一、金屬制品的表面前處理

 

    金屬制品的材料品種繁多，它們的原始表面狀態(tài)各不相同，而且不同的表面處理對其前處理的要求也不一樣，因此金屬制品表面的前處理工藝和方法很多。其中主要包括有金屬表面的機械處理、化學處理和電化學處理等。由于機械處理方法在概述中已有介紹，因此本節(jié)僅討論黑色金屬的一般化學處理和電化學處理，以及鋁和鋁合金制品的化學處理等。化學處理的作用主要是清理制品表面的油污、銹蝕及氧化皮等。其中包括制品在有機溶劑和無機試劑中的除油，在適當的化學試劑中的化學強浸蝕和化學弱浸蝕。電化學處理則主要用以強化學除油和浸蝕的過程，有時也可用于弱浸蝕時活化金屬制品的表面狀態(tài)。

     

    1．黑色金屬制品的除油

 

    由于金屬制品在機械加工和中間過程防銹的需要，一般其表面上都黏附或涂有各種壓延油、切削油、拋光膏和防銹油等油脂性物質，在進行各種表面處理之前，應將這些油污清洗干凈，以免影響表面處理的效果。

 

    油污按其性質可分為皂化油和非皂化油兩類。皂化油是來源于動植物的油脂，能與堿液起化學反應生成皂，非皂化油是不與堿液起化學反應的礦物油脂，如凡士林、潤滑油和石蠟等。兩類油脂都不溶解于水，因此無法直接用水把它們清洗干凈，一般是采用有機溶劑處理、堿液處理或電化學處理的方法除油或脫脂。

 

    (1)有機溶劑除油。使用有機溶劑除油可同時除去皂化油和非皂化油。對于溶劑要求其溶解力強，不易燃易爆，毒性小，揮發(fā)較慢，且價格低廉。實際上使用的有機溶劑很難**滿足上述要求。生產中常用的有機溶劑有汽油、溶劑汽油、松節(jié)油、甲苯、二甲苯、二氯乙烷、三氯乙烯、四氯乙烯等。其中應用較廣的是氯化烴，它的優(yōu)點是溶解力強，不易燃易爆，缺點是有毒，成本高，在有水存在下能分解出氯化氫，有腐蝕作用，在使用時要注意防潮防濕。

 

    用有機溶劑除油，簡單的方法是用棉紗蘸有機溶劑對金屬表面進行擦洗(適用于大型工件)。也可將制品浸入盛有有機溶劑的槽中，通過浸漬來除油，這種方法可在專用的脫脂機中進行。在脫脂機內放有若干個槽子，分別都裝有有機溶劑，用機械傳送的方式，使工件依次浸入其中脫脂。

     

    在脫脂機中脫脂，溶劑多用三氯乙烯，因為它在低溫時具有很強的脫脂能力，并且能隨溫度的升高使脫脂能力劇增。另外，由于它的沸點低，已含有大量油污的三氯乙烯可通過分餾提純后重新被利用，使脫脂處理的成本降低。石油溶劑中常用的是200號溶劑汽油，一般用浸洗或擦洗的方法脫脂。使用有機溶劑脫脂，在溶劑揮發(fā)后，制品表面往往還留有一薄層油膜，所以還要把工件浸入堿液中作補充處理。

     

    用有機溶劑除油的優(yōu)點是效率高。在使用脫脂機的情況下，溶劑消耗少，因而成本并不高。若不使用脫脂機，則溶劑消耗大，成本增加，且易燃并有毒。由于有機溶劑除油有這些缺點，在不使用脫脂機的情況下，應盡量不用有機溶劑的方法除油。

     

    (2)堿液除油。堿液除油是由堿液的皂化和乳化作用來完成的，皂化可除去制品表面的動植物油，乳化可除去制品表面的礦物油。由于堿液本身的乳化作用較弱，乳化除油的時間較長，因經常在堿液中加入各種乳化劑，如肥皂、水玻璃、OP乳化劑等，用以提高乳化除油的效率。 

     

    當堿液除油的配方和工藝條件選擇適當時，皂化油和非皂化油都可順利地從制品表面清洗干凈。堿液除油時堿的濃度不宜偏高，因為濃度偏高，會使肥皂的溶解度和乳液的穩(wěn)定性下降，一般用5%10%的苛性鈉溶液較適宜。堿液除油的配方包括以下組分：氫氧化鈉、碳酸鈉、磷酸三鈉、水玻璃和肥皂等，其中氫氧化鈉起皂化作用，碳酸鈉和磷酸三鈉維持溶液一定的堿度，水玻璃和肥皂主要起乳化作用。

     

    鑒別金屬表面油污除凈與否，可視表面被水潤濕的情況而定。當金屬表面油污被除凈時，則有一層連續(xù)的水膜存在，否則水將聚集成滴狀。目前金屬表面前處理除油工藝中，普遍使用的方法是堿性溶液化學除油。生產實踐證明，采用這種除油方法是合理的，雖然應用這一除油工藝，在時間上要比用有機溶劑除油長一些，但無毒和不易燃卻是它的一大優(yōu)點，其所用的生產設備較簡單，且經濟。

     

    (3)電化學除油。電化學除油是將制品放在堿性溶液中作為陰極或陽極而進行電解除油。一般采用的方法是陰極除油或先在陰極上除油，爾后再在陽極上除油。所用除油的堿液含有氫氧化鈉、碳酸鈉、磷酸鈉及硅酸鈉等組分。

    

    電化學除油的**電極好用鍍鎳鋼板或鎳板。在陰極除油時，如用鐵板作陽極，鐵會出現溶解而臟污溶液，并在陰極上產生沉積物。

 

        電化除油的原理是：陰極上析出的氫氣或陽極上析出的氧氣，對金屬表面的溶液產生攪動作用，促進油污脫離金屬表面，同時金屬表面的溶液不斷更新，加速了皂化和乳化作用。電極上析出的氣體，把附著于表面的油膜薄層破壞。小氣泡從油滴附近的電極上脫離而滯留于油滴的表面上，并停留在油與溶液的界面上。由于新的氣泡不斷析出，小氣泡逐漸變大，使油滴在氣泡的影響下脫離金屬表面，而被氣泡帶到溶液表面上來。因此電化學除油比堿液除油的效果要好。電化學除油時，提高溶液的溫度和提高電流密度都能提高除油的效果。

     

    陰極除油的缺點是陰極上析出的氫氣會滲到金屬內部而引起金屬變脆。因此，對于硬質高碳鋼制件，

如彈簧、彈性薄片等，可利用陽極除油，但陽極除油速度比陰極除油慢。這是因為：

 

    ①陽極附近的堿度較低，減弱了皂化作用； 

 

    ②陽極上析出的氧氣較少； 

    

    ③由于氧氣泡較大，滯留于液滴表面上的能力小，對油滴的作用弱于氫氣泡的作用。根據陽極除油和陰極除油的特點，在生產上可采用先在陰極上除油，然后再在陽極上除油。在這種情況下，滲入表面的氫幾乎在很短的時間內就能完全除去而恢復制品的彈性。

         2．黑色金屬制品的浸蝕

     

    鋼鐵制品與大氣長期接觸或進行熱處理時，其表面會覆蓋上一層銹蝕物或黑色氧化皮，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，而通用的方法是采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銹蝕物的溶解作用，以及在處理過程中酸類與金屬基體反應產生的氫氣對銹蝕物的機械剝離作用而從金屬表面將銹蝕物清洗干凈。用酸類**表面大量氧化物的過程稱為強浸蝕，或稱為酸洗，**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，電化學浸蝕既用于強浸蝕，也用于弱浸蝕，弱浸蝕一般是在強浸蝕后進入電鍍槽之前進行的，該工序之后就不允許金屬制品在大氣中停留太久，特別是金屬制品表面不應處于干燥狀態(tài)。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”。   

     

    根據鋼鐵制品表面氧化物的組成和結構，當金屬制品表面只帶有疏松的銹蝕物時(其中主要是Fe2O3)，可單獨用鹽酸來浸蝕，因為鹽酸對制品的浸蝕速度快，基體溶解少，滲氫程度也小些，當金屬制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，可采用混合酸進行浸蝕，這樣既可發(fā)揮氫對氧化皮的撕裂作用，又可加速Fe2O3和Fe3O4的化學溶解，加速洗凈表面銹蝕物。影響強化學浸蝕效果的因素很多，其中主要是濃度、浸蝕溫度等對于清洗效果的影響。西安304不銹鋼板表面處理工藝詳解