五大表面处理工艺概述

优胜产品周老师

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10H2SO4和10HCl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1020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35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1520H2SO4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35H2SO4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13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1020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，因而能显著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（13μm），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8323ml
硝酸工业用含量6545ml
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