酸等形成的皂類進行必要的組合，使油污在有機溶劑溶解和乳化的雙重作用下被清洗。 4　鋁及其鋁合金製品的浸蝕 輕金屬製品的浸蝕可以用酸液，也可以用鹼液。在鹼溶液中浸蝕的工藝是廣泛採用的方法，此法浸蝕速度較快，在表面油污較少時，甚至可以不經過除油而直接進行鹼液浸蝕。 浸蝕一般在50℃80℃下於1020的苛性鈉溶液中進行，浸蝕時間約為兩分鐘，其作用是由於氫的強烈析出而促使非溶性污物離開金屬表面。 5　黑色金屬製品的磷化 黑色金屬表面通過化學反應生成一層非金屬的、不導電的、多孔的磷酸鹽膜的處理過程稱為磷化或磷化處理，形成的磷酸鹽膜稱為轉化膜。 磷化處理廣泛用於金屬加工成形以及防鏽封存等工序中，其中作為塗層被覆表面處理的基底或前處理應用最為普遍。磷化膜具有多孔性，塗料可滲入到這些孔隙中，因而能顯著地提高塗層的附著力。此外，磷化膜又能使金屬表面由優良導體轉變為不良導體，從而抑制了金屬表面微電池的形成，有效地阻礙了金屬的腐蝕，可成倍地提高塗層的耐蝕性和耐水性，所以磷化膜已被公認為塗層被覆最好的基底。對薄板金屬製品的塗層被覆要求在被覆前100地進行磷化處理。 按形成磷化處理劑的組成可分為，以鐵鹽為主的磷化處理，以鋅鹽為主的磷化處理及以錳鹽為主的磷化處理。作為塗層被覆表面處理的前處理，最廣泛應用的是用鋅鹽為主的磷化處理，這種處理速度快，形成的磷化膜厚度適當（13μm），是塗層被覆的良好基底。鋅鹽磷化處理劑的主要組分是磷酸二氫鋅（可用氧化鋅與磷酸配製）、氧化劑（常用硝酸鹽）、催化劑（常用亞硝酸鈉、氯酸鈉和過氧化氫等強氧化劑）和一些添加劑（如三聚磷酸鈉、氟化鈉等）。以下列舉兩種磷化液的配方及工藝 規範供參考。 配方一 氧化鋅工業用純度98以上25g 磷酸工業用含量8323ml 硝酸工業用含量6545ml 碳酸鈉工業用16g 自來水70ml 此配方所製得的濃磷化液，總酸度接近500點，總酸度與遊離酸度之比為7∶110∶1。將此濃磷化液稀釋至磷化工藝所規定的總酸度（噴射法採用1216點），另外補充添加亞硝酸鈉0.20.3g/L，在60℃65℃下噴射處理l1.5分鐘，即可在除油和酸洗後的潔凈的鋼鐵表面上獲得結晶細緻的磷化膜，磷化膜重量為2.02.5g/m2。 配方二 磷酸二氫鋅工業用10g/L 硝酸鈉工業用7g/L 硝酸鋅工業用7g/L 磷化處理時應添加亞硝酸鈉0.3g/L及三聚磷酸鈉0.1g/L。這種磷化液的總酸度為1012點，總酸度與遊離酸之比為10∶115∶1，磷化溫度為60℃±5℃，噴射磷化處理需23分鐘，磷化膜重量為2.02.5g/m2，適用於鋼鐵表面的噴射磷化處理。 上述有機溶劑除油、鹼液除油、電化學除油、化學強浸蝕中，電化學強浸蝕和弱浸蝕屬於鍍層被覆表面處理的前處理，鹼液除油、化學強浸蝕和磷化處理屬於塗層被覆表面處理的前處理，鋁及鋁合金的除油和浸蝕屬於表面改質處理的前處理。