【文章內(nèi)容簡介】 構(gòu)與體相的差異；追蹤表面或界面的化學(xué)結(jié)構(gòu)隨工藝處理或工作環(huán)境的變化；確定微缺陷區(qū)域的位置及該區(qū)域與正常化學(xué)結(jié)構(gòu)區(qū)域的差異。并把這些與材料表面的宏觀特性聯(lián)系起來。 《 化工表面工程 》 （ 2） 侯文濤 2 金屬表面的預(yù)處理 ? 表面處理技術(shù)種類繁多，各種表面處理技術(shù)都要求有與之相適應(yīng)的表面預(yù)處理（ PreTreatment of Surface）。 ? 表面處理技術(shù)按是否改變待加工件的原始尺寸可分為表面涂層技術(shù) (Surface Coating Technology)和表面改性技術(shù) (Surface Modification Technology)兩大類。 ? 表面涂層技術(shù)要求涂層與基體有良好的（原子級(jí)別、或機(jī)械結(jié)合、或分子間作用力）結(jié)合。表面預(yù)處理的優(yōu)劣不僅在很大程度上決定了涂層與基體的結(jié)合強(qiáng)度，也往往會(huì)影響鍍層的結(jié)構(gòu)和質(zhì)量，如晶粒度、致密度、組織缺陷、針孔以及平整性等。 ? 金屬工件的原始表面一般覆蓋著氧化層、吸附層及普通沾污物。表面預(yù)處理的主要內(nèi)容就是選擇適當(dāng)?shù)姆椒ㄈコ@些覆蓋物，達(dá)到與欲實(shí)施表面處理技術(shù)所要求的清凈度。 凈化處理 ? 凈化處理的目的是去除基體金屬表面的沾污物，制備潔凈的基體表面。 ? 表面沾污物 ? 可分為有機(jī)物與無機(jī)物兩大類。有機(jī)物主要有動(dòng)植物油和礦物油（石油及其衍生物、機(jī)油、瀝青等）；另外還有防銹劑、切削液等。無機(jī)物主要有金屬鹽、氧化物、研磨料、切削碎屑等。 凈化原理 ? 通過皂化、潤濕、滲透、乳化、分散、增溶、絡(luò)合等作用滌除表面沾污物。 ?（ 1）皂化作用：動(dòng)植物油在堿性條件下可發(fā)生皂化反應(yīng)： ?通過皂化反應(yīng)，原不溶于水的油脂變成可溶于水的金屬皂和脂肪皂。皂化劑為 NaOH，或是能溶于水產(chǎn)生 NaOH的堿性物質(zhì)，如碳酸鈉 Na2CO偏硅酸鈉 Na2SiO磷酸鈉 Na3PO4及硼酸鈉 Na2B4O7等。礦物油即不溶于水又不與 NaOH發(fā)生皂化反應(yīng)，可用其它化學(xué)試劑滌除；但含有表面活性劑時(shí)，也可與 NaOH形成乳濁液而從金屬表面滌除。 ?（ 2）乳化作用：滲透到油污內(nèi)部的凈化劑組分吸附到油脂表面并形成極小的“水包油”型膠粒，失去與金屬表面的附著力，進(jìn)一步分散到水溶液內(nèi)部。 ? 能促進(jìn)乳化作用的物質(zhì)叫乳化劑。常用的乳化劑如：OP 650 6503洗凈劑，三乙醇胺油酸皂， TX10等都是有一種或幾種表面活性物質(zhì)組成的乳化劑。乳化劑中有兩個(gè)相互矛盾的基團(tuán)，一個(gè)是親水的極易溶于水的親水基團(tuán)， 如 OH、 CO、 COOH、 S03H、 SH、 NH2等；另一個(gè)是憎水的，極易溶于油的憎水基團(tuán) (親油基團(tuán) )，如碳?xì)滏湣? ? 除油時(shí)，乳化劑吸附在油和水的界面上，它們的憎水基團(tuán)與零件表面的油發(fā)生親和作用；親水基團(tuán)則與除油的水溶液發(fā)生親和作用；兩種基團(tuán)作用的結(jié)果使油污和零件間的引力逐漸減弱，在溫度引起的分子熱運(yùn)動(dòng)和攪拌作用下，零件上的油膜很容易變成分散的、極細(xì)的小油珠，并自動(dòng)從零件表面脫落，進(jìn)入溶液中成為乳濁液。吸附在小油珠表面的表面活性劑，不僅能防止小油珠合并成大油珠，而且能防止小油珠再吸附到零件上去，因此除油效果顯著。其缺點(diǎn)是：有些表面活性劑如 OP一 10不易從工件表面洗凈，可能影響后面的鍍覆層的質(zhì)量。為此，乳化除油后應(yīng)加強(qiáng)清洗。 ?（ 3）潤濕作用和滲透作用：凈化劑組分通過對(duì)表面油污的潤濕并滲透到油污內(nèi)部，使之松散，表面張力和粘滯力降低，從而易于從金屬表面分離。 ?（ 4）溶解作用：也就是溶劑與溶質(zhì)之間發(fā)生的分子溶劑化過程。根據(jù)“相似互溶”原理選擇溶劑。 ?（ 5）絡(luò)合作用：凈化劑中的絡(luò)合劑組分可通過①與油污中的緩蝕劑或水中的硬離子絡(luò)合，防止生成不溶性的產(chǎn)物覆蓋在金屬表面；②與金屬表面發(fā)生絡(luò)合，使表面金屬溶解連同上面的油污一起脫離金屬表面而進(jìn)入水溶液中。 ? （ 6）增強(qiáng)作用：在凈化劑的使用過程中，借助機(jī)械、物理或電化學(xué)方法來加強(qiáng)凈化作用。 ? ① 攪拌的作用：攪拌、沖刷、噴射、滾動(dòng)、振動(dòng)或摩擦，可促使表面污染物更快地從表面脫離； ? ② 溫度的作用； ? ③ 電解法也即電化學(xué)法：一是使油污粒子帶同種電荷而相互排斥，油污與金屬表面的界面張力下降；二是通過產(chǎn)生的氣泡（陰極法析氫，陽極法析氧）使油污從金屬表面剝離。通過陰極析氫或陽極析氧所產(chǎn)生的氣泡使油膜脫離過程得到強(qiáng)化。超聲波通過空穴作用形成氣泡，隨之在氣泡破裂的瞬間產(chǎn)生沖擊波而強(qiáng)力沖刷表面玷污物。 凈化劑 ?工業(yè)用凈化劑分四大類： ? ①堿洗液； ②有機(jī)溶劑； ③乳化液； ④水基清洗劑。 ?凈化劑選擇的參考因素： ? ① 化學(xué)凈化能力； ? ② 理化性能； ? ③ 材料適應(yīng)性； ? ④ 工藝相容性； ? ⑤ 綜合應(yīng)用性能。 ? （ 1）有機(jī)溶劑 通過滲透和溶解作用滌除油污，常用有機(jī)溶劑有原油分餾物和鹵代烴兩類。 ? （ 2）乳化液 在有機(jī)溶劑如汽油中添加約 10％體積濃度的乳化劑和 10～ 100倍的水而成的溶液即乳化劑，對(duì)去除參雜固體顆粒的油污尤為有效；原油分餾物（汽油）與含分散劑的堿洗液混合形成的雙相清洗劑（半乳濁液）的綜合清洗效果好于乳化液。 ? （ 3）水基清洗劑 主要由有機(jī)表面活性劑、助洗劑、皂化劑、緩蝕劑及絡(luò)合劑組成。有機(jī)表面活性劑分為離子型有機(jī)表面活性劑（陰離子型、陽離子型、兩性型）和非離子型有機(jī)表面活性劑。有機(jī)表面活性劑主要通過潤濕、滲透、乳化、分散、增溶等作用進(jìn)行脫脂。 ? （ 4）堿洗液 以氫氧化鈉為主要成分，分化學(xué)除油（利用氫氧化鈉的皂化作用滌除動(dòng)植物油，借助硅酸鈉或表面活性劑的乳化作用滌除礦物油）和電化學(xué)除油，其優(yōu)點(diǎn)是，對(duì)工業(yè)上普通玷污物的洗凈范圍較寬，其凈化處理后可得到親水表面，故特別適合做濕式鍍膜技術(shù)如電鍍、化學(xué)鍍及表面轉(zhuǎn)化處理前的除油工藝；成本低，但堿洗對(duì)金屬材料有腐蝕性，清洗時(shí)間較長，通常需要加熱操作，廢液需處理才能排放。 ? 常用堿洗液的配方見表 2－ 1。 表 21 常用金屬堿洗工藝規(guī)范 組分 g/L 鋼鐵 銅材 鋁材 鋅材 錫材 氫氧化鈉， NaOH 20 10～ 15 碳酸鈉， Na2CO3 30～ 40 10～ 20 15～ 20 15～ 30 磷酸鈉， Na2PO4?12H2O 40～ 60 10～ 20 15～ 30 硅酸鈉， Na2SiO3 20～ 30 10～ 20 10～ 20 20～ 30 碳酸氫鈉， NaHCO3 5～ 10 焦磷酸鈉， Na4P2O7?10H2O 10～ 15 表面活性劑 1～ 2 2～ 3 1～ 2 1～ 3 pH 10 10 t ℃ 70～ 90 70～ 80 50～ 70 60～ 80 70～ 80 ? 凈化方法 ? 常用凈化方法有擦拭法、浸漬法、噴淋法、蒸汽法、電解法、超聲波法、烘烤法及滾筒法等，見表 22。 ? 表 22 各種凈化方法的特點(diǎn)及適用范圍 凈化方法 特點(diǎn) 適用范圍 擦拭法 操作靈活、無形狀及尺寸限制、效率低 單件、中大型件局部凈化 浸漬法 通用；快但不徹底；無形狀及尺寸限制 批量凈化 噴林法 凈化效果好，效率高 批量凈化 蒸汽法 專用設(shè)備；工序復(fù)雜；凈化效果好 批量凈化 電解法 直流電源，時(shí)間短，凈化質(zhì)量高，氫損傷 精除油 超聲波法 超聲設(shè)備，除油徹底 精除油 烘烤法 需火源或烘箱，操作簡便但效率低 噴涂等工藝的前處理 滾筒法 滾筒設(shè)備，除油效果好，效率高 批量小零件 ? 常用的凈化度檢驗(yàn)方法 : ? （ 1）擦拭法 —— 用潔凈柔軟的白紙或白布擦拭表面，可直觀地判別凈化概況。此法簡捷，但不適于要求凈化度高的場(chǎng)合。 ? （ 2）水滴法 —— 使水珠滴落表面，凈化良好的表面上水珠攤開呈膜狀，潤濕情況好；凈化不良表面水珠呈球狀，稍將表面傾斜即滾落，潤濕情況不良?？捎媒佑|角測(cè)量儀測(cè)量表面上水滴接觸角，接觸角越小則凈化程度越高。 ? （ 3）掛水法 —— 將試件放入水中提起，或向其表面澆水使水全部覆蓋表面，若水膜呈連續(xù)分布狀態(tài)，則說明凈化不良。此法適于判斷厚油膜情況。 ? （ 4）噴霧法 向待測(cè)表面噴射水霧并觀察掛水狀態(tài)。在水中加入可溶顏料更有助于判別。 ? （ 5）鍍覆法 —— 鋼鐵件可浸入濃度為 10～ 20 g/L。的硫酸銅稀溶液中 ,利用置換原理進(jìn)行判別。油污覆蓋部分無銅析出。也可在光亮鎳鍍液中以 Dk=1A/dm2條件電鍍 30s后觀察，除油不良處光澤不好，并可浮現(xiàn)拋光殘?jiān)蛑讣y類缺陷。鍍覆法常用于分析采用凈化方法的效果，或成批凈化工藝中的抽檢。 ? （ 6）熒光法 —— 在油污中加入熒光染料，凈化處理后用紫外燈照射作熒光觀察，判別是否殘留油脂，可作凈化工藝分析。將熒光顏料溶液用噴霧法噴灑于凈化處理過的表面，所用染料應(yīng)能吸附于油污，通過熒光觀察可作凈化度鑒別。使用熒光分光光度計(jì)還可作定量分析。 ? （ 7）放射線法 —— 將含有放射性同位素 (如 C1 S55)的油污涂敷表面，然后用蓋格 彌勒計(jì)數(shù)管測(cè)量凈化處理后表面殘留物的放射能。此法可用于凈化工藝研究。 除銹處理 ? 除銹的方法有很多種，常用化學(xué)方法和機(jī)械法。 ? 化學(xué)除銹采用侵蝕劑進(jìn)行，為強(qiáng)化侵蝕過程，還可通以電流加強(qiáng)刻蝕作用，則稱為電解除銹。 ? 機(jī)械法包括噴砂、切削、刷除或打磨。有時(shí)根據(jù)工件特點(diǎn)還才用火焰烘燒法或滾筒法除銹，后者適用于小零件成批除銹。 酸洗法除銹 ?酸洗液為無機(jī)酸 +緩蝕劑。 ?（ 1）浸蝕劑種類及特點(diǎn) 主要是無機(jī)酸，見表 23。 ? 表 2－ 3 浸蝕劑種類及特點(diǎn) 無機(jī)酸 工藝條件 特點(diǎn) 硫酸 25％左右， 50～ 60℃ 對(duì)鋼鐵件及銅件除銹效果為佳，加緩蝕劑 鹽酸 20～ 80％，室溫 對(duì)氧化物起溶解作用，而對(duì)鋼鐵基體作用不大 硝酸 30％左右，室溫 光亮浸蝕，常與氫氟酸配合使用去除氧化皮 氫氟酸 30％體積濃度，室溫 可溶解含硅的化合物，對(duì)鉻、鋁的氧化物溶解性強(qiáng)，但易揮發(fā)，有劇毒。 磷酸 光亮浸蝕，或鋼鐵焊件涂裝前的除銹 ? （ 2）緩蝕劑種類及特點(diǎn) 常用的緩蝕劑為含氮、氧、硫等的有機(jī)化合物，如若丁、硫脲、硫醇、烏洛托品（六亞甲基四胺）等。 ? （ 3）酸洗工藝 常用工藝規(guī)范見表 2－ 4。 表 24 常用金屬酸洗規(guī)范 組分 鋼鐵 銅及銅合金 鋅及鋅合金