材料表面处理方法

1、表面处理方法 常用的表面处理方法主要有脱脂处理法、机械处理法和化学处理法三大类。 选择表面处理法应考虑多种因素，其中主要 包括：（1）表面污染物的种类。如动物油、 植物油、矿物油、润滑油、脏土、流体、无机盐、水份、指纹等。（2）污染物的物理特性。 如污染物的厚度、紧密或疏松程度等。（3）胶接材料的种类。如钢材料可用碱溶液，而处 理黄铜、铝材料时应考虑选用腐蚀性较小的温和溶液。（4）需要清洁的程度。（5）清洗 液的清洁能力和设备情况。（6）危险性和价格成本等。现对常用的表面处理方法介绍如 下。一、脱脂处理法（一）溶剂脱脂法 有机溶剂能有效地除去表面上的油污。对于清洗 脱脂所用的有机溶剂要求能具有

2、如下的性能：（1）溶解污物的能力强；（2）比热或潜热 低；（3）不燃；（4）无毒；（5）化学性能稳定，对处理表面呈惰性；（6）沸点较低；（7）在气态时比空气重，在液态时也有较大的密度；（8）具有低表面张力等。能满足上 述所要求的有机溶剂事实上并不存在。因此必须按照具体情况，选择较为合适的溶剂种类。 通常采用的有机溶剂有：丙酮、苯、甲苯、二甲苯、三氯乙烯、四氯化碳、醋酸乙酯、香蕉 水、汽油等。对于大批量的连续生产的胶接件，最好采用三氯乙烯蒸汽浴除油脂。采用溶 剂脱脂也容易出现部分污染物凭借溶剂全面扩散的现象。在这种场合，应经常更换溶剂并反 复清洗。一般应采用少量多次的方法去除油脂。另外，采用溶剂

3、脱脂时，一定要有必要的 晾干时间，否则由于溶剂残留在胶接件表面上而使其胶接强度下降。对于大面积的胶接件 表面，可采用从上至下或从左到右一个方向擦拭，反复进行，直至无油污为止。也有一些采 用溶剂除油脂后，再用除垢剂进行冲洗。由于许多有机溶剂均为易燃物质，因此在用这些 溶剂去除油脂时，必须遵守易燃易爆物操作的有关规定。如果把溶剂脱脂与超声波脱脂合 并使用，则其处理效果更好。表2示出了钢的溶剂脱脂处理及与超声波脱脂处理并用的 效 果。表2溶剂脱脂的处理效果处理方法未处理甲苯脱脂庚烷脱脂丁酮脱脂抗剪强度 比较值（）28 93 93 94醋酸乙酯脱脂 三氯乙烯脱脂 甲基三氯甲烷，超声波5min脱脂 甲

4、基三氯甲烷，超声波13 min脱脂甲基三氯甲烷，超声波20min脱脂（二）高温脱脂及 除积炭100 100 110 113 114此方法一般用于使用过的胶接件脱脂除油处理。由于胶接件长 期使用，表面容易吸附或沉积油污，在胶接前如不除尽油污，在胶粘剂与胶接件表面之间 便会形成一个油膜隔离层，从而严重影响胶接强度。对于这些胶接件，如允许采用高温处 理时，可将它们置于200-250C的电热鼓风干燥箱中。如胶接件太大，无法加入电热鼓风 干燥箱，则可采用几个红灯或喷灯局部加热，使胶接件表面及周围的油脂渗出，然后用干净 棉纱揩擦，再用溶剂除油。必须指出，在用溶剂除油时，溶剂一定要与火源隔开，以防发 生意外

5、。对于返修的旧制件，如果上面沉积有坚韧的积炭薄层，则在胶接修补前必须将积 炭仔细除去。积炭一般由燃烧产物、金属氧化物、尘埃、油脂及其胶质油泥沉积物等复杂 成份组成。清除积炭的方法可分为机械处理和化学处理两种。但无论使用什么方法，都需 事先除油脱脂。机械处理主要用手工工具刮除，如用钢丝刷、铜丝刷、刮刀、风动工具等 清除。必要时先将制件在煤油中浸泡一段时间，然后用磨料等清除。化学处理又分为碱性 熔盐浴法和溶液处理法两种。碱性熔盐浴的配方如下：氯化钠5氢氧化钠6.5硝酸钠30 将上述混合物熔融，再将制件在250C下置于上述熔融浴中处理，处理时间视具体情况而 定。溶液处理法清除积炭的配方及工艺条件如下

6、：配方1氢氧化钠配方2碳酸钠配 方3氢氧化钠10 配方4碳酸钠1.9水玻璃0.9软皂1水100处理条件：90-95C， 2-4h。处理对象：铝。（三）化学脱脂如果条件许可，对胶接件最好采用化学脱脂法。 在化学脱脂法以及在后面所述的化学处理法的配方中所用的水，均为软 水或纯水，即用一 般容易得到的蒸馏水来配制处理溶液。洗涤用水采用自来水。钢材的化学脱脂法所用的溶 液配方如下：配方1硅酸钠10 配方2氢氧化钠10碳酸钠50硅酸钠50水1000 将胶接件在上述溶液中于80-100C下处理30min，然后水洗、干燥。水洗时必须要多次 充分冲洗，将胶接件表面上残留的碱液洗涤干净，否则将会影响胶接强度。另

7、外，对铝合金及巴氏合金等胶接材料，严禁用氢氧化钠溶液水煮脱脂去油。（四）超声波脱脂 通常的 表面处理方法很难将杂质从复杂结构部件的细缝、低洼等死角处清除出来。在这种场合，超 声波可较理想地解决重格酸钠30磷酸钠30氢氧化钠30水1000将胶接件在上述溶 液中于80-100C下处理10-15min，然后水洗、干燥。水40二甲酚皂液50处理条件： 室温，24h，或60-85C，4。处理对象：钢。2磷酸钠1水玻璃0.8软皂1水100重 格酸钾0.3表面活性剂0.5处理条件：80-95C，1-2h。处理对象：钢、铝。2.5碳酸钠 3.5水玻璃0.15软皂2.5水100处理条件：80-95C，1-2h。

8、处理对象：钢、铸铁。问 题。超声波是通过高频发生器与换能器的结合而由电振动能转变来的机械振动能。采用超 声波脱脂时，在干净的液体中放入 换能器，又在它的附近放入处理的制件。当超声波的频 率为20-5000HZ时，已有足够高的能量对流体进行翻动，同时在表面相的界面上产生很大 的机械冲刷力将杂质从壁上撕掉或冲击出来，因此大大加快了清扫污物的速度。此法比较适 用于小型的复杂部件。如果净化的部件较大，则频率就应相应降低。在大多数情况下，一 般部件放在功率为20W/cm2的超声波中处理20-60S后，就能得到足够清洁的表面。使用 液体要经常更换，以免在清洁的部件表面上形成污染膜。二、机械处理法机械处理法

9、是工 业上常用的处理方法之一。主要有机械打磨和机械喷砂两种方法。（一）机械打磨法通常 先用钢丝刷刷去胶接表面松散的氧化层，然后用砂轮、砂布、砂纸或粗锉进行打磨加工，使 胶接表面得到一定的粗糙度。机械打磨法适用于大部分材料。表3-5分别示出了国产水 砂纸、木砂纸和铁砂布的型号和粒度号数的对照情况，供使用时参考。机械打磨法简便易 行，化费很省，但在实际操作时难以得到相同的重复结果，操作的重演性和均匀性较差，因 此通常只在要求不高的场合使用。表3国产水砂纸型号与粒度号数对照型号磨料粒度 号 上海产品 数 天津产品 180 100 120 220 120 150 240 150 160 280 180

10、 180 320 220 220 400 240 260 500 280 600 320 -表4国产木砂纸型号与粒度号数对照 型号磨料粒度 上海产品 号数 天津产品 00 0 1 80 100 3/2 60 80 2 46 60 5/2 36 46 3 30 36 4 20 30 150 120 160 140表5国产铁砂布型号与粒度号数对照型号磨料粒度号上海产品数天津产品 0000 000 220 200 180 180 00 150 160 0 120 140 1 100 100 2 60 60 3 36 36 4 24 30（二）机械喷砂法通常，不会因机械喷砂而影响装配尺寸和光洁度的胶接

11、件，以及在使用中耐磨蚀性 要求不高的胶接件，均可采用机械喷砂法。在进行喷砂前，最好先用溶剂去除油污，这样 喷砂后胶接表面特别干净。机械喷砂法既快又好，胶接强度均匀稳定，操作也很简单，其 中特别对铜合金、铝合金和钢材的胶接效果最佳。但机械喷砂法也有一定的局限性。例如， 对于薄膜材料、软质多孔材料、电镀后的零件、精密零件及大型零件等都不宜采用。一般， 机械喷砂法用于中等或稍小的一些胶接件以及较 粗糙的胶接件等。另外，喷干砂粉时的粉 尘较大，对操作工人的身体健康会造成危害，因此必须注意劳动保护。机械喷砂法又可分 为干法和湿法两种。干法是单纯用磨料进行喷砂，一般用于化学处理法难以处理的合金， 以及在表

12、面上有较多鳞片和氧化物的场合。干法喷砂后残留在表面上的细粉磨料应用干净 的压缩空气或氮气吹净。湿法是将磨料、液体和空气混合在一起使用。它的主要优点是能 控制和减少粉尘飞扬，并且可以用喷雾淋洗的方法除去喷砂表面上的残留物。机械喷砂法 能使胶接表面产生圆的或凹凸不平的形状，其深度与胶接材料的性质，磨料的特性、大小以 及所用的喷砂压力等有关。其中，磨料的特性和大小是最重要的因素。例如，用尖锐的切 割式磨料时，喷砂效果最好。这类磨料包括刚玉砂、金刚砂、石英砂等。而圆球形磨料， 如玻璃珠、金属弹等的效果较差。因为圆球形磨料将使表面产生交叠的金属粒子层，这些 疏松的金属粒子层依附在金属基体上，使胶接性能不

13、佳。表6列举了这两种磨料胶接性能 的比较。表7是几种金属喷砂处 理时的磨料大小范围。为了简便，除铝材之外的所有金 属表面，均可用干净的、尺寸为0.25-0.40mm大小的钢砾或铁砾磨料喷砂0.5min左右，即 可完成喷砂处理。对铝材，只能用砂子或刚玉磨料作喷砂处理。用喷砂处理非金属材料时， 较软的非金属材料（如某些热 塑性塑料）不适宜用粗磨料去增加它的胶接强度，因为在软 质材料表面上的凹凸和容易产生内聚性破坏，以致辞大大降低胶 接强度。表6玻璃珠与 石英磨料胶接效果的比较被胶接件材料胶粘剂醛酚-橡胶铝合金改性环氧磨料玻璃 珠石英砂玻璃珠石英砂表7喷砂磨料大小范围胶接材料钢铝黄铜黄铜不锈钢 三、

14、化学处理法化学处理法是将胶接件在室温或更高温度下浸入碱液、酸液或某些无机盐 溶液，除去其表面疏松氧化物和其他污物。对于某些较活泼的金属，在处理后还需适当钝 化”处理，以获得牢固和稳定的胶接表面。化学处理法具有高效、经济、质量稳定和能大面 积使用的特点。它除能粗化、清洁表面，还可以产生一种耐化学反应的表面层，提高胶接 件使用的耐久性。对于一些易氧化的金属和诸如聚四氟乙烯之类的非极性材料，从快速、可 靠和提高胶接强度的角度考虑，化学处理法尤其是一种最为简便的方法。表8列举了铝 合金材料用不同表面处理方法处理后胶接强度的比较情况。从表中可知，化学处理可以获得 最高的胶接强度。表8铝合金表面处理与胶接

15、强度的关系处理方法未处理脱脂处 理 脱脂，喷砂处理阳极化处理 脱脂、重格酸钠、硫酸处理脱脂、喷砂、重格酸钠、硫酸 处理（注）胶粘剂为含有填料的双组份环氧树脂胶必须根据不同的胶接材料采用不同的化 学处理方法。处理时间、处理温度不同，得到的胶接强度也不同。化学处理法的不足之处 在于大部分处理液具有一定的腐蚀作用，并可能产生有害气体，因此在操作时必须注意通风 和劳动保护.抗剪强度（MPa ） 3.1 5.9 9.3 13.6 19.3 21.7方法干法湿法干法湿法 湿 法 磨料大小（号数）80-100 140-325 80-100 140-325 140-325 剥离强度（N/cm ） 18-54

16、108-162 0-27 180-270四、涂底胶法在胶接表面涂底胶有以下几种作用：1、保护作用使 胶接面保持清洁，防止受腐蚀或污染，延长已处理好的表面的存放时间。2、改善胶接性能 如弹性底胶与环氧树脂胶配合，就能改善脆性。环氧树脂胶所用的弹性底胶有氯丁橡胶、丁 腈橡胶、聚硫橡胶等。3、固定胶膜或工件定位4、改善表面的粘附性这里主要是指涂布 一层偶联剂。偶联剂能使胶液与胶接材料这间形成化学键，从而使胶接强度和对环境作用 的抵抗能力大大提高。但使用不宜用得太多，因为不仅偶联剂一般较为昂贵，而且太多了会 导致辞整个胶层的耐热性会有所下降。表9示出了偶联剂对胶接强度的影响情况，从表 中所列的情况来看

17、，偶联剂可使胶接强度提高1倍之多。目前，常用的偶联剂主要是各类 硅氧烷，除此以外还有格的络合物、磷酸酯、有机酸类及有机胺类等。表9偶联剂对胶接 强度的影响胶粘剂类型聚氨酯环氧树脂酚醛-丁月青偶联剂类型KH-550 KH-570 KH-580 与未用偶联相比强度提高倍数2.8-7.5 1.6 2.1-3.3塑料表面处理方法塑料可分为热塑性塑 料和热固性塑料两大类。在通常情况下，热固性塑料要比热塑性塑料容易胶接。但它们的表 面能量均低于玻璃、陶瓷、金属等亲水性材料，而且它们表面常会粘附脱模剂或逸出增塑 剂，因此不易为胶粘剂所浸润，从而影响胶接强度。因此，一般均需对塑料进行表面处理。 由于塑料的品种

18、众多，各种性能差别很大，因此表面处理的方法也就很不相同。以下介绍 几种常见的塑料表面处理方法。方法1本方法主要适用于聚乙烯、聚丙烯、聚异丁烯、 聚氯乙烯、过氯乙烯。上述塑料的脱脂溶剂为丙酮和丁酮。脱脂后，进行氧化焰处理：先 用砂布使其粗化，将其置于氧化焰上烧3-5s，连续三次。再用30%的氢氧化钠溶液， 65-70C浸渍3-5min，用冷水冲洗，然后用下述溶液活化，65-70C浸渍5-10min:格酸10 浓硫酸10 20浓硫酸水50 40水340经水洗，再在下述溶液中70-75C氧化5-7min： 重格酸钾方法2本方法适用对象同上。在下述溶液中于20C下处理90min：重格酸 钠方法3本方法

19、适用于对象同上。在电晕放电活化的下述任一气体中进行暴露处理：（1）干空气，15min； （2） 一氧化氮，10min； （3）湿空气，5min；（4）氮气中，5min。处理后应在15min内进行胶接。方法4 5硫酸（d=1.84 ） 100水8用冷水洗净后， 在室温下干燥。然后在70-75C的热水中洗涤5-7min，用蒸馏水洗净后在65-70C干燥。 本方法适用于聚苯乙烯及其改性品种，如ABS和AS等。喷砂或砂布打磨后脱脂。脱脂 溶剂：丙酮、无水乙醇。脱脂后在格酸溶液中60C下浸渍20min。方法5本方法适 用于尼龙。脱脂溶剂：丙酮、无水乙醇、醋酸乙酯、丁酮，在表面涂一层10%的尼龙-苯酚 溶

20、液，在60-70C保持10-15min，然后用溶剂擦净（或者再在表面涂一层间苯二酚-甲醛 底胶），立即胶接。方法6本方法适用于涤纶薄膜。脱脂溶剂：丙酮、无水乙醇。脱 脂后，在80C的氢氧化钠溶液中浸渍5min，然后在氯化亚锡溶液中浸渍5s。方法7本 方法适用于聚甲醛和其它缩醛类聚合物。脱脂溶剂:丙酮、丁酮。在120C下干燥处理1h， 再在下述溶液中120C下浸渍5min：对甲苯磺酸方法8本方法适用于聚四氟乙烯及 其它碳氟聚合物。脱脂溶剂：三氯乙烯、苯、甲苯、丙酮、丁酮、环已酮。脱脂后在下述 溶液中室温下浸渍30min：氢氧化钠方法9本方法为辐射诱导接枝法。适用对象同上。 采用高能射线如钻-60

21、射线或2000以下的紫外光，在苯乙烯单体存在下，使氟塑料表面产 生轻微降解，在链端产生活 性中心，形成一层透明的接枝共聚物。用此法处理后颜色不变， 电性能不下降。方法10本方法为氟化烃-钛聚合物法。适用对象同上。在含有四丁基钛 酸酯、全氟辛酯和水的溶液中浸渍，使表面形成烷基-钛-氧和全氟支链聚合物的薄膜层。方 法11本方法适用于对象同上。将精萘128g溶解于1000ml四氢呋喃（或乙二醇甲醚、 乙二醇二甲醚、二氧六环）中，在搅拌下于2h内缓缓加入金属钠23g，温度严格控制在 3-5C。加完后继续搅拌使溶液呈蓝黑色为止。在氮气保护下，将聚四氟乙烯放入处理5min， 然后取出，用冷水冲洗，再用蒸馏

22、水洗净，暖空气烘干。本方法稳妥可靠，胶接强度高， 是目前氟塑料表面处理中用得最多的方法。方法12本方法适用对象同上。将氟塑料脱 脂后，表面涂上一层环氧树脂胶，在370C加热10min，再在400C加热5min，使胶层 熔入氟塑料表面，然后进行胶接。橡胶表面处理方法一般的橡胶材料表面都比较光滑， 需要经机械处理或化学处理增加其粗糙度，才能达到较高的机械强度。橡胶可分为天然橡 胶和合成橡胶两大类。合成橡胶又可分为氯丁橡胶、氯磺化聚乙烯橡胶、丁苯橡胶、丁基橡 胶、乙丙橡胶、丁月青橡胶、聚硫橡胶、聚氨酯橡胶、硅橡胶和氟橡胶等品种。其中，硅橡 胶和氟橡胶分子结构饱和，化学惰性大，表10已二烯蜜胺8然后室

23、温下晾干。1二氧六 环10全氯乙烯200经冷水和热水洗涤后，用热空气干燥。面能低，较难胶接。目前，通 常采用涂一层硅烷类处理剂的方法。方法1本方法为研磨法。对天然橡胶，用刷子轻 轻研磨，吹去细粒，再用甲苯或丙酮擦拭。对合成橡胶，先用甲醇洗净表面，随后用细砂 皮研磨，再以甲醇洗净，干燥。方法2本方法为硫酸法。对天然橡胶，在浓硫酸中浸 渍10-15min，待硬的表面生成后，用蒸馏水洗净（或先以5-10%的氨水浸渍5min后再洗 净），在室温下干燥。再把橡胶弯折，使表面产生细裂缝，经增加表面积，提高胶接强 度。对合成橡胶，先用甲醇擦拭，再在浓硫酸中浸渍10-15min，然后用蒸馏水洗净。再用 28%的氨溶液，于室温下浸渍5-10min，再用蒸馏水洗净。并且反复弯折，使表面产生细 裂缝。方法3本方法适用于硅橡胶。经木锉适当粗化表面后脱脂。再于1%的四氯化硅 烷的甲苯溶液中处理10min后晾干。或者，经粗化、脱脂后，用5-10%的钛酸叔丁酯的 二氯乙烷溶液涂刷，在空气中晾干。或者，经粗化、脱脂后，涂一层下述溶液：乙烯基三 乙