淺析鋼材表面處理

1、目錄鋼材表面處理鋼材表面防腐處理常用防腐工藝解析鋼材表面處理概念：將鋼材表面的氧化皮、鐵銹、污物和附著物清除干凈的作業(yè)分類（施工方法）：常用的方法有噴射處理、化學(xué)處理、拋丸處理、手工機(jī)械處理和火焰處理等。噴射處理將經(jīng)過油水分離處理過的0.40.6MPa的壓縮空氣，夾帶磨料，通過噴嘴以高速噴向鋼材表面，利用磨料的沖擊和摩擦力將鋼材表面的氧化皮、鐵銹及污物除掉，并使鋼材表面達(dá)到一定的粗糙度。噴射處理的質(zhì)量取決于噴射速度、噴射角度、噴射距離、噴射磨料量、磨料顆粒的形狀和大小等。 噴射處理包括干噴砂處理、濕噴砂處理、噴丸處理和真空噴砂處理。干噴砂處理會產(chǎn)生大量粉塵，危害人體健康、需采取嚴(yán)密的防護(hù)措施。

2、化學(xué)處理又稱酸洗處理，是利用酸洗液中的酸與金屬氧化物進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，生成金屬鹽溶于酸液中，酸與金屬作用產(chǎn)生的氫氣膨脹后具有沖擊力。使氧化皮機(jī)械地剝落。酸洗處理所用的酸有無機(jī)酸(如硫酸、鹽酸、磷酸和硝酸等)和有機(jī)酸(如醋酸、檸檬酸等)。在實(shí)際工作中無機(jī)酸應(yīng)用較廣，大型鋼結(jié)構(gòu)件的酸洗主要采用硫酸或鹽酸。硫酸需要加熱到40以上才能進(jìn)行酸洗、鹽酸可在常溫下進(jìn)行酸洗。這兩種酸與金屬作用時(shí)會析出大量氫氣，導(dǎo)致金屬表面充氫，金屬變脆(氫脆)，容易損壞，故酸洗后的鋼材應(yīng)立即用水沖洗，然后用5%碳酸鈉水溶液進(jìn)行綜合處理，再用水沖洗堿液。如清洗不徹底，殘余的酸會造成返銹，使構(gòu)件表面涂層剝落。最后進(jìn)行鈍化處理，以延緩

3、返銹時(shí)間。此外氫氣從酸液中逸出，形成酸霧，會腐蝕周圍建筑物，危害人體健康。磷酸沒有這些缺點(diǎn)，但酸洗效率低，價(jià)格較貴。硝酸主要用于合金鋼的酸洗處理。有機(jī)酸作用緩和，殘余的酸不會使金屬重新銹蝕，且易形成緩沖溶液，便于控制pH值，但價(jià)格昂貴，一般用于動力設(shè)備容器內(nèi)部銹垢處理及其他有特殊要求的除銹。酸洗處理包括浸漬處理、酸洗膏處理、綜合處理和電化學(xué)處理等。酸洗處理要嚴(yán)格控制酸洗液的濃度、溫度和時(shí)間。酸洗液中加入適量的緩蝕劑，可防止或減少酸洗過程中產(chǎn)生的“過蝕”或“氫脆”現(xiàn)象，并可減少酸霧。拋丸處理拋丸的原理是用電動機(jī)帶動葉輪體旋轉(zhuǎn)(直接帶動或用V型皮帶傳動)，靠離心力的作用，將直徑約在0.23.0的彈

4、丸(有鑄鋼丸、鋼絲切丸、不銹鋼丸等不同類型)拋向工件的表面，使工件的表面達(dá)到一定的粗造度，使工件變得美觀，或者改變工件的焊接拉應(yīng)力為壓應(yīng)力，提高工件的使用壽命。通過提高工件表面的粗糙度，也提高了工件后續(xù)噴漆的漆膜附著力。 拋丸達(dá)到除銹目的。拋丸處理可消除被處理件的內(nèi)應(yīng)力，對其表面有硬化作用。手工機(jī)械處理用人工操作簡單的工機(jī)具對鋼材表面的銹垢進(jìn)行處理的方法。簡單的工具包括非金屬刮刀、金屬刮刀、砂布、砂紙、研磨膏和鋼絲刷等;動力機(jī)具包括風(fēng)動砂輪、風(fēng)動鋼絲刷、除銹槍、鋼板除銹機(jī)、滾筒磨光機(jī)和鋼管除銹機(jī)等。手工機(jī)械處理多用在其他方法不便或不能采用的構(gòu)件或部位，以及現(xiàn)場制作的少量構(gòu)件。火焰處理利用氧乙炔

5、焰通過噴嘴對鋼材加熱冷76卻、使銹層和涂層爆裂的處理方法?；鹧嫣幚磉m用于厚5mm以上新軋制的鋼材表面處理(其表面僅有氧化皮)和要完全去掉舊涂層的鋼材表面處理。噴嘴的形狀與大小要適合待處理鋼材的表面狀況，移動速度為2.53m/min?；鹧娉P后需用動力鋼絲刷清除加熱后附著在鋼材表面的殘留物。鋼材表面防腐處理耐候鋼熱浸鋅熱噴鋁（鋅）復(fù)合涂層涂層法陰極保護(hù)法耐候鋼耐腐蝕性能優(yōu)于一般結(jié)構(gòu)用鋼的鋼材稱為耐候鋼，一般含有磷、銅、鎳、鉻、鈦等金屬，使金屬表面形成保護(hù)層，以提高耐腐蝕性。其低溫沖擊韌性也比一般的結(jié)構(gòu)用鋼好。標(biāo)準(zhǔn)為焊接結(jié)構(gòu)用耐候鋼（GB4172-84）。熱浸鋅熱浸鋅是將除銹后的鋼構(gòu)件浸入600左

6、右高溫融化的鋅液中，使鋼構(gòu)件表面附著鋅層，鋅層厚度對5mm以下薄板不得小于65m，對厚板不小于86m。從而起到防腐蝕的目的。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是耐久年限長，生產(chǎn)工業(yè)化程度高，質(zhì)量穩(wěn)定。因而被大量用于受大氣腐蝕較嚴(yán)重且不易維修的室外鋼結(jié)構(gòu)中。如大量輸電塔、通訊塔等。近年來大量出現(xiàn)的輕鋼結(jié)構(gòu)體系中的壓型鋼板等。也較多采用熱浸鋅防腐蝕。熱浸鋅的首道工序是酸洗除銹，然后是清洗。這兩道工序不徹底均會給防腐蝕留下隱患。所以必須處理徹底。對于鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)者，應(yīng)該避免設(shè)計(jì)出具有相貼合面的構(gòu)件，以免貼合面的縫隙中酸洗不徹底或酸液洗不凈。造成鍍鋅表面流黃水的現(xiàn)象。熱浸鋅是在高溫下進(jìn)行的。對于管形構(gòu)件應(yīng)該讓其兩端開敞。若

7、兩端封閉會造成管內(nèi)空氣膨脹而使封頭板爆裂，從而造成安全事故。若一端封閉則鋅液流通不暢，易在管內(nèi)積存熱噴鋁（鋅）復(fù)合涂層這是一種與熱浸鋅防腐蝕效果相當(dāng)?shù)拈L效防腐蝕方法。具體做法是先對鋼構(gòu)件表面作噴砂除銹，使其表面露出金屬光澤并打毛。再用乙炔-氧焰將不斷送出的鋁（鋅）絲融化，并用壓縮空氣吹附到鋼構(gòu)件表面，以形成蜂窩狀的鋁（鋅）噴涂層（厚度約80m100m）。最后用環(huán)氧樹脂或氯丁橡膠漆等涂料填充毛細(xì)孔，以形成復(fù)合涂層。此法無法在管狀構(gòu)件的內(nèi)壁施工，因而管狀構(gòu)件兩端必須做氣密性封閉，以使內(nèi)壁不會腐蝕。這種工藝的優(yōu)點(diǎn)是對構(gòu)件尺寸適應(yīng)性強(qiáng)，構(gòu)件形狀尺寸幾乎不受限制。大到如葛洲壩的船閘也是用這種方法施工的。

8、另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)則是這種工藝的熱影響是局部的，受約束的，因而不會產(chǎn)生熱變形。與熱浸鋅相比，這種方法的工業(yè)化程度較低，噴砂噴鋁（鋅）的勞動強(qiáng)度大，質(zhì)量也易受操作者的情緒變化影響。涂層法涂層法防腐蝕性一般不如長效防腐蝕方法（但目前氟碳涂料防腐蝕年限甚至可達(dá)50年）。所以用于室內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)或相對易于維護(hù)的室外鋼結(jié)構(gòu)較多。它一次成本低，但用于戶外時(shí)維護(hù)成本較高。涂層法的施工的第一步是除銹。優(yōu)質(zhì)的涂層依賴于徹底的除銹。所以要求高的涂層一般多用噴砂噴丸除銹，露出金屬的光澤，除去所有的銹跡和油污?，F(xiàn)場施工的涂層可用手工除銹。涂層的選擇要考慮周圍的環(huán)境。不同的涂層對不同的腐蝕條件有不同的耐受性。涂層一般有底漆（層）和面

9、漆（層）之分。底漆含粉料多，基料少。成膜粗糙，與鋼材粘附力強(qiáng)，與面漆結(jié)合性好。面漆則基料多，成膜有光澤，能保護(hù)底漆不受大氣腐蝕，并能抗風(fēng)化。不同的涂料之間有相容與否的問題，前后選用不同涂料時(shí)要注意它們的相容性。涂層的施工要有適當(dāng)?shù)臏囟龋?38之間）和濕度（相對濕度不大于85%）。涂層的施工環(huán)境粉塵要少，構(gòu)件表面不能有結(jié)露。涂裝后4小時(shí)之內(nèi)不得淋雨。涂層一般做45遍。干漆膜總厚度室外工程為150m，室內(nèi)工程為125m，允許偏差為25m。在海邊或海上或是在有強(qiáng)烈腐蝕性的大氣中，干漆膜總厚度可加厚為200220m。陰極保護(hù)法陰極保護(hù)技術(shù)是電化學(xué)保護(hù)技術(shù)的一種，其原理是向被腐蝕金屬結(jié)構(gòu)物表面施加一個(gè)外

10、加電流，被保護(hù)結(jié)構(gòu)物成為陰極，從而使得金屬腐蝕發(fā)生的電子遷移得到抑制，避免或減弱腐蝕的發(fā)生。在鋼結(jié)構(gòu)表面附加較活潑的金屬取代鋼材的腐蝕。常用于水下或地下結(jié)構(gòu)。陰極保護(hù)技術(shù)有兩種：犧牲陽極陰極保護(hù)和強(qiáng)制電流（外加電流）陰極保護(hù)。常用防腐處理熱浸鍍鋅陽極氧化（鋁）噴砂氧化（鋁）滲鋅處理滲氮處理鍍達(dá)克羅不銹鋼熱鍍鋅是使熔融金屬與鐵基體反應(yīng)而產(chǎn)生合金層，從而使基體和鍍層二者相結(jié)合。熱鍍鋅是先將鋼鐵制件進(jìn)行酸洗，為了去除鋼鐵制件表面的氧化鐵，酸洗后，通過氯化銨或氯化鋅水溶液或氯化銨和氯化鋅混合水溶液槽中進(jìn)行清洗，然后送入熱浸鍍槽中。熱鍍鋅具有鍍層均勻，附著力強(qiáng)，使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)。判定標(biāo)準(zhǔn)及要因判定標(biāo)準(zhǔn)及

11、要因附著量：附著量：耐蝕性主要決定于鍍鋅層的厚度，故量測厚度常為主要判定鍍鋅質(zhì)量好壞的根據(jù)均一性：均一性：熱浸鍍鋅鋼鐵最易生銹的部位，仍是鋅層最薄的地方，故必要測其最薄部位是否符合標(biāo)準(zhǔn)。堅(jiān)實(shí)性：堅(jiān)實(shí)性：就是鍍鋅層與鋼鐵密合性，主要要求鍍鋅構(gòu)件在整理、運(yùn)搬、保管及使用中具有不得剝離的性質(zhì)，一般檢驗(yàn)法有錘打法、擠曲法、卷附法等。陽極氧化（Al)接近表面鍍層處理，金屬或合金的電化學(xué)氧化。將金屬或合金的制件作為陽極，采用電解的方法使其表面形成氧化物薄膜。金屬氧化物薄膜改變了表面狀態(tài)和性能，如表面著色，提高耐腐蝕性 、增強(qiáng)耐磨性及硬度，保護(hù)金屬表面等。 例如鋁陽極氧化，將鋁及其合金置于相應(yīng)電解液(如硫酸

12、、鉻酸、草酸等)中作為陽極，在特定條件和外加電流作用下，進(jìn)行電解。陽極的鋁或其合金氧化 ，表面上形成氧化鋁薄層 ，其厚度為520微米 ，硬質(zhì)陽極氧化膜可達(dá)60200微米 。陽極氧化后的鋁或其合金，提高了其硬度和耐磨性，可達(dá)250500千克平方毫米，良好的耐熱性 ，硬質(zhì)陽極氧化膜熔點(diǎn)高達(dá)2320K ，優(yōu)良的絕緣性(防雷） ，耐擊穿電壓高達(dá)2000V ，增強(qiáng)了抗腐蝕性能 ，在0.03NaCl鹽霧中經(jīng)幾千小時(shí)不腐蝕。氧化膜薄層中具有大量的微孔，可吸附各種潤滑劑，適合制造發(fā)動機(jī)氣缸或其他耐磨零件；膜微孔吸附能力強(qiáng)可著色成各種美觀艷麗的色彩。有色金屬或其合金（如鋁、鎂及其合金等）都可進(jìn)行陽極氧化處理，這

13、種方法廣泛用于機(jī)械零件，飛機(jī)汽車部件，精密儀器及無線電器材，日用品和建筑裝飾等方面。一般來講陽極都是用鋁或者鋁合金當(dāng)作陽極，陰極則選取鉛板，把鋁和鉛板一起放在水溶液，這里面有硫酸、草酸、鉻酸等，進(jìn)行電解，讓鋁和鉛板的表面形成一種氧化膜。在這些酸中，最為廣泛的是用硫酸進(jìn)行的陽極氧化。噴砂氧化的基本性能及處理過程噴砂氧化的基本性能及處理過程1、工件表面的清理 可用作對金屬的銹蝕層、熱處理件表面的殘鹽和氧化層、軋制件表面的氧化層、鍛造件表面的氧化層、焊接件表面的氧化層、鑄件表面的型砂及氧化層、機(jī)加件表面的殘留污物和微小毛刺、舊機(jī)件表面等進(jìn)行處理，以去除表面附著層，顯露基體本色，表面清理質(zhì)量可達(dá)到Sa

14、3級。 2、工件表面涂覆前的預(yù)處理 可用作各種電鍍工藝、刷鍍工藝、噴涂工藝和粘接工藝的前處理工序，以獲得活性表面，提高鍍層、涂層和粘接件之間的附著力。 3、改變工件的物理機(jī)械性能 可以改變工件表面應(yīng)力狀態(tài)，改善配合偶件的潤滑條件，降低偶件運(yùn)動過程中的噪音。可使工件表面硬化，提高零件的耐磨性和抗疲勞強(qiáng)度。 4、工件表面的光飾加工 可以改變工件表面粗糙度Ra值?？梢援a(chǎn)生亞光或漫反射的工件表面，以達(dá)到光飾加工的目的。 二、環(huán)保特點(diǎn)二、環(huán)保特點(diǎn) 1、極大地改善了粉塵對環(huán)境的污染和對工人健康的危害； 2、可直接安裝在生產(chǎn)線上，節(jié)省生產(chǎn)面積，有利工件周轉(zhuǎn)； 3、工作方法靈活，工藝參數(shù)可變，能適應(yīng)不同材質(zhì)和

15、不同精度零件的光飾加工要求； 4、在工作過程中磨料循環(huán)使用，消耗量小； 5、主要零部件使用壽命長，且便于維修。 三、主要參數(shù)三、主要參數(shù) 影響噴砂加工的主要參數(shù)：磨料種類、磨料粒度、磨液濃度、噴射距離、噴射角度、噴射時(shí)間、壓縮空氣壓力等。噴砂和氧化是兩個(gè)不相干的工藝，噴砂是將工件表面用介質(zhì)通過高速運(yùn)動撞擊工件的一個(gè)過程，使工件表面產(chǎn)生粗細(xì)比較均勻的凹凸感，屬物理反應(yīng)。但是噴砂后的工件還是要進(jìn)行氧化或者其它表面處理的，否則是不耐用的。它是是表面處理的一種比較環(huán)保的處理方式。你所說的噴砂有可能是氧化磨砂，是一個(gè)鋁合金堿蝕的過程，是用氫氧化鈉與鋁合金進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，從而剝離型材表層，形成一種砂粒狀表面

16、，它是一種純正的化學(xué)反應(yīng)；而陽極氧化不同，陽極氧化是將鍋膽作為陽極，槽液里的鋁離子作業(yè)一個(gè)陰極，通過加溫通電使鋁離子吸附在鍋膽表面上的一個(gè)電離過程，目的是在鍋膽表面形成一個(gè)起保護(hù)作用的氧化膜，是一個(gè)比較復(fù)雜的過程。滲鋅/氮處理化學(xué)熱處理，是指將工件置于適當(dāng)?shù)幕钚越橘|(zhì)中加熱,保溫,使一種或幾種元素滲入其表層,以改變化學(xué)成分,組織和性能的熱處理工藝.化學(xué)熱處理的基本過程是:活性介質(zhì)在一定溫度下通過化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行分解,形成滲入元素的活性原子;活性原子被工件表面吸收,即活性原子溶入鐵的晶格形成固溶體或與鋼中某種元素形成化合物;被吸收的活性原子由工件表面逐漸向內(nèi)部擴(kuò)散,形成一定深度的滲層.目前常用的化學(xué)熱

17、處理有:滲碳,滲氮,碳氮共滲等.粉末滲鋅技術(shù)的原理是，將滲鋅劑與鋼鐵制件置于滲鋅爐中，加熱到400 左右，活性鋅原子則由表及里地向鋼鐵制件滲透。與此同時(shí)，鐵原子由內(nèi)向外擴(kuò)散，這就在鋼鐵制件的表層形成鋅鐵金屬間化合物，即鍍鋅層。優(yōu)點(diǎn)：耐腐蝕性強(qiáng)；耐磨、抗擦傷性能耐腐蝕性強(qiáng)；耐磨、抗擦傷性能好；生產(chǎn)基本無污染；鋅消耗量比較低；好；生產(chǎn)基本無污染；鋅消耗量比較低；涂漆后能實(shí)現(xiàn)復(fù)合防護(hù)；經(jīng)滲鋅處理的涂漆后能實(shí)現(xiàn)復(fù)合防護(hù)；經(jīng)滲鋅處理的鋼材制件不影響材料的機(jī)械性能。鋼材制件不影響材料的機(jī)械性能。滲鋅緊固件滲氮，是在一定溫度下一定介質(zhì)中使氮原子滲入工件表層的化學(xué)熱處理工藝。常見有液體滲氮、氣體滲氮、離子滲氮

18、。傳統(tǒng)的氣體滲氮是把工件放入密封容器中，通以流動的氨氣并加熱，保溫較長時(shí)間后，氨氣熱分解產(chǎn)生活性氮原子，不斷吸附到工件表面，并擴(kuò)散滲入工件表層內(nèi)，從而改變表層的化學(xué)成分和組織，獲得優(yōu)良的表面性能。如果在滲氮過程中同時(shí)滲入碳以促進(jìn)氮的擴(kuò)散，則稱為氮碳共滲。常用的是氣體滲氮和離子滲氮。優(yōu)點(diǎn)：工件表面獲得高硬度,高耐磨性,高疲勞強(qiáng)度和高熱硬性和良好耐蝕性,因氮化溫度低,變形小,應(yīng)用廣泛?；钚云岭x子滲氮技術(shù)（Active Screen Plasma Nitriding，簡稱ASPN技術(shù)）滲氮產(chǎn)品鍍達(dá)克羅一、定義達(dá)克羅是DACROMET譯音和縮寫，簡稱達(dá)克羅、達(dá)克銹、迪克龍。國內(nèi)命名為鋅鉻涂層，是一種以

19、鋅粉、鋁粉、鉻酸和去離子水為主要成分的新型的防腐涂料。二、達(dá)克羅涂液的成分達(dá)克羅涂液種類繁多，但涂液的基本組成可歸納如下： 1.金屬物：由鋅、鋁等物質(zhì)組成，主要為超細(xì)鱗片狀鋅、超細(xì)鱗片狀鋁。 2.溶劑：為惰性有機(jī)溶劑，如乙二醇等。 3.無機(jī)酸組分：如鉻酸等。4.特殊有機(jī)物：為涂液的增粘分散組份，主要成份為纖維素類白色粉末。三、達(dá)克羅的防腐機(jī)理達(dá)克羅膜層對于鋼鐵基體的保護(hù)作用可歸納為以下幾點(diǎn)：1.壁壘效應(yīng)：由于片狀鋅、鋁層狀重疊，阻礙了水、氧等腐蝕介質(zhì)到達(dá)基體的進(jìn)程，能起一種隔離的屏蔽作用。2.鈍化作用：在達(dá)克羅的處理過程中，鉻酸與鋅、鋁粉和基體金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成致密的鈍化膜，這種鈍化膜具有

20、很好的耐腐蝕性能。3.陰極保護(hù)作用：鋅鋁鉻涂層最主要的保護(hù)作用與鍍鋅層一樣，是對基體進(jìn)行陰極保護(hù)。四、達(dá)克羅的工藝流程有機(jī)溶劑除油機(jī)械拋丸噴涂烘烤二次噴涂烘烤干燥五、達(dá)克羅的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)達(dá)克羅是一種新型的表面處理技術(shù)，與傳統(tǒng)的電鍍工藝相比，達(dá)克羅是一種“綠色電鍍”。其優(yōu)勢有以下幾點(diǎn)：1.超強(qiáng)的耐蝕性能：達(dá)克羅膜層的厚度僅為4-8m，但其防銹效果卻是傳統(tǒng)電鍍鋅、熱鍍鋅或涂料涂覆法的7-10倍以上。采用達(dá)克羅工藝處理的標(biāo)準(zhǔn)件、管接件經(jīng)耐鹽霧試驗(yàn)1200h以上未出現(xiàn)紅銹。2.無氫脆性：達(dá)克羅的處理工藝決定了達(dá)克羅沒有氫脆(金屬材料經(jīng)過酸洗除銹或者電鍍，這種都有可能使材料中滲進(jìn)原子態(tài)的氫。這樣的氫原子進(jìn)

21、入金屬的晶格內(nèi)，造成晶格的外扭，產(chǎn)生很大的內(nèi)應(yīng)力，使金屬鍍層和基體的韌性下降，金屬材料的就變脆了。這就是“氫脆”。同時(shí)往往還有起泡和針孔等現(xiàn)象。應(yīng)該說金屬都有此現(xiàn)象，只是程度不同。一般對氫吸附能力強(qiáng)的金屬此現(xiàn)象較明顯。這些金屬中最大的是鉻，其次是鐵及其合金等，其他金屬很小或者幾乎沒有。這些金屬材料做以上加工后都要做“驅(qū)氫”處理。處理方法一般是將金屬放到烘箱里烘或者放到熱油里加熱。)現(xiàn)象，所以達(dá)克羅非常適合受力件的涂覆。3.高耐熱性：達(dá)克羅可以耐高溫腐蝕，耐熱溫度可達(dá)300以上。而傳統(tǒng)的鍍鋅工藝，溫度達(dá)到100時(shí)就已經(jīng)起皮報(bào)廢了。4.結(jié)合力及再涂性能好：達(dá)克羅涂層與金屬基體有良好的結(jié)合力，而且與其他附加涂層有強(qiáng)烈的粘著性，處理后的零件易于噴涂著色，與有機(jī)涂層的結(jié)合力甚至超過了磷化膜。5.良好的滲透性：由于靜電屏蔽效應(yīng)，工件的深孔、狹縫，管件的內(nèi)壁等部位難以電鍍上鋅，因此工件的上述部位無法采用電鍍的方法進(jìn)行保護(hù)。達(dá)克羅則可以進(jìn)入工件的這些部位形成達(dá)克羅涂層。6.無污染和公害：達(dá)克羅在生產(chǎn)加工及工件涂覆的整個(gè)過程中，不會產(chǎn)生