表面技術(shù)2-表面預(yù)處理

第2章表面預(yù)處理1.清除表面氧化皮、銹蝕、油污、沙粒、焊渣、型砂、舊涂膜等，增加涂層與基體的結(jié)合強(qiáng)度；2.增強(qiáng)涂層的功能（防腐、耐磨、特殊功能）實(shí)際表面金屬表面的實(shí)際構(gòu)成示意圖預(yù)處理目的預(yù)處理和未進(jìn)行預(yù)處理的比較定義對(duì)材料及其制品進(jìn)行的機(jī)械、化學(xué)或電化學(xué)處理，使表面呈粗化、凈化或活化狀態(tài)，以便進(jìn)行后續(xù)工藝的表面處理。包括：平整、除油、除銹和弱腐蝕。表面預(yù)處理的指標(biāo)清潔度過低，影響涂覆層的完整性、附著力、耐蝕性、裝飾性和功能薄膜性能的連續(xù)性，嚴(yán)重時(shí)甚至不能夠?qū)嵤┍砻婀こ碳夹g(shù)。不同的表面工程技術(shù)對(duì)零件或制品表面粗糙度的要求不同。表面清潔度表面粗糙度或粗糙度的表示方法：輪廓的算術(shù)平均偏差Ra：Raxynyiy1y2yi為等間距測量值，n為測量個(gè)數(shù)Ra值越大，表面越粗糙在取樣長度內(nèi)，被測實(shí)際輪廓上各點(diǎn)至輪廓中線距離絕對(duì)值的算術(shù)平均值，即第一節(jié)表面平整定義：通過機(jī)械或化學(xué)方法去除材料表面的毛刺、銹蝕、劃痕、砂眼、氧化皮等宏觀缺陷，提高材料表面平整度的過程。目的：保障、裝飾1.噴砂和噴丸噴砂或噴丸，是以壓縮空氣或機(jī)械離心力為動(dòng)力，將石英砂、鐵砂、鋼珠或其它硬質(zhì)材料表面噴射或拋射在材料表面，利用沖擊力和摩擦力來除銹的方法。噴丸磨料有鋼丸、鐵丸。常用的噴砂磨料有鋼砂、石英砂、氧化鋁、碳化硅等，最常用的是石英砂，砂粒的尺寸一般為2.5～3.5mm。a鋼砂b銅渣砂c棕剛玉石英砂噴砂機(jī)環(huán)保自動(dòng)循環(huán)回收式噴砂機(jī)工作原理手工噴丸噴丸機(jī)機(jī)械噴丸利用粘有磨料的磨光輪對(duì)金屬表面進(jìn)行磨削，去除零件表面的劃痕、毛刺、砂眼、焊縫殘留物、氧化皮等，提高表面平整度。磨光輪：用棉布、特種紙、毛氈、呢絨或皮革制成的圓片，外包皮革心經(jīng)壓制、膠合或縫合而成。硬輪：材料硬、形狀簡單的工件。軟輪：材料軟、形狀復(fù)雜的工件。2.磨光通用磨、拋光材料，也用于噴砂及滾光白至黃色砂粒24～320較圓韌7石英砂（SiO2）用于一般金屬的磨光灰紅至黑砂粒24～240圓柱韌7～8天然金剛砂主要用于磨光有一定韌性的高強(qiáng)度金屬(如淬火鋼、可鍛鑄鐵、錳青銅)白至灰黑晶粒24～280較圓較韌9.0人造剛玉(Al2O3）主要用于磨光低強(qiáng)度金屬(如黃銅、青銅、鋁等)、硬而脆的金屬(如鑄鐵、碳化物工具鋼、高強(qiáng)度鋼)紫黑閃亮晶粒24～320尖銳脆、易碎9.2人造金剛砂（SiC）用途外觀粒度/目形狀韌性礦物硬度磨料名稱磨料磨光速度的選擇磨光效果除取決于磨料種類和粒度外，還與磨光輪剛性和磨光速度有關(guān)。應(yīng)根據(jù)工件材料的不同，選擇適宜的磨輪轉(zhuǎn)速。生產(chǎn)實(shí)踐表明，磨光時(shí)磨輪的轉(zhuǎn)速一般應(yīng)控制在1200～2800轉(zhuǎn)/分。形狀簡單或鋼鐵件粗磨：較大速度形狀復(fù)雜或銅、鋅、鋁及其合金：較小速度(1)

機(jī)械拋光3.拋光拋光輪：棉布、細(xì)毛氈、皮革或特種紙制作拋光膏：微細(xì)顆粒的磨料、各類油脂及輔助材料制成用拋光輪和拋光膏對(duì)零件表面進(jìn)行磨削，以去除金屬表面的細(xì)微劃痕,降低工件表面粗糙度，使工件獲得裝飾性外觀。圖3-6實(shí)驗(yàn)室常用拋光機(jī)拋光硬質(zhì)合金鋼、鍍鉻層、不銹鋼由氧化鉻、氧化鋁和粘結(jié)劑制成，硬而銳利，磨削能力強(qiáng)綠拋光膏拋光一般鋼鐵零件，對(duì)鋁、銅零件作粗拋由氧化鐵、氧化鋁和粘結(jié)劑制成，硬度中等紅拋光膏拋光較軟的金屬(鋁、銅等)由氧化鈣、少量氧化鎂及粘結(jié)劑粘結(jié)而成。粒度小而不銳利，長期存放易風(fēng)化變質(zhì)白拋光膏用途特點(diǎn)類型拋光膏的類型與用途

小知識(shí)西漢淮南王劉安主持編纂的《淮南子》上記載：“明鏡之始下型，朦然未見形容。及其粉以玄錫、摩以白旃、鬢眉微毫，可得而察?！币馑际钦f以鉛粉或鉛汞劑作磨料，用白色毛氈摩擦鏡面，從而使銅鏡光潔白亮，這是世界上關(guān)于運(yùn)用表面處理技術(shù)的最早記載。(2)

化學(xué)拋光把零件放入合適的化學(xué)介質(zhì)中，利用化學(xué)介質(zhì)對(duì)金屬表面的凸起區(qū)溶解速度比凹入?yún)^(qū)快的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)材料表面拋光。(3)電拋光又稱電解拋光，將工件作為陽極，浸于特定的拋光介質(zhì)中，并通以直流電進(jìn)行電解，使零件表面的凸起部分溶解，從而整平零件表面。4.刷光鋼絲刷和旋轉(zhuǎn)鋼絲刷用金屬絲輪或金屬絲刷，在刷光機(jī)上或用手工進(jìn)行刷光的表面性清理過程。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預(yù)處理。5.滾光將零件放入盛有磨料和化學(xué)溶液的滾筒中，借滾桶的旋轉(zhuǎn)使零件與磨料、零件與零件表面相互摩擦，以達(dá)到清理零件表面的目的。滾光的效果與滾筒的形狀、尺寸、轉(zhuǎn)速、滾筒中的磨料、化學(xué)溶液的性質(zhì)以及零件的種類與形狀等因素有密切關(guān)系。鐘形圓滾筒主要適用于大批量且表面粗糙度要求不高的零件。支架式滾筒六邊形滾筒一般滾光機(jī)表面除油第二節(jié)除油1.有機(jī)溶劑除油無腐蝕不徹底有毒或易燃有殘存利用有機(jī)溶劑（汽油、煤油、丙酮、苯、甲苯、二甲苯、二氯乙烯、三氯乙烯、三氯乙烷、四氯化碳等對(duì)金屬表面進(jìn)行噴、浸、蒸洗或擦拭等方法去除零件表面油污（相似相溶原理）。如:維修機(jī)械設(shè)備時(shí),對(duì)零件上潤滑油的清理多采用汽油或煤油擦洗影響脫脂效果的工藝因素3）脫脂時(shí)間一般較堿液脫脂時(shí)間短，通常是0.5～5min范圍。4）機(jī)械作用采用聯(lián)合清洗，利用機(jī)械作用脫脂，效果良好。5）注意加強(qiáng)通風(fēng)、防火、防爆、防毒1）有機(jī)溶劑的選擇所用溶劑應(yīng)對(duì)油污具有很強(qiáng)的溶解能力，在溶劑沸點(diǎn)溫度時(shí)，污垢能迅速徹底溶解。

2）脫脂溫度加熱有利于油脂的軟化，蒸氣脫脂法的溫度一般是有機(jī)溶劑的沸點(diǎn)溫度。2.化學(xué)除油

溶于水沖洗后去除利用堿對(duì)皂化性油脂的皂化作用和乳化劑對(duì)非皂化性油脂的乳化作用，除去工件表面各種油污。1）熱堿液:由NaOH(燒堿)、碳酸鈉(純堿)、磷酸鈉、硅酸鈉、OP乳化劑等組成。其操作溫度60-80℃（加快油污溶解）☆皂化作用：動(dòng)/植物油中各種脂肪酸和甘油脂,可與熱堿溶液生成溶于水的硬質(zhì)酸鈉特點(diǎn)：操作簡單、脫脂能力強(qiáng)、安全可靠☆乳化作用把一種液體分散于另一種液體的過程(制取乳膠過程)2）乳化劑：有親油和親水兩端，親油端附于油滴上、親水端進(jìn)入水相，將大油滴分解成小油滴形成乳狀液分散于水相中，進(jìn)而使油污脫離表面。除油液的組成及工藝條件工藝1工藝2工藝3工藝4氫氧化鈉50~100g/L10~15g/L碳酸鈉25~35g/L10~20g/L15~30g/L磷酸鈉25~35g/L10~20g/L40~60g/L15~30g/L硅酸鈉10~15g/L10~20g/L20~30g/L10~20g/LOP乳化劑2~3g/L溫度80~95℃70℃60~80℃60~80℃水加至1.0L加至1.0L加至1.0L加至1.0L適用范圍鋼鐵銅及銅合金鋁及鋁合金鋅及鋅合金常用堿性除油工藝3.電化學(xué)除油特點(diǎn)：速度比化學(xué)除油快好幾倍,除油徹底將零件掛在陰極或陽極上，利用電極的極化作用，使油污與零件界面分離，從而去除油污。

V－

＋A溶液a)陰極除油過程陰極－工件撕裂油膜成細(xì)小油珠陽極陰極工件陽極－鎳板或鍍鎳板隨氣泡上升至液面在工件附近富集洗滌油脂以大量小氣泡逸出,對(duì)油膜起強(qiáng)烈的撞擊作用氫離子在近陰極的電解液層放電溶液－成分類似化學(xué)除油液,濃度較低陰極除油快,但可能因氫滲入金屬內(nèi)部而引起氫脆,高強(qiáng)度鋼和彈簧不宜采用工件作陽極b)陽極除油析出的氧氣使表面氧化；使一些有色金屬產(chǎn)生陽極腐蝕缺點(diǎn)：近陽極：由于析出的氧氣少;乳化能力弱;且減少,不利于除油☆工件先作為陰極,隨后短時(shí)間作為陽極,以除去氫氣c)陰陽極聯(lián)合除油優(yōu)點(diǎn)：不產(chǎn)生“氫脆”吸取陰/陽極除油的優(yōu)點(diǎn)除油液的組成及工藝條件工藝1工藝2工藝3工藝4工藝5氫氧化鈉（g/L）30~5010~3010~1510~20碳酸鈉（g/L）20~3020~3020~305~10磷酸鈉（g/L）50~7050~7010~20硅酸鈉（g/L）10~1530~3510~155~105~10溫度（℃）70~95808050~8050~80電流密度（A/dm2）3~8103~86~125~7時(shí)間（min）陰極5~8陽極2~3陰極1陽極0.5陰極5~8陽極0.5陰極0.5陰極0.5適用范圍鋼鐵鋼鐵銅及銅合金銅及銅合金鋅及鋅合金第三節(jié)除銹利用酸與金屬表面的銹、氧化皮及其他腐蝕產(chǎn)物起反應(yīng)，使其溶解而去除的過程，也稱為酸洗。常用酸液：鹽酸、硫酸、硝酸、磷酸、氫氟酸、檸檬酸、酒石酸，以鹽酸和硫酸應(yīng)用最多。水洗槽分為單槽和逆流連續(xù)水洗槽：除銹的一般工藝過程為：除油——冷水洗（2次）——化學(xué)除銹——水洗。水洗是各個(gè)工序中必須的步驟，以防止工件附著了前道工序的處理液而影響下道工序的正常進(jìn)行。水洗槽示意圖

水洗槽

除銹中的水洗第四節(jié)活化零件在運(yùn)轉(zhuǎn)或貯存過程中，表面會(huì)生成極薄的氧化膜。因此，鍍前要進(jìn)行最后一道工序“弱腐蝕”。即在弱腐蝕液中短時(shí)間的輕微腐蝕，使零件活化，露出基體金屬的晶體結(jié)構(gòu)，以保證鍍層與基體結(jié)合牢固。又稱為活化處理。在電鍍、氧化和磷化等技術(shù)實(shí)施前進(jìn)行。磷化：把金屬放入含有錳、鐵、鋅的磷酸鹽溶液中進(jìn)行化學(xué)處理，使金屬表面生成一層難溶于水的磷酸鹽保護(hù)膜的方法?；瘜W(xué)弱浸蝕與電化學(xué)弱浸蝕工藝規(guī)范工藝過程：鋁件→有機(jī)溶劑除油→堿性除油→水洗（2次）→酸洗→水洗（2次）→浸LK-98→水洗（2次）1)有機(jī)溶劑除油:溶劑：三氯乙烯50g/L溫度：82℃時(shí)間:3min2)堿性除油:Na2CO330g/LNa3PO412H2050g/L3)酸洗:HNO3500ml/LHF100ml/L溫度:室溫時(shí)間:8s4)浸LK-98LK-98(成分保密)為專門用于鋁合金表面預(yù)處理的一種溶液,比重為1.10~1.13。

此方法浸后所獲得的浸層結(jié)構(gòu)緊密、結(jié)晶細(xì)致，幾乎無孔，結(jié)合力較好，比普通浸鋅液浸出的鋅層要好得多；同時(shí)，具有較高的耐腐蝕性能和抗氧化性。作業(yè)1.化學(xué)除油溶液需要升溫至一定的溫度，其主要目的是?A.加快離子的傳輸速率B.加快油污的溶解C.提高溶液的對(duì)流速率D.加快乳化反應(yīng)速率2.工件在陰極的電化學(xué)除油中有氣泡產(chǎn)生，產(chǎn)生該氣泡的氣體是?A.氧氣B.氨氣C.氫氣D氮?dú)?.氫氧化鈉在化學(xué)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、選擇題※氧化膜、油污等影響基體材料性質(zhì)，預(yù)處理可完全、徹底消除其影響。（）預(yù)處理是指對(duì)非金屬基體材料的處理。（）有機(jī)溶劑除油是利用乳化作用去油污，形成的是水包油型結(jié)構(gòu)。（）不管是何種性質(zhì)的油，采用任意除油液，其除油的原理都是一樣的。（）二、判斷題※金屬表面預(yù)處理包括____、____、____、____等工序。機(jī)械拋光的目的是去除金屬表面的____，降低工件的____，使工件獲得裝飾性外觀。皂化反應(yīng)除油是不溶于水的油脂在____中發(fā)生反應(yīng)，生成可溶于水的____和甘油。電化學(xué)除油中陰極除油易產(chǎn)生的問題是____.電化學(xué)拋光時(shí)，工件應(yīng)該放置的電極是____化學(xué)拋光過程中，基體材料凸起的地方金屬溶解的速率____,而凹入的地方溶解的速率____。三、填空※1.金屬表面質(zhì)量對(duì)其表面處理效果有什么影響?※三、簡答答：金屬表面質(zhì)量直接影響表面涂覆層與基體的結(jié)合力和耐蝕性能。表面質(zhì)量不佳將無法得到與基體結(jié)合牢固、致密、外觀平整光