各类材料或制品，在涂装以前对其清除各类污物、整平及覆盖某类化学转化膜的任何准备工作，统称为涂装前表面处理。涂装前表面处理技术是涂装技术的一重要部分，在整个工艺过程中，需要选用清洗剂、表面调整剂、磷化剂、孙滑稽、氧化剂等多种精细化工产品，这些化工产品组成复杂，性能差异大，如果选用不当或在使用中各槽液得不到很好的控制和管理，反而会对涂层质量产生不利影响。
第一节 涂装前表面处理的作用和方法
一、涂装前表面处理的作用
涂装前表面处理主要赋予涂层三方面的作用。
（1）提高涂成对材料表面的附着力
材料表面有油脂、污垢、锈蚀产物、氧化皮及旧涂膜时，直接涂装会造成涂膜对基材的附着力很弱，涂膜易整片剥落或产生各种外观缺陷。有时将各类污垢和锈蚀产物清理附着力，则可采取：①打磨粗化；②化学覆膜（化学转化膜）；③涂特种防锈涂料（磷化预涂涂料、锌黄预涂涂料、自泳涂料）；④偶联剂处理；⑤施以硬质薄膜化涂层等，而前两种就是一般意义上的涂装前表面处理方法。
（2）提高涂成对金属基体的腐蚀防护保护能力
钢铁生锈以后，锈蚀产物中含有很不稳定的铁酸（α-FeOOH），它在涂层下仍会锈蚀扩展和蔓延，使涂成迅速被破环而丧失保护功能虽然可施以低表面处理涂料，但其可靠性还是存在问题。如果将其进行除锈处理，把铁锈除尽以后再涂装，则涂层的防护性就大大提高（见-表1-1）了。经喷砂彻底除锈以后，涂成的防护性可满足车辆使用8～10年的要求。
如果在洁净的钢铁表面，经磷化处理，形成磷酸锌盐化学转化膜，则涂成防护性能大幅度提（见表1-2）。
表1-1 各除锈方法对涂成防护性的影响
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除锈方法
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样板锈蚀情况/%
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除锈方法
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样板锈蚀情况/%
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未除锈
手工除锈
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60
20
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酸洗除锈
喷砂除锈
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15
个别锈点
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注：样板涂两道底漆、两道面漆，经两年天然暴晒试验的结果
表1-2 磷化处理对电泳涂膜耐盐雾性的影响
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磷化膜
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阳极电泳涂膜（20μm）
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阴极电泳涂膜（20μm）
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无
Zn2Fe(PO4)2·4H2O
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约96h
300～400h
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240～400h
600～800h
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在涂装以前，只要磷化膜质量奖优良，那么整个涂成防护性能，磷化处理对其做出的贡献要达到40%～50%。由此可以看到磷化处理在整个涂装生产中的作用和地位，并引起了各个行业和企业的重视，国内现在各企业的涂装生产，已100%地采取了磷化这道工序。它也是所有涂装前处理工作中最为重要的一种方法和技术，对轿车涂成质量来说，它也是企业质量控制的一个重要环节，按表4-2所示磷化膜和阴极电泳涂膜配套，可满足涂成使用8～10年的要求。
（3）提高基体表面平整度
铸件表面的型砂、涵闸及铁锈严重影响涂成的外观，必须喷砂、打磨除去。对于粗糙表面，涂装后涂层暗淡无光，一般要求材料表面光洁度达到4～6级。但大于6级，表面过分光滑则对附着力不利，反而又需要打磨粗化。对于塑件表面，需要靠砂纸打磨来提高附着力，但塑料硬度低、不耐磨。若用400＃以下的水砂纸打磨，涂膜缺陷（道痕）就很严重。
对于轿车来说，与材料平整度相关的一项涂层重要性能指标是鲜映性（即涂膜成像清晰度）。高级轿车应达到1.0DOI以上，一般轿车要达到0.8DOI。要达到如此之高的鲜映性，可采用高达80%以上展平率的阴极电泳涂装和优良的施工工艺管理，但对于高级轿车，显然还要考虑钢板表面粗糙度，国外要求材料表秒粗糙度Ra0.6～1.0μm,并且在冲压加工以前进行清洗,以防铁屑在冲压加工时,将表面压出许多小凹坑,影响表面平整度.对于高档产品,对材料表面平整度的控制是很严格的.
二、涂装前表面处理的方法和特点
涂装前表面处理主要包括除油、除锈、磷化、氧化、表面调整和钝化封闭等。表面调整和钝化封闭仅磷化密切相关，而塑料等非金属材质又有其特殊的表面处理方法。
（1）除油
①溶剂脱脂法：主要采用三氯乙烯脱脂。蒸汽有毒性，需在专用的封闭设备中进行。一般多与磷化配合，在脱脂的同时，形成铁盐磷化膜，形成磷化膜的耐蚀性稍优于水剂铁盐法，；另外不需要冲洗水，节省水资源。
②水剂脱脂法：该清洗剂使用成本低，脱脂能力大。高效经济，适合于流水线使用。另外可借助超声波大大提高清洗效率。
③乳液脱脂法：设备投入大，洗后表面活性高，在涂装前处理方面不适用。
④电解脱脂法：设备投入大，洗后表面活性高，在涂装前处理方面不适用。
（2）除锈
①酸洗除锈：出路费用低，效率高。但产生较多酸雾，低车间设备损害大；对材料溶解损失大；残留酸易使材料表面产生返锈现象。生产线身上的除锈和活化主要还是采用该方法。
②电解除锈：可得到平整、光滑的表面，在对材料有精度要求时采用。
③碱液除锈：成本高，效率低，一般很少采用。
④手工除锈：采用钢丝刷、砂布、电动磨具手工作业，用于清理少量、局部的表面锈蚀产物，但除锈不彻底。
⑤机械除锈：采用喷砂、抛丸进行，适合于大批量作业、铸件型砂和重锈的清理，除锈较彻底。
（3）化学覆膜
①磷化处理：主要用于钢铁、镀锌板的涂装前化学覆膜处理，形成的磷酸盐转化膜有阴极缓蚀作用，可提高涂层附着力和防护性。
②氧化处理：分化学 氧化和阳极氧化。阳极氧化主要用于铝合金表面形成氧化膜；铬酸化学氧化可用于锌合金和铝合金表面形成氧化膜。要提高铝合金表面涂层的附着力，主要还是采用化学氧化处理。
（4）塑料表面处理
①物理方法：主要是溶剂腐蚀，使材料表面多孔粗化，但必须立即涂装。另外还可通过强碱腐蚀或打磨使表面粗化。
②化学方法：通过铬酸的氧化作用，使表面产生很多的极性基团，涂膜附着力得以提高。
③物理化学方法：包括火焰喷射、等离子体处理、紫外线照射、电晕处理等，使材料表面降解粗化并产生极性基团。
三、涂装前表面处理方法的选择
由于涂装前表面处理剂品种多，处理方式也各种各样，使得表面处理工艺复杂化。此时对表面处理工艺方法的选择应考虑以下几个方面：①材质；②材料表面状态；③涂层质量要求（依应用环境条件而定）；④表面处理的技术经济性等。
例如，对不同的材质采用化学处理，侧重点是不同的。钢铁材料主要是提高耐蚀性，而锌合金、铝合金、塑料主要是为了提高涂膜附着力，选用的化学处理剂也完全不同，整个工艺过程产生很大差异。
对不同材料，表面的油污种类可能不一样，锈蚀程度不一样，采用的处理剂就要有针对性；物品的形状不一样，可采取的工艺方法也不一样。
如果是油脂污垢，就要靠强碱的皂化水解来清洗；如果是复杂形状的工件，就采取浸渍方式，使各个部位都被处理。
表面处理的质量等级应该与涂成品质相一致；如果定的太高，就影响到表面处理的技术经济性。材质和各处理剂、处理方法的配制选择见表面4-3。
表1-3 材质、处理剂和处理方法的配套性
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材质
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喷砂抛丸
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酸洗除锈
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水基清洗剂（喷/浸）
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表面调整 （喷/浸）
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磷化
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封闭与氧化
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其他
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铸件
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√
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浸
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√
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Ni盐
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锰盐、锌盐、铁盐、浸
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钢铁
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浸
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弱碱/中碱
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钛胶
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各类磷化剂①，喷/浸
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Cr3+PO4系、浸
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铝合金
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弱碱/中碱偏硅酸钠
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碱活化
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含HF、H2CrO4磷化剂②，浸
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铬酸钝化，浸
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镀锌板
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弱碱
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钛胶
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含F—锌盐磷化剂，喷/喷-浸
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Cr6+-Cr3+-PO4
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塑料
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中性/弱碱
中温
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专用表面活性剂液
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铬酸氧化，浸
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脱脂膜剂③
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①铁系磷化使用于仪表、家具、农机、彩色钢板和粉末喷涂的磷化处理，常用喷、锌钙系适合于轻工产品的磷化处理，结晶较细，成膜快；锌盐适合与各类涂层配套，但磷化膜不易太厚（＜3μm）；电泳涂装应采用低锌磷化剂和浸渍工艺方式。
②铝合金的化学覆膜处理以铬酸氧化应用多，磷化处理工艺操作性差。
③塑料表面脱模剂用水基清洗剂难除掉，可采用溶剂擦洗或水砂纸打磨。
第二节 防 锈
钢铁在一般大气环境条件下，主要发生电化学腐蚀，腐蚀产物铁锈是FeO、Fe(OH)、Fe3O4和Fe2O3等氧化物的疏松混合物。在高温环境条件下，则由于高温氧化产生化学腐蚀，腐蚀产物氧化皮由内层FeO、中层Fe3O4和外层Fe2O3构成。
锈蚀以后，必须酸洗除锈。酸洗以后，工件表面难以磷化成膜，或者磷化膜晶粒粗大；若用喷砂抛丸除锈，则表面粗糙，涂层外观质量差。若酸洗以后水洗不充分，则易发生涂膜下早期腐蚀，防护期缩短。因此，最好的办法是做好材料防锈或加强工序间防锈，避免锈蚀工件进入涂装车间。对质量要求高的汽车 车身，进入涂装车间前必须严把质量关，对于其他产品，则除锈以后涂装。
一、化学除锈
化学除锈是利用酸对铁锈氧化物的溶解作用进行的酸洗处理。主要采用盐酸、硫酸、硝酸、磷酸及其他有机酸和氢氟酸的复合酸液。锈蚀产物中,FeO易溶解，Fe2O3较难溶解，Fe2O3则最难溶解。
1.酸洗液
（1）盐酸
盐酸除锈时，由于其氯化物的溶解度大，锈蚀产物能全部溶解。溶解过程除直接溶解外还会存在如下溶解反应过程。
Fe2O3+2HCl 2FeO+Cl2+H2O
Fe3O4+2HCl 3FeO+Cl2+H2O
FeO+2HCl FeCl2+H2O
氯离子的还原作用，有利于难溶性成分（Fe3O4、Fe2O3）的溶解，溶解过程常就
能进行，且温度对其影响不大。
盐酸是挥发性酸，在浓度小于10%时，挥发性不明显；大于20%时，挥发性显著增加。因此酸洗液浓度一般是在5%～20%。由于提高温度对溶锈作用增加不显著，却使挥发幅度增加，因此只限常温使用，没有必要（也不允许）加热处理。
（2）硫酸
硫酸盐的溶解度较小，随着温度升高，溶解度显著增大。因此，常温下硫酸的除锈能力较弱，必须升至中温才能对铁锈产生较强的直接溶解作用。反应过程如下：
Fe+H2SO4 FeSO4+H2↑
FeO+H2SO4 FeSO4+H2O
Fe2O3+H2SO4 Fe(SO4)3+H2O
若酸洗液中Fe2+浓度超过80～100g/L，则在金属表面析出FeSO4结晶，酸洗能力变得很弱，需更换槽液。
硫酸酸洗时，金属过腐蚀严重，同时产生大量的氢气易造成材料氢脆；另外有部分作为氢气泡从表面逸出，对铁锈层产生机械剥落作用，块状 锈渣沉底形成淤泥，使槽子的清理工作量大大增加。
对于厚锈层或氧化皮，要靠硫酸从外层向里层溶解除锈，则过程非常缓慢，特别是氧化皮，外层为难溶的Fe2O3，这时应该借助大量氢气泡逸出所产生的机械玻璃作用，即氢气泡逸出时的爆破力使氧化皮破裂和脱落。此时应选用较弱的酸洗缓蚀剂。
尽管硫酸是非挥发性酸，但浓度增大时具有氧化致钝性。因此硫酸除锈的适宜浓度是20%～40%。
硫酸除锈由于成本低、酸雾小，工业应用也比较广泛，特别是在除重锈和氧化皮时，用得最多。
（3）硝酸
硝酸对金属具有氧化性，氧化作用随其浓度增加为增加。由于硝酸盐的溶解度很大，对于某些盐酸不能溶解的锈蚀物，一般均可用硝酸除去。由于硝酸的氧化致钝作用，能防止金属发生过腐蚀现象。硝酸浓度小于18%时，氧化性大大下降，金属腐蚀性增加，此时必须添加相应的缓蚀剂。
硝酸具有挥发性，在酸洗时散发出大量有害氮氧化物气体，需采取劳动保护措施。
锌和锌合金的酸洗，为了防止材料的过蚀现象，一般不采用硝酸或硝酸/硫酸混合酸处理。表面有钝化层时，需加氢氟酸。锌合金的酸洗时间要短（如1min），以免造成过腐蚀。
（4）磷酸
磷酸是中强酸，磷酸盐的溶解度较低，甚至难溶，因此磷酸的除锈能力较弱。磷酸的成本较高，但在酸洗过程中可形成一层磷酸盐转化膜，具有缓蚀性。一般仅在有特殊要求的情况下采用磷酸来除锈。有时也将磷酸与盐酸或硫酸复合，以提高酸洗件的表面光滑度和抗返锈性。
（5）其他酸类
其他种类的酸很少单独使用，主要是掺入到前面几种酸中增强除锈能力。例如，表面有钝化膜的铝和锌金属，需加氢氟酸辅助；对于氧化皮则可添加柠檬酸‘酒石酸等络合性有机酸大幅度地增强溶绣能力。
2.酸洗缓蚀剂
在酸洗除锈的同时，大量的金属亦被溶解。金属大量溶解的结果：①造成材料溶解损失大；②产生大量氢气，易氢脆，这时需增加一道脱氢工序。例如弹簧钢需100℃、2h或200℃、0.5h脱氢处理；③影响槽液使用寿命，额外消耗大量酸液。盐酸除锈时，酸液中Fe2+达100～200g/L后需补加新鲜酸液；硫酸除锈时，Fe2+达80～120g/L时，应换槽。因此，除锈液除酸质外，还需添加缓蚀剂，并满足一下要求：①缓释效率高（大于90%），不得有促进渗氢作用；②不影响除锈能力；③用量少（一般0.2%～0.5%），使用简便、安全。
酸洗缓蚀剂绝大数是有机物，也有少数无机物。按它在金属表面形成保护膜的类型，分为三种。
①吸附型缓蚀剂：像有机胺类、醇酸、炔醇等。有机胺在酸中形成铵离子，它吸附于腐蚀反应的阴极区域，称阴极型缓蚀剂；硫醇、炔醇都呈弱酸性，电离后带负电荷的基团将吸附于阳极区区域，称阳极型缓蚀剂。有些缓蚀剂皆有这两类基团的特征，在阴极区域和阳极区域都能吸附，称之为混合型缓蚀剂。
②氧化型缓蚀剂：像硝酸介质中的K2Cr2O7、KClO3等.
③成膜型缓蚀剂：像AsCl3、SbCl3等。这些阳离子与金属铁发生置换反应，对铁表面阴极区域形成一薄层沉积膜，提高了质子氮还原氢气析出的过电位，抑制共轭阳极反应的进行。但该缓蚀剂存在促进渗氮作用和有一定毒性的不利因素，一般还是不采用的。
缓蚀剂的作用机理不一样，若两种或多种缓蚀剂复合使用，可提高缓蚀效率。各类缓蚀剂的缓蚀作用，对酸类有选择性，应根据不同酸质分别进行选择。
（1）盐酸酸洗缓蚀剂
有机类的有硫脲系、酰胺系、咪唑啉系、季铵盐系、松香胺系、有机胺系及杂环酮胺类、炔醇类等化合物。商品有数百种之多。一般的有乌洛托品、若丁、SbCl3、AsCl3等，部分国产盐酸缓蚀剂见表1-4。
（2）硫酸酸洗缓蚀剂
硫酸缓蚀剂主要是若丁（Rosine）系列，硫脲及其衍生物，硫脲浓度增大时，
表1-4 部分国产盐酸缓蚀剂
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缓蚀剂名称
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主要成分
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缓蚀剂名称
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主要成分
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沈1-D
工读-3号
兰4-A
1011
1017
4501
7201
7251
7461
7461-102
7623
兰-5
仿若丁-31A
若丁-A
7701
LK-44
BH-2
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苯胺、甲醛缩合物
苯胺、乌洛托品缩合物
油酸、苯胺、乌洛托品缩聚物
N-油酰乙二胺环氧乙烷缩合物
多氧烷基咪唑啉油酸盐
氯化烷基吡啶
酰胺聚合物
氯化4-甲基吡啶季铵盐混合物
吡啶釜残酒精提取液
吡啶加匀染剂102
烷基吡啶盐酸盐
苯胺、乌洛托品、硫氰化钾
二乙基硫脲、烷基吡啶硫酸盐
硫脲衍生物、乌洛托品
苄基吡啶釜残季铵盐
水生植物提液
咪唑啉
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川天1-3
天津若丁
YF-7701
7801
SH-501
SH-405
SH-407
SH-423
SH-707
7812
IMC-4
IMC-5
IS-156
川天-1-2
8401-J
8601-C
8701-A
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咪唑啉、有机胺
二邻甲苯硫脲、平平加
苄基+甲醛+油酸
苯胺、乌洛托品、苯乙酮
长链季铵盐
硫脲类
杂环酮胺
有机胺类
咪唑啉类
烷基吡啶、甲醛
季铵盐类
季铵盐类等
咪唑啉、酰胺等
苯胺环已酮、甲醛、炔醇
苄基吡啶季铵盐、丙炔醇
烷基吡啶苄基季铵盐、平平加
苄基喹啉季铵盐、平平加
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缓蚀作用减弱。国内主要品种有天津若丁、沉1-D，工读-3号、兰4-A，7701等。含硫缓蚀剂会引起酸洗后金属的脆性。
卤素类亦有缓蚀作用，且I-＞Br-＞Cl-，因此亦可用1%HCl做硫酸酸洗缓蚀剂。
（3）硝酸由于其氧化性、缓蚀剂较少，国内主要有兰-5、兰-826和BH-2.另外，尿素、氯酸钾、重铬酸钾、肼、硫脲及其衍生物、生物碱都可作为硝酸缓蚀剂。
从上面列举的情况，我们知道，缓蚀剂分为两类物质：一是无机物；另一类是含孤对电子原子（S、N等）或不饱和π键（炔基）的有机物。无机物的缓蚀机理是As3+、Sb3+等这些阳离子在阴极区被还原，还原产物（As、Sb）沉积于阴极区，使氢离子的去极化阴极过程的过电位剧烈升高，结果氢离子放电的还原变得十分困难，同样地，也使阴极共轭反应的阳极过程——铁溶解反应放慢而得到抑制。
对于有机物，极性基团的硫原子及氮原子，都有孤对电子；而炔类基因为具有不饱和π键。这些孤对电子和π键都能与活泼基体表面的金属原子的d轨道形成d-d洛河键，使这些基团吸附于金属表面，而疏水性基团在金属表面指向溶液作定向排列，形成疏水薄膜，对金属和酸液起隔离作用，阻止电荷或H+向金属传递或转移，因此添加少量缓蚀剂就能起到缓蚀作用。
缓蚀剂对腐蚀反应的电极过程影响作用不尽相同，阻滞阴极反应的称之为阴极型缓蚀剂；阻滞阳极反应的称之为阳极型缓蚀剂；使阴极、阳极反应同时受阻的称之为混合性缓蚀剂。
缓蚀剂的缓蚀效率可按下式计算：
缓蚀效率（%）=100（V-corr.- V′-corr.）/Vcorr.
式中 V-corr. 未加缓蚀剂的腐蚀速度，g/(㎡·h)
V′-corr. 加缓蚀剂后的腐蚀速度，g/(㎡·h)
3.酸洗除锈工艺配方
（1）酸洗除锈配方
①HCl 10%～15%，乌洛托品0.3%～0.5%，常温使用。
②HCl 20%,复合添加10%，常温除锈1～15min（最大锈层厚度0.2mm）
复合添加剂：磷酸15%～25%，络合剂3%～7%，酸雾抑制剂2%～6%，润湿剂5%～8，缓蚀剂4%～6%。
③H2SO4 80～100g/L、OP-10 6g/L、若丁0.4g/L.十二烷基苯磺酸钠6g/L，60～70℃，5～10min，除油除锈二合一。
④H2SO4 10%～30%、复合添加剂1%，50～60℃，去氧化皮3～15min。
复合添加剂 ：由缓蚀剂、络合剂和润湿剂组成。
⑤H2SO4 18%～20%，NaCl 4%～5%,硫脲0.3%～0.5%，65～80℃，除氧化皮20～40min。
⑥HCl 10.5%，Rodine 213 0.8%；或H2SO4 10.5% ，Rodine92A 0.8%。分别添加三乙醇胺10.5%，柠檬酸15%，快速除氧化皮。
⑦HCl≥5%, H2SO4≥20%，复合添加剂，常温除锈。浮锈：总酸400～600点，≤7min；重锈：总酸600～800点，5～15min，去氧化皮15～30min。
复合添加剂：有盐酸缓蚀剂、络合剂、酸雾抑制剂、润湿剂、返锈抑制剂组成，皆有去油能力。
除HCl- H2SO4复合外，还可采取：4mol/L HCl60%-2mol/L H2SO420%-4/3mol/L H3PO420%,或2mol/L H2SO460%-4mol/L HCl 20%-4/3mol/L H3PO420%,或2mol/L H2SO480%-4/3mol/L H3PO420%复合，赋予最大溶锈作用。
（2）酸洗除锈工艺
酸洗以后必须充分水洗并经中和消除残酸的影响。不同酸洗工艺过程对涂层防护性的试验结果见表1-5。
表1-5 不同酸洗工艺过程涂装后的耐盐雾性
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编号
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除锈工艺过程
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盐雾试验结果
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1
2
3
4
5
6
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盐酸→水洗→中和→水洗→干燥→涂装
硫酸→水洗→中和→水洗→干燥→涂装
磷酸→水洗→中和→水洗→干燥→涂装
盐酸→水洗→干燥→涂装
硫酸→水洗→干燥→涂装
磷酸→干燥→涂装
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140h,2级
140h,2级
140h,2级
95h,2级
95h,2级
140h,2级
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显然，酸洗以后，但靠水洗不能把残酸除尽，涂装后的防护性差。对于磷酸这种特殊的酸，可以不水洗、不中和，在干燥时残酸能全部用于形成转化膜，耐蚀性反而大大提高。
在酸洗工艺过程中，还要注意以下几个方面。
①酸洗过程中会产生大量酸雾，一方面影响工人的身体健康；另一方面造成车间内设备腐蚀严重，缩短设备的使用年限；影响涂装产品的质量。因此，需要蛇者通风排气装置。另外在酸液中可添加酸雾抑制剂，如十二烷基苯磺酸钠，使之在液面形成泡沫层，防止酸雾逸出扩散。从工艺方式考虑，宜采用浸渍处理，不宜采取喷射处理，否则酸雾很大。
②带有油污的锈蚀工件，应先除油再除锈。在油污不太严重的情况下，可在酸洗液中添加非离子表面活性剂，达到除油除锈同时进行的目的。
③酸洗后的第一道水洗温度，应该与酸洗液温度相一致。例如，于中温硫酸介质酸洗的工件，第一道经热水水洗，以后可以用冷水洗；而于室温盐酸介质酸洗的工件，第一道应经常温水洗，以后可用热水或冷水洗。否则由于材料热胀冷缩的作用，残酸易渗入金属隙中而易造成返锈现象的发生。中和残酸一般用5%～10%Na2CO3弱碱溶液。
④酸洗时间应尽可能短，以免材料过蚀。酸洗以后不易在空气中停留，应立即装入下一道工序，以免发生二次生锈。
二、机械除锈
机械除锈分手工除锈和喷砂抛丸除锈两大类。
1.手工除锈
手工除锈是利用尖头锤、刮刀、铲刀、钢丝刷、砂布等简单工具来进行作业，工人的劳动强度大，效率低，且除锈不彻底，手工除锈仅适合于小量作业和局部表面除锈。也可以借助电动打磨工具来减轻劳动强度，提高工作效率。
2.喷砂抛丸除锈
喷砂（丸）除锈是利用压缩空气将砂（丸）推（吸）进喷枪，从喷嘴喷出，撞击工件表面使锈层脱落，它的工件效率高，除锈彻底，除锈等级可达Sa2.5～Sa3级，并可减轻工作强度。喷砂以后工件表面粗糙，有利于涂膜附着力。
喷砂（丸）除锈系统由压缩空气、喷砂、铁砂回收和通风除尘等设备组成。喷砂设备则有压力式‘吸入式和自流式三种类型，几类喷砂设备型号、特性参数及重要工艺参数见表1-6～表1-8.
压力式是将砂料和压缩空气在混合，在压缩空气的压力作用下，经软管送到直射型喷枪并高速喷出。该设备复杂，生产效率高，适合于大、中型工件除锈。
吸入式是利用压缩空气高速通过时产生的负压，将砂料吸入送至引射喷枪，并高速喷出。该设备简单，但效率较低，压缩空气消耗量大，多用于小工件的除锈。
表1-6 几种喷砂设备
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产品名称
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型号
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容积/ m3
(或内径)
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质量/Kg
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外形尺寸 /mm
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便携式喷丸器
喷丸器
连续自动喷丸器
转台式喷丸清理机
喷丸清理室
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Q2305
Q2041B
QB2214
Q2513A
Q265A
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0.05
0.14
0.14
1300mm
荷重5t
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61
780
900
1660
10600
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518×268×700
1365×830×2115
716×716×1860
1660×1750×1840
5700×5500×6200
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表1-7 不同工件适用的砂粒尺寸和空气压力
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工件类型
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空气压力/ MPa
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砂粒尺寸/mm
|
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锻件、铸件、厚3mm以上钢板冲压件
厚3mm以下钢板冲压件
薄板件和小件
有色金铸件
厚1mm以下板件
|
0.2～0.4
0.1～0.2
0.05～0.15
0.1～0.15
0.03～0.05
|
2.5～3.5
1.0～2.0
0.5～1.0
0.5～1.0
0.05～0.15
|
表1-8 SPB系列压力式喷丸机的清理效率
|
喷嘴直径/mm
|
项目
|
有效压力/MPa
|
达Sa2～Sa3的清理效率/㎡·h
|
|
0.42
|
0.49
|
0.56
|
0.63
|
0.70
|
|
6.5
|
空气消耗/（m3/min）
功率消耗/KW
砂粒消耗/（Kg/h）
|
1.44
8.32
149.4
|
1.63
9.39
169.4
|
1.82
10.49
195.3
|
1.98
11.41
214.3
|
2.16
12.48
236.3
|
5.7～11.6
|
|
8
|
空气消耗/（m3/min）
功率消耗/KW
砂粒消耗/（Kg/h
|
2.56
14.79
246.1
|
2.90
16.75
278.3
|
3.25
18.78
310.0
|
3.62
20.91
341.8
|
3.94
22.76
374.8
|
10～20
|
|
9.5
|
空气消耗/（m3/min）
功率消耗 /KW
砂粒消耗/（Kg/h
|
3.56
20.54
345.9
|
4.04
23.32
391.1
|
4.55
26.62
434.7
|
4.89
28.22
476.5
|
5.54
31.98
521.9
|
11.9～23.8
|
|
11
|
空气消耗/（m3/min）
功率消耗/KW
砂粒消耗/（Kg/h
|
4.72
27.27
440.8
|
5.38
31.08
502.1
|
6.07
35.07
560.2
|
6.66
38.48
618.3
|
7.05
40.73
676.5
|
16.9～33.8
|
注：选用空压机的额定排气量应为该实际空气消耗量的1.25～1.43倍。
自流式采用固定喷枪，砂料靠重力自由落入喷枪并喷出，适合于自动化除锈作业。
在上述喷砂除锈过程中，产生粉尘量大，作业环境差。为此，还可采用针孔喷砂除锈系统。它利用真空吸回喷出的砂粒和粉尘，经分离、过滤除去粉尘，砂粒循环使用，整个过程在密封条件下进行，大大改善了作业环境条件。PRO-2真空喷砂设备的主要参数如下：
喷嘴 2号 压缩机 21～37m3/min
喷砂室额定压力860Kpa
真空发生装置 喷嘴 喷砂量 76L
管长 48m 尺寸 1830mm×730mm×1970mm
效率 棕刚玉24＃ 6～20㎡/h
钢砂 G40 16～22㎡/h
质量 空置775Kg砂料 360kg
抛丸除锈是靠叶轮在告诉转动时的离心力，将铁丸沿叶片以一定的扇形高速抛出，撞击锈层使其脱落。在除锈的同时，还使得钢件表面被强化，提高耐疲劳性能和抗应力腐蚀性能。几种抛丸机见表1-9。
三、除锈质量等级
对于喷砂抛丸除锈、手工除锈、火焰除锈等方式的除锈等级参照GB 8923-88（见表1-10）。各类涂层依其性能要求选择相应的除锈等级。
表1-9 几种抛丸机的规格
|
名称
|
型号
|
生产率
/（t/h）
|
转台直径
/mm
|
抛丸室直径
/ m3
|
外形尺寸
/mm
|
|
抛丸器
|
Q511A
|
—
|
—
|
叶轮直径
0.5
|
1450×1300×630
|
|
抛丸清理筒
|
Q3110
|
0.6～1.5
|
滚筒直径
1000
|
—
|
2028×2156×1861
|
|
半自动履带式抛丸清理机
|
QB3210
|
1.5～3.0
|
—
|
0.33
|
5100×3050×4857
|
|
抛丸清理转台
|
Q3525A
|
—
|
2500
|
—
|
6980×4670×6200
|
|
抛丸清理室
|
Q365A
|
3.0～4.0
|
1940
|
3.4×3.4×2.5
|
6980×4670×6200
|
|
单钩吊链式抛丸清理室
|
Q388
|
1.5～2.0
|
—
|
1.6×1.6×2.15
|
2860×2900×4500
|
|
30t抛喷联合机
|
Q7630
|
3.0～10
|
4000
|
5×5×3.5
|
17510×8260×9300
|
表1-10 钢材表面除锈质量等级
|
等级符号
|
除锈方式
|
除锈质量
|
|
Sa1
|
轻度的喷射或抛射除锈
|
钢材表面应无可见的油污，没有附着不牢的氧化皮、铁锈和涂料涂层等附着物
|
|
Sa2
|
彻底地喷射或抛射除锈
|
钢材表面无可见的油污，并且氧化皮、铁锈和涂料涂层等附着物基本清除残余的的附着物牢固附着
|
|
Sa2.5
|
非常彻底的喷或抛射除锈
|
钢材表面应无可见的油污、氧化皮、铁锈和涂料涂层等附着物、仅残留点状或条状轻微色斑的可能痕迹
|
|
Sa3
|
使钢材表面洁净的喷或抛射除锈
|
钢材表面应无可见的油污、铁锈、氧化皮和涂料涂层等附着物，表面应显示均匀的金属色泽
|
|
St2
|
彻底的手工和动力工具除锈
|
钢材表面应无可见的油污，无附着不牢的氧化皮、铁锈和涂料涂层等附着物
|
|
St3
|
非常彻底的手工和动力工具除锈
|
钢材表面应无可见的油污和附着不牢的氧化皮、铁锈及涂料涂层。除锈比St2更彻底，部分表面显露出金属光泽
|
|
F1
|
火焰除锈
|
钢材表面应无氧化皮、铁锈和涂料涂层等附着物，任何残留的痕迹应仅为表面变色
|
第三节 除 油
金属材料经库存防锈和各种加工过程，表面会黏附防锈油（脂）润滑油（脂）、拉延油、切削油、抛光膏等油污，金属屑、磨粒和灰尘等固体污垢及汗液和水溶性电解质。在涂装之前，必须将其彻底除去，保证涂层有良好的附着力和防护性能。
金属表面的污垢，通常采用溶剂清洗、乳液清洗及水基清洗剂清洗。前两者主要用于重油污表面的清洗，而作为金属表面处理的连续化生产工艺，主要是采用水基脱脂剂来除油。这类清洗剂以表面活性剂为基础，辅助以碱性物质和其他助剂配制而成。由于表面活性剂在清洗过程中起主导作用，必须对它的有关特性和作用有所了解。
一、表面活性和表面活性剂的性质
1.表面张力与表面活性
各种物质都以一定的相态存在，如气相、液相、固相等，两相之间存在一分明的界面，物质界面的分子，其作用能量不同于物质内部。在物质内部，某分子处于同类分子的均衡力场中，所受到的分子作用合力为零。因此分子在物质内部移动无需做功。在界面的分子，受不同分子的作用，作用力场非均衡，受到的合力不等于零。对于液体来说，它有自动收缩表面成液滴的趋势（气-液界面），这由于液体内部分子对表面分子的吸引力大于气体对它的吸引，从而产生指向液体内部的拉力，使表面呈自动缩小的趋势。我们把作用于表面切线方向以缩小表面的力称为表面张力，以γ表示，单位是mN/m。
若改变液滴形态，增加其表面积，外界必须做功，使其表面自由能增加，增加单位表面积时自由能的增量，叫表面自由能，单位是J/C㎡。因此，表面张力和表面自由能的真是含义是相同的，它们是液体体系的重要性质。在液体中（如水），当添加某类溶质时，会使水溶液的表面张力下降。这种能降低溶剂表面张力的物质性质，称为表面张力的能力越大，则表面活性越高。
2.表面活性剂及其分子结构特点
在水中加入溶质以后，溶液的表面张力随溶质及其浓度呈现三种类型的变化。
第一类：无机盐类水溶液的表面张力，随其浓度增加，表面张力略有升高；
第二类：醇、醛、酸、酯等绝大部分有机物水溶液，随浓度增加，表面张力降低；
第三类：在较稀浓度时，随浓度增加，表面张力急剧下降，至一定值后，下降缓慢。
这种物质极少量地添加，就能大大降低溶剂水的表面张力，称为表面活性剂。表面活性剂除具有极高的表面活性外，还兼有润湿、乳化、起泡、增溶、洗涤的作用。第二类物质虽然有表面活性，但不具备这些作用；另外，它在低浓度下的表面活性较低。表面活性剂分子结构都有一共同特点，即分子都是由亲油基团两部分构成的。
该两亲分子的亲水亲油平衡相对强度可用HLB值（亲水亲油平衡值）来表示。基团极性越强，HLB值越大，亲水性越强；反之，非极性越强，HLB值越小，亲油性越强。HLB值可通过试验测得，但比较麻烦，也可以根据极性基团和非极性基团结构的HLB基值进行计算。
常用表面活性剂的HLB值列于表1-11中。
HLB值表示表面活性剂在水中的溶解性，不同HLB值，使得它在水中呈不同分散状态，并赋予各种应用，见表1-12。
3.表面活性剂的性质
（1）表面活性剂的胶束化
表1-11 常用表面活性剂的HLB值
|
表面活性剂
|
HLB值
|
表面活性剂
|
HLB值
|
|
失水山梨醇三油酸酯（司本-85）
甘油单硬酯酸酯
失水山梨醇单硬脂酸酯（司本-60）
失水山梨醇单棕榈酸酯（司本-40）
聚氧乙烯月桂醚
聚乙二醇（M400）单硬脂酸酯
石油磺酸钠
聚氧乙烯脂肪醇醚（JFC）
烷基酚聚氧乙烯醚（胰加漂-T）
聚氧乙烯脂肪醇醚（平平加DS-15）
聚氧乙烯辛基酚醚（OP-10）
聚乙二醇失水山梨醇棕榈酸单酯（吐温-40）
聚乙二醇月桂酸酯（吐温-20）
油酸钾皂
聚醚L31
聚醚L64
|
1.8
3.8
4.7
6.7
9
11.6
11～12
12
12.8
14.5
14.5
15.6
16.7
20
3.5
15
|
失水山梨醇三硬脂酸酯（司本-65）
失水山梨醇单油酸酯（司本-80）
聚氧乙烯辛基酚醚（OP-07）
失水山梨醇单月桂酸酯（司本-20）
聚乙二醇（M400）单油酸酯
烷基苯磺酸钠
三乙醇胺油酸皂
聚乙二醇（M400）单月桂酸酯
聚乙二醇失水山梨醇单硬脂酸酯（吐温-60）
月桂酸二乙醇酰胺（6501）
聚乙二醇失水山梨醇油酸单酯（吐温-80）
聚氧乙烯月桂醇醚（平平加0-20）
油酸钠皂
月桂基硫酸钠
聚醚L62
聚醚F68
|
2.1
4.3
5
8.6
11.4
11.7
12
13
14.9
14.5
15
16.5
18
40
7
29
|
表1-12 不同HLB值范围表面活性剂的应用
|
HLB值范围
|
应用
|
HLB值范围
|
应用
|
|
3～6
7～9
8～18
|
W/O型乳化剂
润湿剂
O/W型乳化剂
|
13～15
15～18
|
清洗剂
增溶剂
|
在水溶液中表面活性剂浓度很低时，表面活性剂以单个分子形式分散，此时增加浓度，其分子主要迁向液面作定向排列，把亲油基推出水面，使表面张力迅速降低，而溶液中表面活性剂分子很少。当液面形成单分子层以后，此时溶液中表面活性剂分子增多，但不是以单个分子形式增加。它们为了能够稳定地分散于水中，采取亲水基朝外、亲油基朝内的聚集状态，该聚集体就称为胶束。而溶液中开始形成胶束的最低浓度，成为临界胶束浓度（CMC）。
CMC不是一确定值，而是一很窄的范围，它们一般都落在0.02%～0.4%的区间内，在达到CMC以后，溶液的许多性质发生变化：表面张力不再下降；去污能力达到最大值，不再增加；溶液的其他依数性质，如渗透压、冰点、蒸汽压、黏度、电导等，都发生明显变化。
CMC也可作为表面活性剂的表面活性的量度。CMC愈小，表明形成胶束所需的表面活性剂浓度愈低，赋予最大去污能力的浓度越低。由于溶液去污性使用以后会衰退，一般都用高于CMC的浓度。因此，选用更低CMC的清洗剂，将赋予更长的使用周期。另外，由于更低CMC的表面活性剂，具有最大胶束化作用，可给予更大去污能力。
（2）表面活性剂的润湿作用
表面活性剂溶液在固体表面能迅速铺展的性能叫润湿。它能迅速扩散到固-液界面，并快速而有效地降低界面张力。
为了能向固-液界面迅速扩散，支链多、分子小的表面活性剂，具有快速降低界面张力的能力、为了要求有效地降低界面张力，又要求疏水基链足够长，因此，只要在使用条件下，保证它在水相中稍具溶解度即可，这样的便是优良润湿剂。
（3）表面活性剂的发泡作用
泡沫是气体在液相中的分散，具有发泡作用的表面活性剂结构完全不同于有润湿作用的表面活性剂的结构。优良的润湿剂常采用作消泡剂。
发泡剂的疏水基要求有较长直链（C14～C15）。降低表面张力可以促进泡沫产生，表面张力越低，起始泡沫高度越高。泡沫膜的弹性使其具有稳定性。
作为工业清洗剂，要求泡沫越少越好，特别是高压喷洗时，要求使用低泡表面活性剂。
（4）表面活性剂的乳化作用
乳化作用是液体在其不相容的另一液相中的分散。在没有界面膜存在的条件相爱，该分散体会自动转化为两个相，添加有乳化作用的表面活性剂，使液体稳定地分散于不相容的液相中，形成乳化液。
乳化液可分成水包油（O/W）型和油包水(W/O)型两类，它们在一定条件下可相互转化。
乳化剂的浓度与乳化能力和乳化类型有很大关系。因此乳化剂的结构与性能间没有特定关系。一般来说，W/O型乳液，可采用HLB值3～6的乳化剂，该乳化剂的亲油性大；O/W型乳液，可采用HLB值8～18的乳化剂，它的亲水性强。被选用的乳化剂，其HLB值必须与被乳化物的HLB值相同，与乳化剂的种类无关。因此，作为乳化剂，基本上是两种乳化剂（亲油性的和亲水性的）进行复合，使其HLB等于被乳化物的HLB值，此时的复合比根据其叠加性进行计算：
HLB=Σ(HLB)i·Wi(Wi为混合百分比)
另外，采用复合乳化剂，生成的界面膜强度比单一乳化剂的高，形成的乳化液也更稳定。此时，两者的疏水基结构应基本相似，并且无支链。
（5）固体粒子在液相中的分散作用
不溶于水的固体粒子聚集体，在表面活性剂存在的情况下，被分割成细小微粒，分散悬浮与溶液中，叫表面活性剂的疏水基吸附于固体表面，亲水基指向水，形成的吸附层降低了界面的表面张力，使固体容易分散到水相中。此时宜采用长链单个离子型的表面活性剂，使被吸附的固体颗粒表层带电，因同性电荷的排斥作用而稳定分散。
对于亲水性固体，应选用分子中大量可极化基团的表面活性剂，使之被极化而吸附于固体表面，并受同性电荷排斥作用而稳定分散。
（6）表面活性剂的增溶作用
不溶于水的非极性物质，在表面活性剂的胶束溶液中，能够较多地溶解于胶束中形成稳定分散液，称之增溶。
显然，增溶作用必须使溶液中表面活性剂浓度在临界胶束浓度以上才能发生。增溶作用与表面活性剂的胶束化有密切关系。表面活性剂越多，形成胶束数目越多，增溶量越大。
增溶胶束体系是透明的。随着不容物增加，胶束增大，超过加容量时，出现水与不容物的两相界面，胶束被破坏。因表面活性剂优先向新界面迁移作定向排列，形成胶团，胶团比胶束大得多，使透明溶液变成白色乳状液。
因此，加溶作用不同于乳化作用，加溶作用形成的是均相体系，热力学性质稳定，外观透明；而乳化作用形成多相分散体系，热力学性质不稳定，外观呈乳白色。
二、清洗剂的除油机理
1.污垢种类及其吸附性
污垢根据它在水中的溶解性和吸附性可分成四种。
① 水溶性的无机物或有机物，像无机盐、汗液等。
② 水不溶性无机物，像灰尘、氧化物、氧化铝、二硫化钼和石墨等固体润滑或磨光添加剂、 磨粒及碳质吸附物，一般称为固体污垢。
③ 水不溶的非极性有机物，像润滑油、凡士林、轻防锈油、蜡等。
④ 水不溶的极性有机物，像动植物油脂，脂肪酸皂、重防锈油等。
按污垢形态分：有固态污垢和液态污垢两类。蜡和脂类固体或半固态污垢，需要高温熔化才能除掉；碳质等微粒聚集体的固体污垢，需要借助喷洗时的喷射作用力和添加专用助洗剂来清洗。液体污垢随着黏度升高，油污的流动性变弱，清洗也变得更困难，在除油前用热水先喷洗一下，有利于油污的洗净。
具有反应性基团的极性污垢，在金属表面产生化学吸附。这中黏附作用很强，污垢难除去。例如，金属涂防锈油并长期存放时，受光、热等环境因素影响，油品氧化在金属表面形成树脂状化学吸附膜，必须靠强碱的皂化作用并辅助强的机械作用力才能洗净。
非极性的液态污垢，一般产生弱的物理附着，较容易除去。极性液态污垢由于偶极作用力产生较强的物理附着，单靠清洗剂也难除去，需借助机械喷射力来清洗。
2.除油机理
对于油脂类极性污垢，利用强碱在高温中皂化水解来清洗。
生成的脂肪酸钠皂可溶于水，并且有表面活性剂的乳化、分散作用。如果在强碱中添加胶体性质的硅酸盐、三聚磷酸钠，可增强该清洗剂对油污乳化分散的稳定性，增强除油能力。
金属表面污垢几大部分是非极性的液态轻污垢。这类污垢一般采用中性或弱碱性的清洗剂除油。这类清洗剂的主要物质是表面活性剂。它的清洗过程是以表面活性剂的表面活性为主导作用的，是表面活性剂的润湿作用、渗透作用、乳化作用、分散作用和增溶作用的综合体现。它的这种去污过程分为两个阶段。
首先，清洗也借助表面活性剂对金属的润湿、渗透作用，穿过油污层到达金属表面，在那儿作定向吸附，并向油污金属界面不断渗入，使油污被从金属表面剥离。这一过程称之为卷离。如果把均匀涂布油膜的金属浸入清洗剂中，首先我们可以看到油膜呈网状被撕裂，进而分裂成细小碎片而脱离金属表面。
在卷离以后，被分裂的细小油污，被胶束增溶、乳化及分散进入溶液中。
如果表面活性剂的润湿作用差，金属表面油污的分离就不完全；如果它的乳化、分散作用弱，则污垢将再沉积于金属表面，这样的清洗剂清洗能力就差。
另外，乳化能力很强，乳化状态就很稳定，油污使表面活性剂很快被耗尽，清洗剂适用期短；若乳化作用适中，经一定时间乳化油污破乳，油污附于表面，经溢流、过滤将浮油除去，这是表面活性剂消耗少，清洗剂适用期长。
因此，作为优良的清洗剂，清洗能力只是一个主要方面，但为了使用，清洗剂的使用寿命也必须给予考虑。
另外，对于固体污垢，由于固态粒子不具备液体污垢的流动性，清洗剂向金属表面的渗透困难，因而较难清洗。通常需借助于机械作用力使之渗透，加速卷离。
三、水基清洗剂的组成和应用
1.表面活性剂
表面活性剂是清洗剂的基本成分。它的品种很多，通常分为阴离子、阳离子型、两性表面活性剂及非离子表面活性剂四大类。作为水基清洗剂，主要采用阴离子型和非离子型两类。
（1）阴离子表面活性剂
主要有羧酸盐、硫酸酯盐、磺酸盐及磷酸酯盐。
羧酸盐，像油酸三乙醇胺，是清洗剂的常用成分，亦常用作乳化剂。
硫酸酯盐，想十二烷基硫酸钠，它们的抗硬水性、润湿性优于羧酸盐。
磺酸盐，是最重要的一类阴离子表面活性剂，像十二烷基苯磺酸盐、琥珀酸酯磺酸钠（渗透剂T），它们的渗透性、润湿性很好，去污能力强。
磷酸酯盐，去污能力差，在清洗剂中不采用，但它具有一定防锈性。
（2）非离子表面活性剂
这类表面活性剂，很多具有润湿、渗透、乳化、分散作用，有些还具有低泡和消泡性能，它们的抗硬水性好，临界胶束浓度低，使用浓度低，是清洗剂最基本的成分。
它们主要是聚氧乙烯缩合物。例如，聚氧乙烯脂肪醇醚（平平加-7、平平加-9、平平加QS-15、润湿剂JFC等）、烷基酚聚氧乙烯醚（OP-4、OP-10等）、聚氧乙烯脂肪酸酯、聚醚等。这些表面活性剂随着环氧乙烷加合数的增加，亲水性增加。例如OP-4是亲油性的，不溶于水；OP-10易溶于水、有较强的去污能力。
聚醚，是聚氧乙烯丙烯嵌段共聚物，它们的泡沫低，并有消泡性，但润湿性、乳化性差，去污力也弱。主要品种有2010、2020、2040、2070等，后两位数字是聚氧乙烯的百分含量。因此，从2010～2070，水溶性增加，泡沫也增加，2010在水中呈乳化分散，泡沫几乎为零。
聚醚主要用于低泡清洗剂中。与聚醚相反，月桂酸二乙醇胺（6501）是优良的稳泡剂，它能增加润湿、乳化及去污能力。
另外，聚氧乙烯脂肪醇醚的磺酸盐（ASE），也具有良好的去污能力，并且没有非离子型的“浊点”现象。
作为水基清洗剂的表面活性剂的选择，这要从两个方面考虑，即HLB值和分子结构，在表1-12中已经指出，HLB值在13～15时，适合于作清洗剂。常用表面活性剂的去污力见表1-13。
显然，在HLB13～15中，OP-10、平平加-9有最大去污能力。
表1-13 常用表面活性剂的去污力①
|
表面活性剂
|
清洗能力/%
|
HLB
|
|
OP-10
OP-7
平平加-9
润湿剂JFC
6501
AES
油酸三乙醇胺
聚醚2010
|
87.1
84.4
91.0
68.2
54.0
9.6
2.5
—
|
14.5
5
14.5
12
14.5
＞15
12
3
|
①0.25%浓度，65℃摆洗32号机械油。
HLB＜13时，如OP-7，则适用于润湿、乳化；大于该范围，适宜增溶、乳化。
另外，6501显然HLB值在13～15内，但它单独存在时的去污性不是很强。因此，除HLB值外，还必须考虑表面活性剂的分子结构。一般认为：
① 疏水基和油污分子结构相似，有利于增溶、乳化；
② 带支链的疏水基能有效降低界面张力，是好的润湿剂，但支链不利于胶束的形成，界面膜强度差，增溶、乳化效果差，因此单独作清洗剂效果差；
③ 较长支链的疏水基有利于胶束的形成，界面膜强，增溶、乳化性好；
④ 分子小的表面活性剂，渗透力强，适宜作润湿剂。
2.表面活性剂的复配
由于作为清洗剂的表面活性剂的HLB值必须在13～15之间；另外，从去污机理看，作为良好的清洗剂，它必须同时具有润湿渗透、增溶和乳化分散的能力。但是对于单一的表面活性剂，它不可能同时拥有润湿和乳化增溶的性能。这是由于这些性能与分子的特定结构相关，且它们对分子结构方面的要求是正好相反的。鉴于这个原因，应把具有润湿性和具有乳化分散性的两种表面活性剂的HLB值在13～15范围内。经这样复配以后，清洗剂的性能就满足了前面提出的两方面的要求，并使去污能力增大，增加幅度甚至大于单独清洗能力的总和。因此，复配具有协同效应。
例如，0.25%的润湿剂JFC和0.25%的AES复配，它们对机油的清洗能力分别是68.2%和9.6%，清洗能力的总和是77.8%。但复配以后，清洗能力大99.9%，大大超出了其清洗能力的代数和，显示出较强的协同效应。因此，良好的润湿剂和适宜的乳化剂复配，一方面使有膜完全卷离；另一方面能被适当地乳化分散。但乳化作用不是很强，油污将浮于液面，浮于清洗剂最佳性能。
表面活性剂复配的协同效应，还在于扩大了应用范围，可以清除多种类型的污垢。单一的表面活性剂玩玩达不到这种目的。
复配也微粒清洗剂具有其他工艺性能，像低泡性、稳定性、防锈性等。
3.助洗剂与表面活性剂的复配
助洗剂的作用主要表现在以下几个方面：
Ⅰ.络合剂软化水质的作用；
Ⅱ.碱性物质其调节PH值的作用，使油脂皂化而容易被除去；
Ⅲ.提高表面活性剂的渗透，增溶作用，增强洗净性；促进胶束的形成，降低临界胶束浓度，延长使用寿命；
Ⅳ.缓蚀剂起防锈作用。
因此，以这几方面看，助洗剂主要有以下几种。
① 三聚磷酸钠 三聚磷酸钠对钙离子有络合作用，软化水质，提高清洗剂在硬水中的去污能力。三聚磷酸钠在水中为带电荷胶团结构，能够吸附于污垢微粒上，具有乳化、分散作用，有明显的助洗能力。
② 硅酸钠 主要是正硅酸钠、偏硅酸钠及模数为2.5～3的水玻璃。
硅酸钠溶液呈胶体性质，胶团带负电荷，它吸附于污垢微粒上而使它带电荷，受同性排斥作用，，具有乳化、分散作用。另外，它具有较强碱性，对PH值有缓冲作用；对铝有较强缓蚀性。
③ 碳酸钠 它为碱性物质，给予清洗剂一定碱度，保证PH＞10,使之对油脂起皂化作用。氢氧化钠由于碱性太强，使金属表面被腐蚀，对后面的磷化处理产生不良影响，一般不用。
④ EDTA EDTA为络合剂，可软化水质，亦有一定的助洗能力。
助洗剂和表面活性剂复配，使去污能力增加，见表1-14.
除上述助洗剂，在喷式清洗剂中，还需要添加消泡剂，以改善工艺可操作性。消泡剂可选用以下的几类物质。
a.煤油（0.02%～0.1%） 随着煤油挥发穿过界面膜使泡沫迅速破裂。当煤油挥发完以后，消泡能力就丧失了。
表1-14 助洗剂与表面活性剂的复配作用
|
  活性剂
去污力
助洗剂
|
—
|
烷基苯磺酸钠
|
烷基酚聚氧乙烯醚
|
|
—
碳酸钠
偏硅酸钠
|
—
37.7
11.5
|
29.3
56.2
35.0
|
55.8
99.0
99.6
|
注:助洗剂3%，表面活性剂1%，油污为润滑油，40℃，漂洗10min。
b.有机硅消泡剂（0.001%～0.01%）尽管用量少，但价格贵，黏附在工件表面会影响涂膜附着力。
c.高级醇（C5～C10）挥发以后丧失消泡性，也需经常添加。
d.聚醚（2010）是一种消泡性表面活性剂。
4.清洗剂品种及部分配方
（1）105净洗剂
聚氧乙烯脂肪醇醚 24% 十二烷基二乙醇酰胺 24%
聚氧乙烯辛基酚醚 12% 水 40%
（2）741净洗剂
OP-10 15% 油酸二乙醇胺 43%
平平加O-20 10% 水 余量
月桂醇酰胺 12%
（3）761固态粉末净洗剂
OP-10 29% 三聚磷酸钠 51.8%
聚氧乙烯油酸酯 4% 羟甲基纤维素 0.5%
二氧化硅 2.5% 乙醇 8%
碳酸钠 4% 水 余量
（4）SP-1低泡净洗剂
聚醚2040 25% TX-10 3%
聚醚2020 1.5% NaNO2 3%
聚醚2070 1.5% 水 余量
（5）低泡清洗剂
聚醚2020 10% 油酸三乙醇胺 15%
OP-10 5% 28＃消泡剂 0.5%
OP-7 5% NaNO2 7.5%
JFC 5% 水 余量
AES 5%
部分市售金属清洗剂的特性参数见表1-15。
表1-15 部分市售金属清洗剂的特性参数
|
商品名称
|
使用浓度/%
|
PH值
|
温度/℃
|
时间/min
|
备注
|
|
664净洗剂
|
2～3
|
8～9
|
75
|
3～4
|
非离子型表面活性剂
|
|
32-1低泡净洗剂
|
3～5
|
7.5～8.5
|
50～80
|
|
表面活性剂及助剂
|
|
721净洗剂
|
3～5
|
8～9
|
|
|
非离子型表面活性剂
|
|
761净洗剂
|
2.5
|
|
70～80
|
3～5
|
非离子型、溶剂、研磨剂
铝材和有机玻璃
|
|
77-1净洗剂
|
2～5
|
8～9
|
50～60
|
|
非离子型和阴离子型
|
|
PA30-SM脱脂剂
|
2.5～3
|
9～10
|
50～70
|
|
表面活性剂与弱碱，喷淋
|
|
FC4328A脱脂剂
|
2～3
|
|
50～70
|
|
表面活性剂与无机助剂，喷
|
|
CQ252脱脂剂
|
2
|
|
50～60
|
|
表面活性剂与无机助剂，喷
|
|
Pyroclean499去油剂
|
2
|
7
|
≥25
|
|
喷淋
|
|
77-5高压低泡清洗剂
|
2～5
|
9～10
|
常温
|
|
表面活性剂、防锈剂、助剂，钢和铝材
|
|
820特种金属清洗剂
|
20
|
9～9.5
|
40～90
|
|
表面活性剂、防锈剂、助剂，钢，铝，铜，镁
|
|
8501常温清洗剂
|
1～2
|
9
|
50～70
|
2～4
|
非离子型、络合剂、防锈剂、助剂、钢、铝、锌
|
|
816洗净剂
|
2～5
|
7
|
50～60
|
2～3
|
表面活性剂、钢、铝
|
|
JS-A/JS-B重垢清洗剂
|
3～5
|
8～9
|
常温
|
15～30
|
表面活性剂、防锈剂
|
|
DP低泡清洗剂
|
3～5
|
10.5
|
50～60
|
5
|
表面活性剂、防锈剂、助剂
|
|
SP-1低泡净洗剂
|
3～5
|
8～9
|
常温～70
|
|
表面活性剂、钢、铝、铜
|
|
JX-1净洗剂
|
2～5
|
8～9
|
60～90
|
|
表面活性剂
|
5.清洗工艺
（1）清洗剂的选择
由于清洗剂的品种众多，各清洗剂的特性也大不一样，对不同污垢、不同材质和特定的工艺要求（例如能耗、环保、生产率、工艺操作性等），就应选择与其相适应的清洗剂。虽然市场上清洗剂的牌号繁杂，你就现在来说，可分成以下几种类型，见表1-16。
表1-16 清洗剂的种类与特点
|
编号
|
类型
|
碱性
|
工艺方式
|
清洗温度、时间
|
特点与应用
|
|
①
|
一般型
|
强
PH＞13
|
浸
|
55～65℃，5～15min
|
清洗力强，碱度在30点左右使磷化膜变粗
|
|
中，PH值为11～12
|
60℃，5～15min
|
工序间脱脂、钢板脱脂剂，碱度约20点以上；碱度18点以下，可加表调剂
|
|
强
|
喷
|
40～60℃，1～3min
|
清洗力强，排放液COD值低亦可电解脱脂
|
|
中
|
40～60℃，1～3min
|
清洗力强，排放液COD值低
|
|
弱
PH＜10
|
40～65℃，1～3min
|
碱度8～12点，可加表调剂；有些油分离凝集性良好
|
|
②
|
低泡型
|
中
|
喷
|
40～65℃，1～3min
|
无磷质，仅对油淬钢板有效
|
|
弱
|
40～45℃，1～3min
|
可加表调剂
|
|
③
|
油水分离器
|
强
|
浸
|
60℃＞2min
|
两液包装型，亦可喷
|
|
弱
|
喷·
|
50～60℃，1～3min
|
超滤透过性良好
|
|
④
|
低公
害型
|
强
|
浸
|
80～100℃，1～15min
|
无N、P质，低COD值
|
|
喷
|
50～60℃，2～3min
|
无N、P质
|
|
中
|
45℃
|
无N、P质，油分离性良好
|
|
⑤
|
节能型
|
强
|
浸
|
40～45℃，1～3min
|
亦可喷
|
|
中
|
喷
|
低泡性，亦可浸
|
|
弱
|
可加表调剂
|
|
⑥
|
铝合金专用
|
强、中、弱
|
浸/喷
|
—
|
中、强碱需加偏硅酸钠缓蚀剂
|
|
⑦
|
塑件专用
|
中、弱碱、中性
|
喷
|
40～65℃，1～3min
|
中间性约18点，弱碱性8～12点；不含NaOH、Na2SiO3等漂洗难洗净物质
|
|
⑧
|
二合一
|
强酸性
|
浸
|
常温～中温
|
除油除锈二合一
|
|
弱酸性
|
喷
|
45～60℃，1～3min
|
脱脂、铁系磷化二合一
|
对于铝合金和锌合金材质，在碱性介质中产生严重腐蚀。例如，铝在PH=9以上，锌在PH=10以上都会腐蚀。对于有色金属宜选用由弱碱碳酸钠、磷酸钠和偏硅酸钠等配成的弱碱清洗剂，洗涤剂的PH值应在10以下，否则应加缓蚀剂并控制碱度。
（2）工艺方式选择
除油的工艺方式有浸渍、喷射、点解和超声波等，流水线作业主要采用前两种方法。
浸渍法对复杂形状工件也适用，设备构造简单，槽液允许有稍多泡沫，但清洗效果较差，需要较高浓度的清洗剂和较高处理温度。
喷射法由于有强的喷射作用力（一般在0.1～0.2Mpa）,除油效果较好，处理时间也短，但不适合复杂形状工价的除油，不允许有泡沫。因此，清洗剂中表面活性剂浓度较低，这样槽液的功能马上会下降，维护工作量就大。为了降低泡沫，必须选用不含阴离子表面活性剂的低泡清洗剂，并在60℃作用的较高温度下清洗，减少泡沫的形成。不含表面活性剂的清洗剂，则可采取高压清洗（＞0.2Mpa）。
清洗方式的选择主要考虑以下因素；①污垢性质和玷污程度；②工件形状；③生产量大小；④工艺的技术经济性等。从这几方面来确定是否采用浸渍、喷、喷/浸结合或手工预擦洗及借助超声波。
（3）工艺过程
工业应用中，通常采用浸渍或喷洗的方式进行。在连续化生产线中，由于生产量大，节奏快，要求清洗时间短，这时采用喷洗方式。喷射时的机械冲击力有助于污垢的脱落。
在采用喷洗方式时，应采用低泡清洗剂。否则将产生大量泡沫，一方面，溢槽造成浪费；另一方面，喷射产生气阻，使喷洗无法正常进行。
从油污黏附情况看，有些部件上油污黏附量较大。为了保证清洗效果及其随后的磷化处理质量，一般应人工擦洗预除油；为了保证内腔的清洗效果，在喷洗以后，再经浸渍清洗。
例如，上海桑塔纳轿车涂装前的处理清洗工艺如下：
① 脂液（50～52℃，PH值为9.6～10，68s;槽液每周更换两次）；
② 浸脱脂液（50～52℃，PH值为9.6～10，316s;槽液一年更换一次）；
③ 水喷洗（42s；每天更换）；
④ 水浸洗（153s；PH值为7.2～7.5水；每周更换两次）。
又如第二汽车制造厂车身厂，引进的Haden公司阴极电泳涂装线处理部分工艺如下：
① 手工擦洗（水基清洗剂）；
② 喷脱脂液（55℃，1%浓度，0.1～0.2Mpa压力喷60s；槽液每周更换）；
③ 浸脱脂液（55℃，2.5min，前后设置0.1～0.15Mpa压力喷洗，以免槽面油污黏附在工件上；槽液两个月更换一次）；
④ 水浸洗（每周更换）；
⑤ 水喷洗（0.1Mpa，1min,每周更换）。
从汽车涂装前的国内外处理情况分析，脱脂液要求PH≤10（低碱度），低泡，≤60℃（中温）。
从工艺设计上，采取先喷射后浸渍脱脂。此时，在喷射工位，工件上的油污基本上被洗脱下来，使随后的浸渍槽负载油污量大大减少，以免槽液表面漂浮过多油污在进出槽时重新被沾污；另外喷射槽容积比浸槽容积小的多，以免槽液（浸槽）经常更换，造成进行费用增加。
在使用喷射槽的情况下，由于负载油污量较大，通常安装油水分离装置，经过油污分离，槽液一般每周仍更换1～2次。而浸渍槽的使用寿命要长的多，如上所举，国内分两个月，国外经过滤以后，可达一年。
取之槽底的脱脂液，首先用金属网除去大粒金属屑，再经滤纸滚筒彻底去机械渣，并除去约10%的浮油。绿叶再经超滤将大部分油脂除去。处理量为500L/h，机械渣是机械加工过程中产生的金属屑，对喷洗系统有损害，必须除去。经过滤，脱脂液寿命可提高4～5倍。
在清洗过程中，要避免泵和管路循环系统总混入空气，导致泡沫过多。泵磨损以后要及时维修、更换。在泡沫较多的情况下，有时也可通过工艺温度来控制泡沫。皂类表面活性剂低温时泡沫少；低泡表面活性剂或加消泡剂的清洗剂，升温泡沫减少。
在工艺过程中，还要注意水洗质量。氢氧化钠、硅酸钠等碱性物质，漂洗性差，需采取多级水洗充分洗净。有些表面活性剂漂洗性也差，第一级水洗可采用60℃热水性。
第四节 锌涂（镀）层钝化
1． 钝化作用
钝化有以下几种作用。
① 使锌镀层表面进行化学抛光，形成光亮的表面。
② 钝化膜可呈现不同的颜色，尤其十白色钝化可形成浅蓝色的钝化膜，近似铬镀层，可作为装饰用。也可钝化成军绿色和黑色等美丽的膜层。
③ 生成的钝化膜可提高锌镀层抗蚀性能，延长镀件的贮存和使用寿命 。锌镀层钝化后对抗蚀性的影响见表8-11。
表1-17 锌镀层钝化后对抗蚀性的影响
|
锌层厚度/µm
|
未钝化生铁锈时间/h
|
钝化
|
|
泛白点/h
|
生铁锈/h
|
|
5
8
13
20
25
|
36
56
96
152
192
|
96
96
96
96
96
|
132
152
192
248
288
|
2 钝化膜生成机理
钝化膜生成有以下反应过程。
（1） 锌的溶解还原过程
当锌镀层浸入钝化液时首先与钝化液中的酸反应而溶解，还原成锌离子：
3Zn +Cr2O72-+14H+→3Zn2++2Cr3++7H2O
3Zn +2Cr2O42-+16H+→3Zn2++2Cr3++8H2O
3Zn+2NO3-+8H+→3Zn2++2NO↑+4H2O
Zn+2H+→Zn2++H2↑
(2)pH值升高，形成钝化膜的过程
由于锌的溶解，使锌镀层表面附近溶液的氢离子浓度下降，PH值上升，氢氧根离子浓度相应增加。此时溶液中的中铬酸根转变为铬酸根：
Cr2O72-+2OH-→2Cr2O42-+H2O
在铬酸根和氢氧根离子作用下，生成碱式铬酸盐、三氧化二铬及亚铬酸锌，在镀层表面形成胶状镀层：
Cr3++OH-+Cr2O42-→Cr（OH）CrO4（碱式铬酸盐）
2Zn2++2OH-+Cr2O42-→Zn（OH）2CrO4(碱式铬酸锌)
2Cr3++6OH-→Cr2O3·3H2O（三氧化二铬）
Zn2+ +2Cr3++8OH-→Zn(CrO2)2·4H2O(亚铬酸锌)
钝化膜组成比较复杂，难以用分子式来写明，可简略为XCr2O3·YCrO3·ZH2O
(3)钝化膜的溶解过程
在钝化膜形成过程中，由于离子的扩散作用，钝化膜表面附近阶段成膜速度大于溶解速度。
以上三个过程是同时进行的，在整个钝化过程中，包含这锌的溶解和膜的生成及膜的溶解。开始阶段膜的生成是主要方面，淡由于钝化膜液中酸度很高，随着时间的增长钝化膜的溶解速度加快，当镀件脱离钝化液，在空气中上述反应继续进行，由于残留在锌镀层上的溶液较少，反应的结果使氢离子浓度迅速降低，又得不到氢离子的补充，使残留溶液的pH值迅速增高，锌镀层与铬酸盐等起反应，形成钝化膜。
在钝化膜组成中三价铬化物是其主要成分，它不溶于水，具有较高的稳定性。强度高是构成膜层的“骨架”，使镀层得到良好的保护，三价铬化物一般呈绿色，它在膜中呈蓝白色。六价铬化物分布于膜的内部起填充空隙的作用。六价铬化物能溶于水，在潮湿介质中，它能逐渐从膜中渗出，溶于膜表面凝结的水中形成铬酸，具有使镀层再钝化的性能。当钝化膜受轻度损伤时，可溶性的六价铬化合物会使该处再钝化，抑制受伤部位锌镀层的腐蚀。六价格的化合物一般是黄色或橙色，它与三价铬化物一起，形成彩虹色。钝化膜中，三价铬和六价铬的含量比例是随着各种因素的 改变而变化的，因而钝化膜的色彩也随之变化。钝化膜的色彩是判断钝化膜质量好坏的标志，质量好的钝化膜应具有光亮的偏绿彩虹色。
以前一直使用铬酸酐浓度较高的钝化液，称“高铬钝化”，钝化液稳定，钝化膜质量好。其缺点是铬酸酐消耗大，且大多数从清洗液中带出，从而增加了废水处理的负担。为解决这各问题，可采用铬酸酐浓度很低的“低铬钝化”工艺，大大减少废水中六价铬含量：缺点是钝化液要经常调整，化学抛光性较差。也有采用铬酸酐含量80～100g/L的“中铬钝化”。
3 高铬酸彩虹色钝化
高铬酸彩虹色钝化工艺见表1-18。
|
成分及工艺条件
|
一次钝化
|
二次钝化
|
|
甲
|
乙
|
|
铬酸酐/g·L-1
硝酸/ml·L-1
硫酸/ml·L-1
|
200～250
10～15
10～20
|
170～200
7～8
6～7
|
40～50
5～6
2
|
|
温度/℃
|
15～35
|
15～30
|
15～30
|
|
时间/s
|
溶液中:3～10
空气中:5～15
|
10～30
|
10～30
|
3.1 工艺流程
工艺流程：镀锌→水洗→钝化→清洗三次→浸温水（不高于60℃）→烘干（不高于80℃）
3.2 各种成分和工艺条件的影响
（1）铬酸酐
铬酸酐浓度高，钝化膜厚，彩色浓，光亮度好。但浓度太高会降低镀层厚度，浓度偏低，彩色淡且不光亮。
（2）硝酸
硝酸其化学抛光作用。若硝酸含量太高，会加速膜和锌层的溶解，同时降低膜层结合力;若硝酸含量偏低，则光亮度差。
（3）硫酸
硫酸起成膜作用，可使膜溶解速度减慢，所以在生产中常用提高硫酸浓度来获得较厚的钝化膜。但硫酸过多，会使膜层疏松发雾；若硫酸浓度偏低，钝化膜色彩淡。
（4）三价铬
三价铬影响膜的形成，是膜的组成部分，在新配的溶液中无三价铬离子，钝化膜色彩淡而发黄。为生成三价铬，一般采用加入锌粉或硫酸亚铁，将一部分六价铬还原成三价铬。可加锌粉1～3g/L和硫酸亚铁4～5g/L。
（5）温度
若温度偏上限，钝化反应加快。要缩短在空气中搁置时间，钝化膜色彩才均匀。但温度过高，会造成膜层疏松，抗蚀性差，锌也溶解快；温度过低，成膜速度慢，色彩偏淡。一般控制在20～30℃范围较好。
（6）时间
钝化时间与钝化膜的组成和pH值有密切关系。若钝化时间短，则钝化膜教薄且光亮度差；若钝化时间太长，则钝化膜会溶解和疏松。
（7）清洗与成膜
将镀件从钝化液中取出，应立即用水清洗，膜层薄，彩色淡；若镀件从钝化液中取出后，在空气中搁置几秒至几十秒，有利于钝化膜的生成，此法称为“气相成膜”法。即先把镀件放入甲槽钝化，不清洗，再直接浸入成分较淡的乙槽中，钝化膜在乙槽中的溶液中生成。其优点是膜层色泽均匀，没有钝化溶液的痕迹。
清洗后浸温水，温度要低于60℃，以防膜中六价铬溶解造成抗蚀性差的多孔性钝化膜。
（8）老化
胶体钝化膜经烘干才有良好抗蚀性，烘干温度不得超过60℃，时间为20～30min,若温度大于60℃易造成钝化膜龟裂，降低抗是性能。不同烘干温度对钝化膜抗蚀性的影响见表8-13。
表1-19 不同烘干温度对钝化膜抗蚀性影响
|
 抗蚀性/h 温度/℃
钝化膜
|
60
|
80
|
150
|
200
|
|
白 色
彩虹色
黑 色
军绿色
|
72
144
192
360
|
48
72
96
288
|
24
24
18
18
|
18
24
12
12
|
注：本表为耐中性盐水喷雾试验结果。
从表1-19中看出，烘干温度过高，抗腐蚀性显著下降。
3.3 出光
为使镀层光亮（特别是采用低铬钝化时），往往在钝化前将镀锌件在3%硝酸溶液中浸渍（称为出光），经清洗后再钝化，这样就提高了钝化膜的光亮度。若镀层很光亮，此工序可省略。
常用出光溶液的配方和工作条件见表1-20。
表1-20 常用出光溶液的配方和工作条件
|
配方号
|
名 称
|
成分和操作条件
|
备 注
|
|
1
|
硝酸（HNO3）/ml·L-1
|
30～40
|
常用，简便
|
|
2
|
硝酸（HNO3）/ml·L-1
氢氟酸（HF）/ml·L-1
|
30～40
2～4
|
光亮度高
|
|
3
|
硝酸（HNO3）/ml·L-1
盐酸（HCl）/ml·L-1
[或氯化钠（NaCl）]g·L-1
|
30～40
5～10
（10）
|
膜色略黄，适用于彩虹色钝化
|
|
4
|
硝酸（HNO3）/ml·L-1
双氧水（H2O2）/ml·L-1
|
5～10
15～20
|
出光后要清洗干净，不然双氧水要影响钝化液
|
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温度/℃
时间/s
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10～30
3～5
|
室温
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3.4 高铬彩虹色钝化常见故障和处理方法
高铬彩虹色钝化常见故障和处理方法见表1-21。
表1-21 高铬彩虹色钝化常见故障和处理方法
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故障现象
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原因及处理方法
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钝化膜呈棕褐色
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（1）空气中搁置时间短
（2）铬酸含量偏高或硫酸含量偏低。稀释调整
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钝化膜呈棕褐色
|
（1）铬酸偏低
（2）硫酸偏高。适量补充硝酸
|
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钝化膜呈红色，而且色泽淡
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硝酸偏高。适量补充硫酸
|
|
钝化膜暗淡无光
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（1）硝酸偏低
（2）铬酸偏低
|
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钝化膜易脱落
|
（1）钝化液温度太高
（2）硫酸偏低
（3）钝化后搁置时间太长
（4）镀层夹杂添加剂过多。镀层用活性炭处理，或钝化前把镀件用5%氢氧化钠浸洗处理，再经清洗后进行钝化
|
|
钝化膜上带有铬酸痕迹
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钝化后清洗不彻底
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4 低铬酸彩虹色钝化
4.1 低铬酸彩虹色钝化工艺
低铬酸彩虹色钝化工艺见表1-22。
表1-22 低铬酸彩虹色钝化工艺
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成分及工艺条件
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配方1
|
配方2
|
配方3
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铬酸酐/g·L-1
硝酸/ml·L-1
硫酸/ml·L-1
硫酸锌/g·L-1
高锰酸钾/g·L-1
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5
5～8
0.5～1
1
|
3～5
1～2
|
6
5
0.6
|
|
pH值
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1～1.6
|
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温度/℃
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15～30
|
|
时间/s
|
溶液中10～45（不需在空气中搁置）
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4.2 工艺流程
工艺流程：镀锌→清洗→出光（或低铬白钝化）→清洗→低铬酸彩虹色钝化→清洗→浸热水（<60℃）→干燥。
低铬彩虹色钝化的膜层主要在溶液中形成，所以不需在空气中搁置。大面积镀件钝化时要搅拌钝化液，彩虹色膜才能均匀。
4.3 成分及工作条件的影响
、（1）铬酸酐
铬酸酐是形成钝化膜的主要成分，含量3～5g/L便能形成钝化膜，低于2g/L成膜速度很慢，色泽不好；含量过多时，膜层疏松，容易脱落。
（2）硫酸
硫酸起主要成膜作用，含量低时成膜速度很慢，色泽不好；含量过多时，膜层疏松，容易脱落。
（3）硝酸
加入硝酸可使成膜速度加快，又有轻微抛光作用，膜层比较光亮。光钝化液pH值升高时，用硝酸调pH值比较适合。
（4）硫酸锌
用硫酸全部代替硫酸，对钝化膜的色泽均匀有好处，并提高了结合强度。
（5）高锰酸钾
加入高锰酸钾可提高膜层结合力，使色泽偏红。
（6）pH值
pH值一般在1～2。pH值低（酸度高）成膜快，但pH值太低会使膜层发暗、无光泽，而且膜层疏松，结合力差，易脱落；若pH值升高，成膜速度显著减慢，pH值过高，甚至不成膜。因此，应注意pH值的变化，及时调整。
（7）温度及时间
温度高，成膜速度快；温度过高容易脱膜。钝化时间越长，钝化膜越厚；钝化时间过长，钝化膜色泽变差，也容易脱膜。pH值高时，时间要延长。液温度高时，时间要短。
其他浸热水、烘干等工序与高铬酸彩虹色钝化相同。
4.4 低铬彩虹色钝化常见故障和处理方法
低铬彩虹色钝化常见故障处理方法见表1-23。
表 1-23 低铬彩虹色钝化常见故障和处理方法
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故障现象
|
原因及处理方法
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不出现彩虹色或彩虹色极淡
|
（1）钝化液pH值不在工艺范围，调整pH值在1～1.6
（2）硫酸偏低，补充硫酸或硫酸盐
(3)钝化时间不恰当
（4）镀层本身光亮度太差
|
|
膜层易脱落或易擦去
|
（1）镀层夹杂过多表面活性剂，镀液用活性炭处理
（2）钝化液老化，pH值偏高，补充硝酸或硫酸
（3）硫酸偏低
（4）钝化时间太长
（5）钝化液温度偏高
（6）清洗水质不良
|
|
膜层不光亮
|
（1）膜层原来不光亮，改进镀层质量
（2）出光溶液成分不正常
（3）钝化液pH值偏低
（4）硝酸偏低
（5）钝化时间过长
|
.5 超低浓度铬酸彩色钝化
5.1 超低铬酸彩色钝化工艺
超低铬酸彩色工艺（可适用与各种镀锌液）见表1-24。
表8-18 超低铬彩色钝化工艺
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成分及操作条件
|
含量或操作参数
|
|
铬酸酐（CrO3）/g·L-1
硫酸钾（K2SO4）/g·L-1
氯化钠（NaCl）/g·L-1
硝酸（HNO3）/ml·L-1
乙酸（36%）（CH3COOH）/ml·L-1
锌粉/g·L-1
pH值
温度/℃
搅拌形式
钝化时间/s
|
1.2～1.7
0.4～0.5
0.2～0.3
0.5左右
4～6
0.1
1.6～2.0
室温
空气激烈搅拌
30～50
|
5.2 工艺流程
工艺流程与低铬酸钝化相同。
5.3 各种成分和工艺条件的影响
（1） 铬酸酐
铬酸酐与低铬酸钝化相同。
（2） 硫酸钾
硫酸钾比硫酸易于控制，使pH值稳定。
（3） 氯化钠
氯化钠可以使锌镀层清亮，减少发雾。
（4） 硝酸和乙酸
硝酸和乙酸使锌镀层出光，乙酸太高会发雾。
（5） 锌粉
新配溶液彩色膜易脱，加入锌粉后钝化数槽便可自然消失。
（6） 压缩空气搅拌
为了使工件钝化膜均匀，必须搅拌或加剧抖动零件。最理想的工艺是把溶液不断地均匀喷射到工件表面，便获得均匀厚度的钝化膜。
6 彩虹色膜的漂白处理
彩虹色膜经漂白处理后，可得到光亮的白色外观，但抗蚀性有所降低。因此漂白处理的主要目的是满足某些产品对外观的特殊要求。不同的漂白工艺所获得的钝化膜的颜色及抗蚀性也不同，铬酸漂白以及浓碱漂白得到的银白色膜比碱液漂白得到的蓝白色膜耐蚀性差得多。
6.1 彩虹色钝化膜漂白工艺
常用彩虹色钝化膜漂白工艺见表1-25。
表1-25 彩虹色钝化膜漂白工艺
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漂白液
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组成/g·L-1
|
温度/℃
|
时间/s
|
色泽
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|
铬酸漂白
|
铬酸酐 150～200
碳酸钡 2～4
|
室温
|
5～15
|
银白色
|
|
硫化钠漂白
|
硫化钠 3～7
氢氧化钠 10～20
|
室温
|
5～15
|
蓝白色
|
|
氢氧化钠漂白
|
氢氧化钠 20～30
|
室温
|
5～15
|
银白色
|
6.2 工艺流程
工艺流程：镀锌→清洗→出光→清洗→彩虹色钝化→清洗三次→漂白→清洗二次→浸热水封闭（温度80～100℃，水中加0.2g/L铬酸酐）→干燥。
说明：封闭可提高锌镀层抗蚀性。
6.3 各种成分和工艺条件的影响
①铬酸酐漂液 主要依靠铬酸漂白，溶液中若有硫酸就会生成彩虹色膜，所以要加少量碳酸钡用以除去硫酸根，若漂白后发现有彩色则要再加碳酸钡。硫酸是铬酐原料本身含有及前道彩虹色钝化清洗不净带入的。
②硫化钠漂白液 能漂出带蓝白色的光泽，漂白后清洗要彻底，膜表面带碱性不利于贮存。
③氢氧化钠漂白液 成分简单，但色泽不够美观。
漂白时要注意，从彩虹色钝化液取出的镀件要立即清洗进行漂白，最忌空气搁置，因生成的彩钝膜越厚，漂白越困难。
7 低铬白钝化配方及工作条件
7．1低铬白钝化配方及工作条件见表1-26。
表1-26 低铬白钝化配方及工作条件
|
成分及工艺条件
|
含量或操作参数
|
|
铬酸酐（CrO3）/g·L-1
硝酸（HNO3）/ml·L-1
氢氟酸（HF）/ml·L-1
三氯化铬（CrCl3）/g·L-1
温度/℃
时间/s
|
2～5
25～35
2～4
0～5(新配钝化液要加三氯化铬)
10～30
溶液浸渍3～10，空气搁置5～15
|
7.2 工艺流程
镀锌→清洗→低铬酸白钝化→空气搁置→清洗三次→浸热水封闭（温度80～100℃，加0.2g/L铬酸酐）→干燥。
7.3 各种成分和工艺条件的影响
（1）铬酸酐
铬酸酐是形成钝化膜的主要成分，铬酸酐含量偏低时，钝化膜呈灰白色，抗腐蚀性差。适当提高铬酸酐含量，能使钝化膜光亮度和抗腐蚀性提高；但铬酸酐含量过高时，钝化膜上会出现淡的彩虹色，使白色膜显得不白净。
（2）硝酸
硝酸在钝化液中起化学抛光作用。若硝酸偏低，钝化膜不光亮，发雾；当硝酸含量高时，光亮度大为提高，但镀层溶解剧烈，钝化膜的抗腐蚀性也下降。
（3）硫酸
在钝化液中加入硫酸，可以提高总酸度，对成膜及化学抛光都不利。硫酸过少或没有硫酸时，钝化膜黯黑而不牢；但硫酸含量偏高时，钝化膜的抗蚀性下降，会出现蓝色发雾。所以硫酸要合理控制。
（4）氟化物
钝化液中有氟化物能增加化学抛光作用，使钝化膜细致光亮。但氟化物含量太高时，钝化膜会发暗、发雾。
（5）三氯化铬
在新配的钝化液中应加入适量的三氯化铬，使钝化膜呈蓝白色。但由于在钝化过程中，六价铬会不断还原成三价铬，所以在使用过的钝化液中不必再补充。当三价铬含量过高时，容易引起发雾。
（6）温度
一般钝化操作在室温下进行。若温度超过35℃时，钝化膜也会发花、发雾。
（7）时间
低铬白钝化由四酸组成，酸度高，对锌层溶解快，钝化时间不宜过长，以3～7s为妥。
钝化后的空气搁置也很重要，在搁置时，膜层色泽会随时间而变化：银白色→浅蓝色→深蓝色→湖绿色→黄绿色。当色泽达到要求时，应立即清洗。
（8）钝化膜的封闭
因白钝化膜很薄，为提高抗蚀性，在白钝化后经清洗再在含铬酸酐0.2～0.3g/L的热水中浸渍（80～100℃）。此工序很重要，经封闭的白色钝化膜的盐雾试验可达48h，与铬酸漂白不相上下。不经封闭的零件盐雾试验2h也不能通过。
（9）钝化液的老化
钝化液在使用后，锌含量不断提高，当锌含量达到15g/L时，就达到容许的极限，钝化出来的白色膜开始不光亮，发雾，此时虽可用冲淡的方法来处理，再重新补充原料，但还是弃去较合算。更新时可保留约1/10的旧溶液，这样新配时可不再加三氯化铬，配好后即可使用。
7.4 低铬酸白钝化常见故障和处理方法
低铬酸白钝化常见故障和处理方法见表1-27。
表1-27 低铬酸白钝化常见故障和处理方法
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故障现象
|
原因及处理方法
|
|
钝化膜发“雾”
|
（1）钝化液老化，pH值偏高。补充硫酸或硝酸
（2）氟化物不足或过量
（3）钝化液中锌、三价铬或铁离子过高。可更换或稀释钝化液
（4）空气中氧化时间短。钝化后延长搁置时间
（5）钝化液温度偏高
（6）铬酸偏高，加入少量硝酸
|
|
钝化膜不光亮
|
（1）硝酸偏低
（2）离子不足。补充氢氟酸
（3）镀层本身光亮度差。该井镀层质量
（4）钝化液温度偏高
|
|
钝化膜色泽不匀或带淡薄彩虹色
|
（1）铬酸偏高。加入少量硝酸
(2)氟化物偏高。稀释，平时不宜多加
（3）镀锌后清洗不良。加强清洗，尽快钝化
（4）封闭热水中铬酸偏高或水质太差
（5）翻动不均匀
（6）硫酸偏低
|
|
钝化膜不呈天蓝色
|
（1）新配液三价铬离子少。加入锌粉或三氯化铬
（2）硫酸偏低
（3）空气中搁置时间不足
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8 低铬和超低铬银白色钝化工艺
低铬和超低铬银白色钝化工艺见表1-28。
表 1-28 低铬和超低铬银白色钝化工艺
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名称
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含量及操作参数
|
|
铬酸酐（CrO3）/g·L-1
硝酸（HNO3）/ml·L-1
碳酸钡（BaCO3）/g·L-1
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1～5
0.5～1
0.5～1
|
|
pH值
|
1.5左右
|
|
温度/℃
|
10～40（铬酸酐浓度低，温度要高）
|
|
时间/s
|
10左右
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9 军绿色钝化
军绿色钝化配方与工作条件见表1-29。
表 1-29 军绿色钝化配方与工作条件
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名称
|
含量或操作参数
|
|
铬酐（CrO2）/g·L-1
硝酸（HNO3）/ml·L-1
硫酸（H2SO4）/ ml·L-1
盐酸（HCl）/ml·L-1
磷酸（H3PO4）/g·L-1
|
30～35
5～8
5～8
5～8
10～15
|
|
温度/℃
|
20～35
|
|
pH值
|
1～1.5
|
|
时间/s
|
45～90
|
工艺流程：镀锌→清洗→出光→清洗→军绿色钝化→清洗三次→干燥。
军绿色钝化膜适用于锌镀层，防护、耐磨、装饰性均较好，但工艺性、耐磨性较差，钝化时镀层损失约3µm。钝化操作的夹具或容器可用铝、塑料或镀过锌的金属网，不能用裸露的铜丝。钝化时不得遮挡或碰撞，要轻轻晃动零件或缓慢来回移动。钝化膜未干时很嫩，不能用手摸。清洗时间也不能太长，防止六价铬溶解。钝化过程中产生的三价铬与溶液中的六价铬比率不能小于4.5，低于此比率要调整。溶液pH值不高于2，锌离子含量不大于10g/L。
钝化后在空气中搁置5～10s使膜层老化。
钝化膜外观应为油光草绿色。允许轻微淡绿色、淡黄色或嫩色；允许轻微干涉色；允许轻微划伤。
要求导磁、导电和焊接的零件不应进行军绿色钝化。
军绿色钝化不适用于滚镀、蓝镀的小零件；厚度小于5µm的镀锌件；6mm以下的螺纹紧固件。
10 黑色钝化
黑色钝化配方与工作条件见表 1-30。
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溶液成分及工艺条件
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配方1
|
配方2
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铬酸酐/g·L-1
硫酸铜/g·L-1
甲酸钠/g·L-1
乙酸/ ml·L-1
硫酸/g·L-1
银离子（用硝酸银）/g·L-1
|
15～30
30～50
20～30
70～120
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10～40
10～100
5～30
0.2～0.4
|
|
温度/℃
|
20～30
|
15～30
|
|
pH值
|
2～3
|
|
|
时间/s
|
120～180
|
10～30
|
.10.1 黑色钝化液的配制
先在容器中放入3/4体积的蒸馏水，在不断搅拌下一次加入硫酸铜、铬酐、甲酸钠和乙酸，加水至规定体积，以稀硫酸或稀氢氧化钠调整pH值在2～3范围 ，搅拌均匀，即可试纯。
10.2 工艺流程
镀锌→清洗→出光→清洗→黑色纯化→清洗二次→封闭（浸1g/L铬酸溶液）→清洗→干燥。
10.3 成分与工艺条件的影响
（1）硫酸铜
钝化液中硫酸铜（配方1）还原成氧化亚铜，使钝化膜呈黑色。若二价铜离子含量低，铬酸盐多，钝化膜呈黄绿色。反之，二价铜过多，造成氧化铜颗粒多，钝化膜虽黑但呈疏松粉末状，结合力下降。
（2）硝酸银
钝化液的黑色剂，硝酸银生成氧化银，使钝化膜呈黑色（配方2）。
（3）铬酸酐
铬酸酐为氧化剂。铬酸跟含量低时，钝化膜呈灰褐色；过多又使钝化膜呈军绿色。铬酸酐不仅起还原作用，还能提高钝化膜抗腐蚀性能与钝化膜在基体上的结合力。
（4）甲酸钠
甲酸钠是钝化过程中的活化剂。含量低时，钝化膜黑色中夹杂着军绿色；浓度高时钝化膜黑度及厚度增加；过多则钝化膜发花，结合力下降。
（5）乙酸
乙酸在钝化液中起提供和稳定氢离子浓度的作用，还能影响钝化膜的黑色和光泽。含量低时，钝化膜发黄；过高又使钝化膜呈黄褐色。
（6）硫酸
硫酸是成膜剂。
（7）pH值
钝化过程中pH值比较稳定。若pH值低于2，钝化膜薄且呈灰褐色；pH值高于3.5时，钝化液不稳定，钝化膜发黄。
（8）时间
钝化时间短，膜薄且呈彩虹色；时间过长会使钝化膜部分溶解，所以时间以120～180s为宜，并在空气中搁置15s左右为好。
（9）镀件移动速度
钝化时镀件应缓缓移动。若剧烈搅拌，因冲击作用使钝化膜发花；若静止不动，又会使膜层疏松，结合力下降。
（10）浸渍封闭
钝化并清洗后，要在1g/L铬酸溶液中浸渍封闭，以提高钝化膜的抗蚀性及减少水渍。
（11）快速干燥
清洗后要用热风快速干燥，干燥时间过长或温度高于60℃均会造成钝化膜发黄、发花。若用离心机甩干，要防止划伤。
（12）黑色钝化膜
外观应光洁呈黑色。应涂一层油或清漆。
（13）黑色钝化工艺
较不稳定，一般可采用锌镀层发黑 。
（14）锌镀层发黑
锌镀层可以浸入表1-31所列各种溶液中发黑，也称为浸黑或者黑色。锌镀层发黑工艺见表8-25.
表1-31 锌镀层发黑工艺
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成分及工艺条件
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配方1
|
配方2
|
配方3
|
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乙酸铅/g·L-1
硫酸镍/g·L-1
硫氰酸铵/g·L-1
氯化锌/g·L-1
硫酸锌/g·L-1
硫代硫酸钠/g·L-1
乙酸铵/g·L-1
硝酸银/g·L-1
钼酸铵/ml
氨水/ml
水/ml
|
15～17
70～80
15～20
15～17
|
2
20
10
6
10
2
|
300
600
100
|
|
温度/℃
|
室温
|
室温
|
室温
|
|
时间/s
|
3～5
|
2～3
|
2～5
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注：配方3使用后应盖好，防止氨水挥发。