表面技术2-表面预处理

第2章表面预处理1.清除表面氧化皮、锈蚀、油污、沙粒、焊渣、型砂、旧涂膜等，增加涂层与基体的结合强度；2.增强涂层的功能（防腐、耐磨、特殊功能）实际表面金属表面的实际构成示意图预处理目的预处理和未进行预处理的比较定义对材料及其制品进行的机械、化学或电化学处理，使表面呈粗化、净化或活化状态，以便进行后续工艺的表面处理。包括：平整、除油、除锈和弱腐蚀。表面预处理的指标清洁度过低，影响涂覆层的完整性、附着力、耐蚀性、装饰性和功能薄膜性能的连续性，严重时甚至不能够实施表面工程技术。不同的表面工程技术对零件或制品表面粗糙度的要求不同。表面清洁度表面粗糙度或粗糙度的表示方法：轮廓的算术平均偏差Ra：Raxynyiy1y2yi为等间距测量值，n为测量个数Ra值越大，表面越粗糙在取样长度内，被测实际轮廓上各点至轮廓中线距离绝对值的算术平均值，即第一节表面平整定义：通过机械或化学方法去除材料表面的毛刺、锈蚀、划痕、砂眼、氧化皮等宏观缺陷，提高材料表面平整度的过程。目的：保障、装饰1.喷砂和喷丸喷砂或喷丸，是以压缩空气或机械离心力为动力，将石英砂、铁砂、钢珠或其它硬质材料表面喷射或抛射在材料表面，利用冲击力和摩擦力来除锈的方法。喷丸磨料有钢丸、铁丸。常用的喷砂磨料有钢砂、石英砂、氧化铝、碳化硅等，最常用的是石英砂，砂粒的尺寸一般为2.5～3.5mm。a钢砂b铜渣砂c棕刚玉石英砂喷砂机环保自动循环回收式喷砂机工作原理手工喷丸喷丸机机械喷丸利用粘有磨料的磨光轮对金属表面进行磨削，去除零件表面的划痕、毛刺、砂眼、焊缝残留物、氧化皮等，提高表面平整度。磨光轮：用棉布、特种纸、毛毡、呢绒或皮革制成的圆片，外包皮革心经压制、胶合或缝合而成。硬轮：材料硬、形状简单的工件。软轮：材料软、形状复杂的工件。2.磨光通用磨、抛光材料，也用于喷砂及滚光白至黄色砂粒24～320较圆韧7石英砂（SiO2）用于一般金属的磨光灰红至黑砂粒24～240圆柱韧7～8天然金刚砂主要用于磨光有一定韧性的高强度金属(如淬火钢、可锻铸铁、锰青铜)白至灰黑晶粒24～280较圆较韧9.0人造刚玉(Al2O3）主要用于磨光低强度金属(如黄铜、青铜、铝等)、硬而脆的金属(如铸铁、碳化物工具钢、高强度钢)紫黑闪亮晶粒24～320尖锐脆、易碎9.2人造金刚砂（SiC）用途外观粒度/目形状韧性矿物硬度磨料名称磨料磨光速度的选择磨光效果除取决于磨料种类和粒度外，还与磨光轮刚性和磨光速度有关。应根据工件材料的不同，选择适宜的磨轮转速。生产实践表明，磨光时磨轮的转速一般应控制在1200～2800转/分。形状简单或钢铁件粗磨：较大速度形状复杂或铜、锌、铝及其合金：较小速度(1)

机械抛光3.抛光抛光轮：棉布、细毛毡、皮革或特种纸制作抛光膏：微细颗粒的磨料、各类油脂及辅助材料制成用抛光轮和抛光膏对零件表面进行磨削，以去除金属表面的细微划痕,降低工件表面粗糙度，使工件获得装饰性外观。图3-6实验室常用抛光机抛光硬质合金钢、镀铬层、不锈钢由氧化铬、氧化铝和粘结剂制成，硬而锐利，磨削能力强绿抛光膏抛光一般钢铁零件，对铝、铜零件作粗抛由氧化铁、氧化铝和粘结剂制成，硬度中等红抛光膏抛光较软的金属(铝、铜等)由氧化钙、少量氧化镁及粘结剂粘结而成。粒度小而不锐利，长期存放易风化变质白抛光膏用途特点类型抛光膏的类型与用途

小知识西汉淮南王刘安主持编纂的《淮南子》上记载：“明镜之始下型，朦然未见形容。及其粉以玄锡、摩以白旃、鬓眉微毫，可得而察。”意思是说以铅粉或铅汞剂作磨料，用白色毛毡摩擦镜面，从而使铜镜光洁白亮，这是世界上关于运用表面处理技术的最早记载。(2)

化学抛光把零件放入合适的化学介质中，利用化学介质对金属表面的凸起区溶解速度比凹入区快的特点，实现材料表面抛光。(3)电抛光又称电解抛光，将工件作为阳极，浸于特定的抛光介质中，并通以直流电进行电解，使零件表面的凸起部分溶解，从而整平零件表面。4.刷光钢丝刷和旋转钢丝刷用金属丝轮或金属丝刷，在刷光机上或用手工进行刷光的表面性清理过程。其目的是去掉毛刺、氧化物、油污黑膜等。一般用于小批量零件的表面预处理。5.滚光将零件放入盛有磨料和化学溶液的滚筒中，借滚桶的旋转使零件与磨料、零件与零件表面相互摩擦，以达到清理零件表面的目的。滚光的效果与滚筒的形状、尺寸、转速、滚筒中的磨料、化学溶液的性质以及零件的种类与形状等因素有密切关系。钟形圆滚筒主要适用于大批量且表面粗糙度要求不高的零件。支架式滚筒六边形滚筒一般滚光机表面除油第二节除油1.有机溶剂除油无腐蚀不彻底有毒或易燃有残存利用有机溶剂（汽油、煤油、丙酮、苯、甲苯、二甲苯、二氯乙烯、三氯乙烯、三氯乙烷、四氯化碳等对金属表面进行喷、浸、蒸洗或擦拭等方法去除零件表面油污（相似相溶原理）。如:维修机械设备时,对零件上润滑油的清理多采用汽油或煤油擦洗影响脱脂效果的工艺因素3）脱脂时间一般较碱液脱脂时间短，通常是0.5～5min范围。4）机械作用采用联合清洗，利用机械作用脱脂，效果良好。5）注意加强通风、防火、防爆、防毒1）有机溶剂的选择所用溶剂应对油污具有很强的溶解能力，在溶剂沸点温度时，污垢能迅速彻底溶解。

2）脱脂温度加热有利于油脂的软化，蒸气脱脂法的温度一般是有机溶剂的沸点温度。2.化学除油

溶于水冲洗后去除利用碱对皂化性油脂的皂化作用和乳化剂对非皂化性油脂的乳化作用，除去工件表面各种油污。1）热碱液:由NaOH(烧碱)、碳酸钠(纯碱)、磷酸钠、硅酸钠、OP乳化剂等组成。其操作温度60-80℃（加快油污溶解）☆皂化作用：动/植物油中各种脂肪酸和甘油脂,可与热碱溶液生成溶于水的硬质酸钠特点：操作简单、脱脂能力强、安全可靠☆乳化作用把一种液体分散于另一种液体的过程(制取乳胶过程)2）乳化剂：有亲油和亲水两端，亲油端附于油滴上、亲水端进入水相，将大油滴分解成小油滴形成乳状液分散于水相中，进而使油污脱离表面。除油液的组成及工艺条件工艺1工艺2工艺3工艺4氢氧化钠50~100g/L10~15g/L碳酸钠25~35g/L10~20g/L15~30g/L磷酸钠25~35g/L10~20g/L40~60g/L15~30g/L硅酸钠10~15g/L10~20g/L20~30g/L10~20g/LOP乳化剂2~3g/L温度80~95℃70℃60~80℃60~80℃水加至1.0L加至1.0L加至1.0L加至1.0L适用范围钢铁铜及铜合金铝及铝合金锌及锌合金常用碱性除油工艺3.电化学除油特点：速度比化学除油快好几倍,除油彻底将零件挂在阴极或阳极上，利用电极的极化作用，使油污与零件界面分离，从而去除油污。

V－

＋A溶液a)阴极除油过程阴极－工件撕裂油膜成细小油珠阳极阴极工件阳极－镍板或镀镍板随气泡上升至液面在工件附近富集洗涤油脂以大量小气泡逸出,对油膜起强烈的撞击作用氢离子在近阴极的电解液层放电溶液－成分类似化学除油液,浓度较低阴极除油快,但可能因氢渗入金属内部而引起氢脆,高强度钢和弹簧不宜采用工件作阳极b)阳极除油析出的氧气使表面氧化；使一些有色金属产生阳极腐蚀缺点：近阳极：由于析出的氧气少;乳化能力弱;且减少,不利于除油☆工件先作为阴极,随后短时间作为阳极,以除去氢气c)阴阳极联合除油优点：不产生“氢脆”吸取阴/阳极除油的优点除油液的组成及工艺条件工艺1工艺2工艺3工艺4工艺5氢氧化钠（g/L）30~5010~3010~1510~20碳酸钠（g/L）20~3020~3020~305~10磷酸钠（g/L）50~7050~7010~20硅酸钠（g/L）10~1530~3510~155~105~10温度（℃）70~95808050~8050~80电流密度（A/dm2）3~8103~86~125~7时间（min）阴极5~8阳极2~3阴极1阳极0.5阴极5~8阳极0.5阴极0.5阴极0.5适用范围钢铁钢铁铜及铜合金铜及铜合金锌及锌合金第三节除锈利用酸与金属表面的锈、氧化皮及其他腐蚀产物起反应，使其溶解而去除的过程，也称为酸洗。常用酸液：盐酸、硫酸、硝酸、磷酸、氢氟酸、柠檬酸、酒石酸，以盐酸和硫酸应用最多。水洗槽分为单槽和逆流连续水洗槽：除锈的一般工艺过程为：除油——冷水洗（2次）——化学除锈——水洗。水洗是各个工序中必须的步骤，以防止工件附着了前道工序的处理液而影响下道工序的正常进行。水洗槽示意图

水洗槽

除锈中的水洗第四节活化零件在运转或贮存过程中，表面会生成极薄的氧化膜。因此，镀前要进行最后一道工序“弱腐蚀”。即在弱腐蚀液中短时间的轻微腐蚀，使零件活化，露出基体金属的晶体结构，以保证镀层与基体结合牢固。又称为活化处理。在电镀、氧化和磷化等技术实施前进行。磷化：把金属放入含有锰、铁、锌的磷酸盐溶液中进行化学处理，使金属表面生成一层难溶于水的磷酸盐保护膜的方法。化学弱浸蚀与电化学弱浸蚀工艺规范工艺过程：铝件→有机溶剂除油→碱性除油→水洗（2次）→酸洗→水洗（2次）→浸LK-98→水洗（2次）1)有机溶剂除油:溶剂：三氯乙烯50g/L温度：82℃时间:3min2)碱性除油:Na2CO330g/LNa3PO412H2050g/L3)酸洗:HNO3500ml/LHF100ml/L温度:室温时间:8s4)浸LK-98LK-98(成分保密)为专门用于铝合金表面预处理的一种溶液,比重为1.10~1.13。

此方法浸后所获得的浸层结构紧密、结晶细致，几乎无孔，结合力较好，比普通浸锌液浸出的锌层要好得多；同时，具有较高的耐腐蚀性能和抗氧化性。作业1.化学除油溶液需要升温至一定的温度，其主要目的是?A.加快离子的传输速率B.加快油污的溶解C.提高溶液的对流速率D.加快乳化反应速率2.工件在阴极的电化学除油中有气泡产生，产生该气泡的气体是?A.氧气B.氨气C.氢气D氮气3.氢氧化钠在化学除油液中的主要作用是?A.皂化作用B.乳化作用C.空化作用D.僵化作用一、选择题※氧化膜、油污等影响基体材料性质，预处理可完全、彻底消除其影响。（）预处理是指对非金属基体材料的处理。（）有机溶剂除油是利用乳化作用去油污，形成的是水包油型结构。（）不管是何种性质的油，采用任意除油液，其除油的原理都是一样的。（）二、判断题※金属表面预处理包括____、____、____、____等工序。机械抛光的目的是去除金属表面的____，降低工件的____，使工件获得装饰性外观。皂化反应除油是不溶于水的油脂在____中发生反应，生成可溶于水的____和甘油。电化学除油中阴极除油易产生的问题是____.电化学抛光时，工件应该放置的电极是____化学抛光过程中，基体材料凸起的地方金属溶解的速率____,而凹入的地方溶解的速率____。三、填空※1.金属表面质量对其表面处理效果有什么影响?※三、简答答：金属表面质量直接影响表面涂覆层与基体的结合力和耐蚀性能。表面质量不佳将无法得到与基体结合牢固、致密、外观平整光