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表面 处理 工艺 概述
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五 大 表 面 处 理 工艺 概 述 1 黑色 金属 制品 的浸 蚀 钢铁制品 与大 气长期 接触 或进 行热 处理时 , 其表面 会覆 盖上 一层 锈蚀物 或黑 色氧 化皮 , 其化 学组 成是 各种 铁的氧 化 物。 在 进行 各种 表面 处理时 , 必 须预 先除 去这些 氧化 物。 其方 法有手 工 除锈 、 机械 除 锈和 喷 砂除锈 等 , 而 最通 用 的方法 是采 用各 种酸 类试剂 处 理来除 锈 。 这 种处 理 的实质 是通 过酸 类对 锈蚀物 的溶 解作 用 , 以及在 处 理 过 程 中 酸 类 与 金 属 基 体 反 应 产 生 的 氢 气 对 锈 蚀 物 的 机械 剥 离 作 用 而 从金属 表面 将锈 蚀物 清洗干 净。 用酸 类清 除表面 大量 氧化 物的 过程称 为 强浸蚀 , 或称 为酸 洗 , 清 除表 面上 肉眼 不 易觉察 的薄 氧化 膜的 过程称 为 弱浸蚀 。 有 时在 浸蚀 过程中 也通 以电 流, 则称为 电化 学浸 蚀, 电化学 浸 蚀既用 于强 浸蚀 , 也 用于弱 浸蚀 , 弱浸 蚀 一般是 在强 浸蚀 后进 入电镀 槽 之前进 行的 , 该工 序 之后就 不允 许金 属制 品在大 气中 停留 太久 , 特 别是 金属制 品表 面不 应处 于干燥 状态 。 为保 证 浸蚀过 程顺 利进 行 , 在浸蚀 之 前须先 行除 油 , 否 则 酸与金 属氧 化物 不能 充分接 触 , 会 使化 学 溶解反 应 受 到抑 制。 (1 ) 化学 强浸 蚀。 在黑色 金属 强浸 蚀中 ,常用 的酸 有 硫酸、 盐酸, 或两 者 按一定 比例 混合 的 “ 混酸” 。 根据 钢 铁制品 表面 氧化物 的组 成和 结构 , 当 金属 制品 表面 只 带有疏 松的 锈蚀 物 时 (其 中主 要是 Fe2O3 ) ,可 单 独用盐酸 来浸蚀 ,因 为盐酸对 制品的 浸蚀 速度快, 基体溶 解少 , 渗 氢程 度也小 些, 当金 属制 品表面 为紧 密的 氧化 皮时, 使 用硫酸 浸蚀 比单 独用 盐酸时 的酸 耗量 要小 些, 成本 也低 , 这是 因为硫 酸 浸蚀时 的机 械剥 离作 用要比 盐酸 的强 , 当 金属表 面的 锈和 氧化 皮含高 价 铁的氧 化物 多时 , 可 采用混 合酸 进行 浸蚀 , 这 样既 可发 挥氢 对 氧化皮 的撕裂作 用, 又可 加 速 Fe2O3 和 Fe3O4 的化学 溶解 ,加 速洗 净表面 锈蚀 物。 影 响强 化学 浸蚀 效果的 因素 很多 , 其 中主要 是浓 度、 浸蚀 温度等 对 于清洗 效果 的影 响。 实践证明对 应于 最大浸 蚀速 度有 一 个 最适宜 的 硫酸浓 度, 此值 约 为 25% ( 重量 ) 。为 了减少 铁基 体的 损失 ,生产 中一 般使用 的浓 度为 20% 。 就盐 酸而 言, 虽然 随着浓 度增 高浸 蚀速 度一直 增 加, 但 实验 结果 表明 , 当盐 酸的 浓度 在 20% 以上时 , 基 体的 溶解速 度比 氧化物 的溶 解速 度的 增加要 快得 多 , 因 此 生产中 很少 使用 浓盐 酸。 为了 避免盐 酸挥 发损 失, 减少氯 化氢 毒气 的析 出量, 盐酸 浓度 应控 制在 15% 以下。 当使 用混 酸时 ,多采 用含 10%H2SO4 和 10%HCl 的 混 合液, 这 个比例 可根 据情 况适 当调整 。 温度 对化 学 浸蚀速 度也 有较 大影 响, 温度 升高, 浸蚀 速度 大幅 度增加 。 为 了减 少基 体金属 的损 耗, 防 止 酸雾的 逸 出, 并 延长 设备 的使 用寿命 , 一 般都 不采 用高温 浸蚀 。 当 采用 硫酸浸 蚀 时, 温度 最高 不超 过 60 ℃ 。 当 采用 盐酸 或 混酸浸 蚀时 , 温度 一 般不超 过 40 ℃。 在 10%20% 的上 述酸 液中 进行 浸蚀, 随着 使用 时间 的延长 , 浸蚀溶 液的 效力 将逐 渐降低 。 这 是由 于酸 液中酸 的浓 度减 小和 溶解了 的 铁的浓 度增 高的 缘故 。 当 溶液 中剩 余酸 的 浓度为 3%5% 以及 铁 的含量 达 90g/L 时, 浸蚀 液应 予以更 换。 为了 减轻浸 蚀过 程中 基体 金属的 溶 解, 确保 金属 制品 的 几何尺 寸和 减少 渗氢 现象 , 在 浸蚀 液中 应 加入缓 蚀 剂。如 在硫 酸溶 液中 加入磷 二甲 苯硫 脲和 在盐酸 溶液 中加 入乌 洛托品 , 其 缓蚀 效果 都不错 。 (2 )电 化学 强浸 蚀。 黑 色金 属的 电化 学 强浸蚀 是借 助于 直流 电进行 的。 金属制 品可 以在 阳极 上处理 , 也可 以在 阴 极上处 理 。 清 除锈 蚀 物的处 理效果 , 主 要视 金属 表 面上锈 蚀物 的组 织和 种类而 定 。 对 具有 厚 而平整 的 致密氧 化皮 的工 件, 直接用 电化 学强 浸蚀 , 其效 果是 不理 想的 , 最好 先 经过硫 酸溶 液化 学强 浸蚀 , 待 氧化 皮疏 松 之后再 进行 电化 学处 理。 当氧 化物是 多孔 且疏 松时 , 电 化学 浸蚀 的效 率 是很高 的 。 其 优点 是 浸蚀速 度 快,酸 液消 耗少 ,且 制件使 用寿 命长 ,其 缺点是 耗费 电能 。 目 前 在 大量 生产中 多采 用阳 极浸 蚀。对 于形 状较 复杂 而几何 尺寸 要 求严格 的制 件 , 为 了 防止阳 极浸 蚀容 易出 现的过 浸蚀 缺陷 , 则 可采用 联 合电化 学浸 蚀, 即先 用阴极 进行 浸蚀 , 而 后转为 阳极 浸蚀 。 阳 极浸蚀 可 除去阴 极浸 蚀附 着于 制件表 面的 污物 。 这 种联合 工艺 的另 一优 点是可 以 减轻渗 氢现 象。 黑色 金属阳 极浸 蚀时 , 常 用的电 解液 是 15%20%H2SO4 溶液, 阳极 电流 密度 为 510A/dm2 ,操 作 多在室 温下 进行 。 (3 ) 弱浸 蚀。 弱 浸蚀是 金属 制品 进行 电镀前 的最 后一 道预 处理工 序 。 其目的 是除 去制 品表 面上极 薄的 一层 氧化 膜, 使 表面 呈现 出金 属的晶 体 组织, 其实 质是 金 属 表面活 化的 过程 。这 个常被 人们 忽视 的操 作工序 , 对基体 金属 与镀 层间 的良好 结合 起着 极为 重要的 作用 。 通 常在 金属制 品 经过弱 浸蚀 后, 应立 即予以 清洗 , 并 转入 镀槽中 电镀 。 所 以电 镀总是 在 经 过 除 油 和 弱 浸 蚀 后 才 进 行 的 。 弱 浸 蚀 处 理 的 特 点 是 浸 蚀 介 质 的 浓 度 低, 处 理时 间短, 并 多在室 温下 进行 。 对 于黑色 金属 的弱 浸蚀 , 可用 化 学法, 也可 用电 化学 法。 采 用化 学法 时, 多使用 含 3%5%H2SO4 或 HCl 的稀溶 液, 浸蚀 0.51 分 钟。 采 用电 化学 法弱浸 蚀时 , 多 用阳 极处理 , 使 用 1%3% 稀硫 酸溶 液 ,阳极 电流 密度 为 510A/dm2 。 3 铝及铝 合金 制 品的除 油 铝 是 两 性金 属,既 能溶 于酸 ,也 能溶于 碱。 它在 强碱 性溶液 中, 会 遭到剧 烈浸 蚀而 生成 铝酸盐 ; 因此 对这 类 金属制 品的 除油 , 不 采用强 碱 性溶液 。 通 常根 据其 表面黏 附油 污的 程度 , 可采 用不 同的 除油 工艺。 若 表面油 污严 重 , 应 先 选用有 机溶 剂除 油 , 然后再 用碱 性盐 溶液 化学除 油 。 若表面 油污 较少 时 , 可直接 选用 含少 量苛 性碱的 除油 液 , 或 用 碱性盐 溶 液处理 。 有机溶 剂除油 常用 三氯 乙烯 或三氯 乙烯 与四 氯乙 烯的混 合 有机溶 剂。 如无 这种 高效能 有机 溶剂 ,且 制品表 面又 黏附 大量 油污时 , 也可采 用乳 化除 油法 。这种 方法 是把 除油 能力低 的 有 机溶 剂, 如煤油 、 二甲苯 等与 乳化 剂, 以及如 弱碱 性肥 皂或 三乙醇 胺与 油酸 等形 成的皂 类 进行必 要的 组合 ,使 油污在 有机 溶剂 溶解 和乳化 的双 重作 用下 被清 洗 。 4 铝及其 铝合 金 制品的 浸蚀 轻 金 属 制品 的浸蚀 可以 用酸 液, 也可以 用碱 液。 在碱 溶液中 浸蚀 的 工艺是 广泛 采用 的方 法, 此 法浸 蚀速 度较 快, 在 表面 油污 较少 时, 甚 至 可 以不 经过 除油 而直接 进行 碱液 浸蚀 。 浸 蚀 一 般在 50 ℃80 ℃下于 10%20% 的苛性钠 溶 液中进行,浸蚀时间 约为两分钟,其作用 是由于氢 的强烈 析出 而促 使非 溶性污 物离 开金 属表 面。 5 黑色金 属制 品 的 磷化 黑 色 金 属表 面通过 化学 反应 生成 一层非 金属 的、 不导 电的、 多孔 的 磷 酸 盐 膜 的 处 理 过 程 称 为 磷 化 或 磷 化 处 理 , 形 成 的 磷 酸 盐 膜 称 为 转 化 膜。 磷化 处理 广 泛用于 金属 加工 成形 以及防 锈封 存等 工序 中, 其中 作为涂 层被 覆表 面处 理的基 底或 前处 理 应用 最为 普遍 。 磷化膜 具有 多孔 性 , 涂料可 渗入 到这 些孔 隙中 , 因 而能 显着 地 提高涂 层的附着 力。 此外 ,磷 化膜又 能使 金属 表面 由优良 导体 转变 为不 良导体 , 从而抑 制了 金属 表面 微电池 的形 成 , 有 效 地阻碍 了金 属的 腐蚀 , 可 成倍 地提高 涂层 的耐 蚀性 和耐水 性, 所以 磷化 膜已被 公认 为涂 层被 覆最好 的 基底。 对 薄 板金 属制 品的涂 层被 覆要 求在 被覆前 100% 地 进行 磷化 处 理 。 按 形 成 磷化 处理剂 的组 成可 分为 ,以铁 盐为 主的 磷化 处理, 以锌 盐 为主的 磷化 处理 及以 锰盐为 主的 磷化 处理 。 作为 涂层 被覆 表面 处理的 前 处理, 最广 泛应 用的 是用锌 盐为 主的 磷化 处理, 这种 处理 速度 快, 形 成 的磷化 膜厚 度适 当 ( 1 3 μ m ) , 是 涂层 被覆 的良好 基底 。 锌 盐磷 化处理 剂 的 主要 组分 是磷 酸二氢 锌( 可用 氧化 锌与磷 酸配 制) 、氧 化剂( 常用 硝 酸 盐) 、催 化剂 (常用 亚硝 酸钠 、氯 酸钠和 过氧 化氢 等强 氧化剂 )和 一 些 添加 剂( 如三 聚磷酸 钠、 氟化 钠等 ) 。以 下列 举两 种磷 化液的 配方 及 工艺 规范供参 考。 配 方 一 氧 化 锌 工 业 用 纯 度 98% 以上 25g 磷 酸 工 业 用 含 量 83%23ml 硝酸工 业用含 量 65%45ml 碳酸钠工 业用 16g 自来 水 70ml 此配方所制得 的浓 磷化 液, 总酸度 接近 500 点 ,总酸 度与 游离酸 度之 比 为 7 ∶110 ∶1 。 将此 浓磷 化 液稀释 至磷 化工 艺所 规定的 总 酸度 (喷 射法 采用 1216 点 ) , 另 外补 充添 加亚硝 酸钠 0.20.3g/L,在 60 ℃ 65 ℃下 喷射 处理 l1.5 分钟, 即可 在除 油和 酸洗后 的洁 净的 钢铁 表面上 获 得结晶 细致 的磷 化膜 ,磷化 膜重 量为 2.02.5g/m2 。 配方二 磷酸 二氢锌工业用 10g/L 硝酸钠工业用 7g/L 硝 酸锌工 业 用 7g/L 磷化处 理时 应添 加 亚硝酸 钠 0.3g/L 及 三聚磷 酸钠0.1g/L 。这 种磷 化液 的总酸 度为 1012 点 ,总酸 度与 游离 酸之 比为 10 ∶ 115 ∶1 , 磷化 温度 为 60 ℃±5 ℃, 喷射 磷化处 理需 23 分 钟 ,磷化 膜重 量 为 2.02.5g/m2 , 适用 于钢铁 表面 的喷 射磷 化处理 。 上 述 有 机溶 剂除油 、碱 液除 油、 电化学 除油 、化 学强 浸蚀中 ,电 化 学强浸 蚀和 弱浸 蚀属 于镀层 被覆 表面 处理 的前处 理 , 碱 液除 油 、 化 学强 浸蚀和 磷化 处理 属于 涂层被 覆表 面处 理的 前处理 , 铝 及铝 合金 的除油 和 浸蚀属 于表 面改 质处 理的前 处理 。
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