表面处理第三讲 表面预处理技术及作业环境

1、3. 1 表面预处理工艺表面预处理工艺 3. 2 表面处理技术作业环境表面处理技术作业环境 清除被处理材料表面附着的杂质，使 处理后的材料本体表面的原子能和处理 介质（气相或液相）的原子相接触，原 子直接在材料本体上沉积或向材料内部 扩渗； 有利于提高涂层与基体材料之间的结 合强度。 第三章第三章 表面预处理与作业环境表面预处理与作业环境 预处理的目的： 机械清理：去除被处理零件表面固 体杂物。 第一节第一节 表面预处理工艺表面预处理工艺 1 机械打磨： （1）砂轮：粗磨加工，除毛刺、铸件的 表面、焊缝周围等。 （2）布轮：精磨抛光，使处理后的零件 表面光滑美观。 磨光机及不同 形状的磨光轮

2、包括机械清理、脱脂处理和浸蚀处理。 特点：手工操作，劳动强度大，有粉尘污染。 机械打磨机械打磨 (2) （3）金属轮（刷）：用金属丝摩擦金属表面，除氧化皮等。 特点：清理效率高，适用于大批量的小型零件。 2 2 滚光滚光 工件和磨料、化学溶液一起在滚筒旋转滚动（滚筒转速 （3060转/分钟） ，使工件和磨料之间发生滚动摩擦，起到清 除污垢的目的。 磨料的选择磨料的选择 滚光磨料有浮石、石英砂、花岗石，皮革角、贝壳、 铁屑，钢砂和陶瓷碎片等 。 需要滚光孔壁时，磨料粒子的直径应小于孔径。 零件上有螺纹孔时，磨料粒子的直径应大于螺纹孔径。 不可选用粉状或过大尺寸的磨料。 选择磨料粒子的原则选择磨料

3、粒子的原则 装载量最少不低于30，最多不高于90。 滚光液的选择： 碱性水溶液：氢氧化钠、碳酸纳、皂角粉等加少量乳化液； 酸性水溶液：盐酸、硫酸、皂角粉等加少量的缓蚀剂。 滚筒装载量滚筒装载量 硬质颗粒高速撞击工件表面，以除污垢。 喷砂清理的也有粗化零件表面的作用，可提高涂层结 合强度。 喷砂对金属表面还有强化的作用。 3 喷砂（丸）喷砂（丸） 喷砂分干喷和湿喷两种。 喷砂（丸）喷砂（丸） 特点：效率高，污染小，可清理各种形状零件，清理质量好。 吸入式喷砂机外形 压力式喷砂机外形 吸入式喷砂枪 喷砂设备喷砂设备 1 溶剂法 (1) 有机溶剂：如汽油、苯、四氯化碳等。一般在常温下脱脂。 特点：脱

4、脂速度快、效果好，但溶剂易挥发、易燃、有毒性， 使用时应注意通风。 脱脂处理脱脂处理 去除被处理零件表面的油污。 由表面活性剂、缓蚀剂等组成。用超声波清洗效果更好。 特点：可在常温下脱脂，加温脱脂效果更好。使用安全、无 污染、价格低。 (2) 水溶性清洗剂水溶性清洗剂 利用碱溶液对皂化性油脂的皂化作用和表面活性物质对非皂 化性油脂的乳化作用，除去工件表面上的各种油污。 2 化学法化学法（1） 常用金属高温碱液脱脂的工艺规范 钢 铁 铜及铜合金 铝及铝合金 含量（g/L） 1 2 3 4 5 6 7 8 氢氧化钠(NaOH)50100 20 2030 1015 碳酸钠(Na2CO3) 2040

5、20 3040 2030 1020 4050 1520 1520 磷酸钠(Na3PO412H2O) 3040 20 3040 5070 1020 4050 碳酸氢钠(NaHCO3) 510 焦磷酸钠(Na4P2O710H2O) 1015 1015 硅酸钠(Na2SiO3) 510 10 510 510 1015 1015 1015 表面活性剂 12 12 OP 乳化剂 23 13 海鸥洗涤剂(mL/L) 24 pH 值 10 温度() 8095 7090 6090 8095 70 70 4070 6080 各种因素的作用（以钢铁预处理为例）： 氢氧化钠：有很强的皂化能力，但含量过高会形成肥皂难

6、 以清除，一般含量 100克/升。 碳酸钠：呈弱碱性，有一定的皂化能力和对溶液pH值起缓 冲作用(pH10.2则肥皂发生水解)。 磷酸三钠：呈弱碱性，有一定的皂化能力和缓冲pH值的作 用，有助于水玻璃从工件表面洗去。 水玻璃：有较强的乳化能力和一定的皂化能力。但残留在 工件表面上的水玻璃较难洗净，应与磷酸三钠配合使用。 化学法化学法（2） 乳化剂：分子具有亲水基团和憎水(亲油)基团，在除油过程 中，其憎水基团指向油污而亲水基团指向溶液，降低油溶液 界面张力，油污以极细小的油珠脱离零件表面进入溶液中成乳 浊液。 温度：提高温度可以提高皂化反应速度，加快溶液的循环， 降低油脂的粘度，油溶液界面的表

7、面张力减低，较易湿润。 机械作用：抖动零件、搅拌或喷射溶液以及用超声波振荡都 能加快除油过程。 化学法脱脂的特点：操作简单、脱脂能力强、安全可靠。 化学法化学法（3） 在电化学法脱脂液中，工件接直 流电，利用电解析出的氢气或氧气 泡使油膜变成小油珠而脱离零件。 3 电化学法电化学法（1） 特点：脱脂效果好，速度快。阴极 脱脂易引起高强钢氢脆；阳极脱脂易 对有色金属产生腐蚀。 表45 电化学脱脂液的组成和工艺规范 钢 铁 铜及其合金 铝及其合金 含量（g/L） l 2 3 4 5 6 7 8 氢氧化钠(NaOH) 1030 4060 50 1015 510 25 10 05 碳酸钠(Na2CO3

8、) 60 4 2030 1020 23 020 磷酸钠(Na3PO412H2O) 1530 5070 2030 硅酸钠(Na2SiO3) 3050 35 40 1015 2030 40 40 表面活性剂 12 40线性烷基磺酸钠 1 2 5 三聚磷酸钠(Na5P3O10) 5 10 40 温度() 80 7080 7090 60 4070 电流密度(Adm3) 10 25 38 510 510 阴极脱脂时间(min) l 58 l 510 阳极脱脂时间(min) 0 20 5 510 0.30.5 电化学法电化学法（2） 1 化学抛光 零件浸在抛光液内，通过化学介质对 金属表面凸出部分的溶解降

9、低表面粗糙 度，提高零件表面光亮度。 特点：适合处理形状复杂的零件，生 产效率高。 抛抛 光光 提高被处理零件表面光亮度。 常见金属化学抛光工艺规范 钢 铁 不锈钢铜及铜合金 铝及铝合金 含量 1 2345678 硝酸 硫酸 盐酸 过氧化氢 磷酸 草酸 冰乙酸 氟化氢铵 尿素 苯甲酸 铬酐 乙醇 酸性橙黄染料 水 0.1 3050 2540 7080 20 20 11.5 6065 100110 4050 510 23 40mL 230mL 70mL 660mL 180 550 270 5060 43047 0 2 6070 60 100 800 30 500 PH 温度 () 时间 (min

10、) 1530 230 2.1 1530 0.52 7085 25 5080 320 室温 12 2045 0.51.5 90110 12 室温 0.51 化学抛光化学抛光 浸入电解液中的零件接阳极， 金属表面凸出部分电流密度大，溶 解速度快，结果表面的粗糙度减小， 光亮度提高。 电解抛光成本高、效率低。但 抛光质量高。 2 电解抛光电解抛光（1） 常见金属电化学抛光工艺规范 钢 铁 不锈钢 铜及铜合金 铝及铝合金 含量 1 2345678 硫酸 磷酸 铬酐 明胶 水 72 23 5 6670 1214 1820 2030 5060 20 400mL 560mL 50 克 78 克 40mL 7

11、2 28 74 6 20 8688 1214 3742 3742 4.34.9 1222 阳极电流密度 （安/平方分米） 温度 () 时间 (min) 阴极材料 20100 6575 35 铅 2030 1530 0.52 铅 20100 5060 10 铅 2050 5565 45 铅 68 室温 1530 铜 1030 2040 13 铅 712 7580 35 铅 4050 8085 13 铅 电解抛光电解抛光（2） 1 化学浸蚀和电化学浸蚀 酸和氧化膜反应生成溶于水的盐： Fe2O3 + 6HCl = 2FeCl3 + 3H2O FeO + 2HCl = FeCl2 + H2O 浸浸

12、蚀蚀 去除被处理零件表面较薄的锈或氧化膜。 酸液中加金属缓蚀剂可以减小酸对金属的腐蚀。 表 32 部分常用金属材料的化学和电解浸蚀溶液成分与工艺 溶液成分 工作条件 适用材料 组成 含量/(g/L) 电压/V 温度/ 时间/s 备 注 低碳钢和 低合金钢 HCl 若丁 50 vol 23 室温 60300 时间从冒泡算起，适用于磷 化 H2S04 520600 68 1224 低合金钢 和不锈钢 H2S04 880920 68 1224 低合金钢：阳极 3060s；不 锈钢： 先阳极 45s 后阴极 15s 不锈钢和 镍基合金 FeCl3 HCl 29330 5462 室温 90120 (槽镀

13、) 合金钢和 不锈钢 H2S04 K2Cr2O 520540 12 68 12-24 合金钢：阳极 3060s;不锈 钢：先阳极 45s，后阴极 15s 铜合金 H2S04 HN03 880900 2402.50 室温 5 H3PO4 435440 室温 2030 适用于化学氧化 铝合金 NaOH 6080 6070 1530 适用于电镀,阳极氧化等 化学浸蚀化学浸蚀 简化脱脂和浸蚀工序，使脱脂和浸蚀一次完成，仅用在表 面油脂和锈蚀都轻微的场合。 四、脱脂四、脱脂-浸蚀综合处理浸蚀综合处理 机械清理脱脂水清洗化学浸蚀水清洗中和水清 洗（甩干）立即进行表面处理 典型的金属清洗工艺典型的金属清洗工

14、艺 1 局部保护工艺 对零件表面有一些不允许处理的特殊部位，如螺纹、精加 工配合面等，进行保护处理。但尽量不要采用保护措施，因为 增加工作量； 保护处容易储存碱液或酸液，影响到下一工序。 五、其它表面处理工艺五、其它表面处理工艺 （1） 热固性塑料、ABS塑料、聚苯乙烯等：用溶剂或清洗 剂去除表面油垢、脱模剂等杂质，并进行粗化处理以使塑 料表面微观粗糙，以提高塑料表面与覆层之间的结合力。 2 塑料的表面处理工艺塑料的表面处理工艺 ABS塑料及其化 学粗化后的结构 塑料表面的粗化处理塑料表面的粗化处理 ABS塑料是由丙烯腈(A)、 丁二烯(B)、苯乙烯(S)三 种单体发生共聚反应而形 成的共聚物

15、 丁晴橡胶（BA） （2） 聚烯烃、聚乙烯缩醛等塑料：必须进行表面氧化、酸 处理、电晕放电、紫外线等处理，改变其表面极性，提高 涂膜的附着力和亲水性。 塑料的表面处理工艺塑料的表面处理工艺（2） 1 喷涂工作环境的要求 最好是在无人的封闭工作间内进行； 要有强排风装置，防止粉尘危害； 等离子喷涂应有防噪音措施，如戴耳塞。 第二节第二节 表面处理技术的作业环境表面处理技术的作业环境 不同的表面工程技术对工作环境有不同的要求。 场地干净无飞尘； 对环境的温度、湿度有一定要求； 加强通风，防止异味损害工人健康； 要有防火措施等。 2 对涂装环境的要求对涂装环境的要求 表34 空气洁净度等级 等级 每立方米空气中 0.5m 尘粒数 每立方米空气中 5m 尘粒数 适用范围 1 级 35 10 级 350 VLSL 电路光