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表面处理工序.doc

表面处理工序

张佳芳
2019-06-16 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《表面处理工序doc》,可适用于工程科技领域

表面处理工艺概述前处理工艺篇 在对材料或制品进行表面处理之前应有前处理或预处理工序以使材料或制品的表面达到可以赐与表面处理的状态。前处理的质量好坏是能否获得优质表面处理效果的重要环节。实践证实经过表面处理获得的镀层、涂层或化学处理膜有时会出现防蚀性差、结协力低、耐用寿命短、表面不平滑光亮、起泡或剥落等现象这经常是由于前处理不当而造成的后果。因此在表面处理前必须有保证质量的前处理工序。从通用材料或一般制品使用的材质来看前处理可分为金属表面的前处理、塑料表面的前处理和木材表面的前处理等。一、金属制品的表眼前处理金属制品的材料品种繁多它们的原始表面状态各不相同而且不同的表面处理对其前处理的要求也不一样因此金属制品表面的前处理工艺和方法很多。其中主要包括有金属表面的机械处理、化学处理和电化学处理等。由于机械处理方法在概述中已有先容因此本节仅讨论玄色金属的一般化学处理和电化学处理以及铝和铝合金制品的化学处理等。化学处理的作用主要是清理制品表面的油污、锈蚀及氧化皮等。其中包括制品在有机溶剂和无机试剂中的除油在适当的化学试剂中的化学强浸蚀和化学弱浸蚀。电化学处理则主要用以强化学除油和浸蚀的过程有时也可用于弱浸蚀时活化金属制品的表面状态。.玄色金属制品的除油由于金属制品在机械加工和中间过程防锈的需要一般其表面上都黏附或涂有各种压延油、切削油、抛光膏和防锈油等油脂性物质在进行各种表面处理之前应将这些油污清洗干净以免影响表面处理的效果。油污按其性质可分为皂化油和非皂化油两类。皂化油是来源于动植物的油脂能与碱液起化学反应天生皂非皂化油是不与碱液起化学反应的矿物油脂如凡士林、润滑油和石蜡等。两类油脂都不溶解于水因此无法直接用水把它们清洗干净一般是采用有机溶剂处理、碱液处理或电化学处理的方法除油或脱脂。()有机溶剂除油。使用有机溶剂除油可同时除往皂化油和非皂化油。对于溶剂要求其溶解力强不易燃易爆毒性小挥发较慢且价格低廉。实际上使用的有机溶剂很难全面满足上述要求。生产中常用的有机溶剂有汽油、溶剂汽油、松节油、甲苯、二甲苯、二氯乙烷、三氯乙烯、四氯乙烯等。其中应用较广的是氯化烃它的优点是溶解力强不易燃易爆缺点是有毒本钱高在有水存在下能分解出氯化氢有腐蚀作用在使用时要留意防潮防湿。用有机溶剂除油最简单的方法是用棉纱蘸有机溶剂对金属表面进行擦洗(适用于大型工件)。也可将制品浸进盛有有机溶剂的槽中通过浸渍来除油这种方法可在专用的脱脂机中进行。在脱脂机内放有若干个槽子分别都装有有机溶剂用机械传送的方式使工件依次浸进其中脱脂。在脱脂机中脱脂溶剂多用三氯乙烯由于它在低温时具有很强的脱脂能力并且能随温度的升高使脱脂能力剧增。另外由于它的沸点低已含有大量油污的三氯乙烯可通过分馏提纯后重新被利用使脱脂处理的本钱降低。石油溶剂中最常用的是号溶剂汽油一般用浸洗或擦洗的方法脱脂。使用有机溶剂脱脂在溶剂挥发后制品表面往往还留有一薄层油膜所以还要把工件浸进碱液中作补充处理。用有机溶剂除油的优点是效率高。在使用脱脂机的情况下溶剂消耗少因而本钱并不高。若不使用脱脂机则溶剂消耗大本钱增加且易燃并有毒。由于有机溶剂除油有这些缺点在不使用脱脂机的情况下应尽量不用有机溶剂的方法除油。()碱液除油。碱液除油是由碱液的皂化和乳化作用来完成的皂化可除往制品表面的动植物油乳化可除往制品表面的矿物油。由于碱液本身的乳化作用较弱乳化除油的时间较长因经常在碱液中加进各种乳化剂如肥皂、水玻璃、OP乳化剂等用以进步乳化除油的效率。当碱液除油的配方和工艺条件选择适当时皂化油和非皂化油都可顺利地从制品表面清洗干净。碱液除油时碱的浓度不宜偏高由于浓度偏高会使肥皂的溶解度和乳液的稳定性下降一般用的苛性钠溶液较适宜。碱液除油的配方包括以下组分:氢氧化钠、碳酸钠、磷酸三钠、水玻璃和肥皂等其中氢氧化钠起皂化作用碳酸钠和磷酸三钠维持溶液一定的碱度水玻璃和肥皂主要起乳化作用。鉴别金属表面油污除净与否可视表面被水润湿的情况而定。当金属表面油污被除净时则有一层连续的水膜存在否则水将聚集成滴状。目前金属表眼前处理除油工艺中普遍使用的方法是碱性溶液化学除油。生产实践证实采用这种除油方法是公道的固然应用这一除油工艺在时间上要比用有机溶剂除油长一些但无毒和不易燃却是它的一大优点其所用的生产设备较简单且经济。()电化学除油。电化学除油是将制品放在碱性溶液中作为阴极或阳极而进行电解除油。一般采用的方法是阴极除油或先在阴极上除油尔后再在阳极上除油。所用除油的碱液含有氢氧化钠、碳酸钠、磷酸钠及硅酸钠等组分。电化学除油的第二电极最好用镀镍钢板或镍板。在阴极除油时如用铁板作阳极铁会出现溶解而脏污溶液并在阴极上产生沉积物。电化学除油的原理是:阴极上析出的氢气或阳极上析出的氧气对金属表面的溶液产生搅动作用促进油污脱离金属表面同时金属表面的溶液不断更新加速了皂化和乳化作用。电极上析出的气体把附着于表面的油膜薄层破坏。小气泡从油滴四周的电极上脱离而滞留于油滴的表面上并停留在油与溶液的界面上。由于新的气泡不断析出小气泡逐渐变大使油滴在气泡的影响下脱离金属表面而被气泡带到溶液表面上来。因此电化学除油比碱液除油的效果要好。电化学除油时进步溶液的温度和进步电流密度都能进步除油的效果。阴极除油的缺点是阴极上析出的氢气会渗到金属内部而引起金属变脆。因此对于硬质高碳钢制件如弹簧、弹性薄片等可利用阳极除油但阳极除油速度比阴极除油慢。这是由于:①阳极四周的碱度较低减弱了皂化作用②阳极上析出的氧气较少③由于氧气泡较大滞留于液滴表面上的能力小对油滴的作用弱于氢气泡的作用。根据阳极除油和阴极除油的特点在生产上可采用先在阴极上除油然后再在阳极上除油。在这种情况下渗透表面的氢几乎在很短的时间内就能完全除往而恢复制品的弹性。.玄色金属制品的浸蚀钢铁制品与大气长期接触或进行热处理时其表面会覆盖上一层锈蚀物或玄色氧化皮其化学组成是各种铁的氧化物。在进行各种表面处理时必须预先除往这些氧化物。其方法有手工除锈、机械除锈和喷砂除锈等而最通用的方法是采用各种酸类试剂处理来除锈。这种处理的实质是通过酸类对锈蚀物的溶解作用以及在处理过程中酸类与金属基体反应产生的氢气对锈蚀物的机械剥离作用而从金属表面将锈蚀物清洗干净。用酸类清除表面大量氧化物的过程称为强浸蚀或称为酸洗清除表面上肉眼不易觉察的薄氧化膜的过程称为弱浸蚀。有时在浸蚀过程中也通以电流则称为电化学浸蚀电化学浸蚀既用于强浸蚀也用于弱浸蚀弱浸蚀一般是在强浸蚀后进进电镀槽之前进行的该工序之后就不答应金属制品在大气中停留太久特别是金属制品表面不应处于干燥状态。为保证浸蚀过程顺利进行在浸蚀之前须先行除油否则酸与金属氧化物不能充分接触会使化学溶解反应受到抑制。()化学强浸蚀。在玄色金属强浸蚀中常用的酸有硫酸、盐酸或两者按一定比例混合的“混酸”。根据钢铁制品表面氧化物的组成和结构当金属制品表面只带有疏松的锈蚀物时(其中主要是FeO)可单独用盐酸来浸蚀由于盐酸对制品的浸蚀速度快基体溶解少渗氢程度也小些当金属制品表面为紧密的氧化皮时使用硫酸浸蚀比单独用盐酸时的酸耗量要小些本钱也低这是由于硫酸浸蚀时的机械剥离作用要比盐酸的强当金属表面的锈和氧化皮含高价铁的氧化物多时可采用混合酸进行浸蚀这样既可发挥氢对氧化皮的撕裂作用又可加速FeO和FeO的化学溶解加速洗净表面锈蚀物。影响强化学浸蚀效果的因素很多其中主要是浓度、浸蚀温度等对于清洗效果的影响。实践证实对应于最大浸蚀速度有一个最适宜的硫酸浓度此值约为%(重量)。为了减少铁基体的损失生产中一般使用的浓度为%。就盐酸而言固然随着浓度增高浸蚀速度一直增加但实验结果表明当盐酸的浓度在%以上时基体的溶解速度比氧化物的溶解速度的增加要快得多因此生产中很少使用浓盐酸。为了避免盐酸挥发损失减少氯化氢毒气的析出量盐酸浓度应控制在%以下。当使用混酸时多采用含%HSO和%HCl的混合液这个比例可根据情况适当调整。温度对化学浸蚀速度也有较大影响温度升高浸蚀速度大幅度增加。为了减少基体金属的损耗防止酸雾的逸出并延长设备的使用寿命一般都不采用高温浸蚀。当采用硫酸浸蚀时温度最高不超过℃。当采用盐酸或混酸浸蚀时温度一般不超过℃。在%的上述酸液中进行浸蚀随着使用时间的延长浸蚀溶液的效力将逐渐降低。这是由于酸液中酸的浓度减小和溶解了的铁的浓度增高的缘故。当溶液中剩余酸的浓度为%以及铁的含量达gL时浸蚀液应予以更换。为了减轻浸蚀过程中基体金属的溶解确保金属制品的几何尺寸和减少渗氢现象在浸蚀液中应加进缓蚀剂。如在硫酸溶液中加进磷二甲苯硫脲和在盐酸溶液中加进乌洛托品其缓蚀效果都不错。()电化学强浸蚀。玄色金属的电化学强浸蚀是借助于直流电进行的。金属制品可以在阳极上处理也可以在阴极上处理。清除锈蚀物的处理效果主要视金属表面上锈蚀物的组织和种类而定。对具有厚而平整的致密氧化皮的工件直接用电化学强浸蚀其效果是不理想的最好先经过硫酸溶液化学强浸蚀待氧化皮疏松之后再进行电化学处理。当氧化物是多孔且疏松时电化学浸蚀的效率是很高的。其优点是浸蚀速度快酸液消耗少且制件使用寿命长其缺点是耗费电能。目前在大量生产中多采用阳极浸蚀。对于外形较复杂而几何尺寸要求严格的制件为了防止阳极浸蚀轻易出现的过浸蚀缺陷则可采用联合电化学浸蚀即先用阴极进行浸蚀而后转为阳极浸蚀。阳极浸蚀可除往阴极浸蚀附着于制件表面的污物。这种联合工艺的另一优点是可以减轻渗氢现象。玄色金属阳极浸蚀时常用的电解液是%HSO溶液阳极电流密度为Adm操纵多在室温下进行。()弱浸蚀。弱浸蚀是金属制品进行电镀前的最后一道预处理工序。其目的是除往制品表面上极薄的一层氧化膜使表面呈现出金属的晶体组织实在质是金属表面活化的过程。这个常被人们忽视的操纵工序对基体金属与镀层间的良好结合起着极为重要的作用。通常在金属制品经过弱浸蚀后应立即予以清洗并转进镀槽中电镀。所以电镀总是在经过除油和弱浸蚀后才进行的。弱浸蚀处理的特点是浸蚀介质的浓度低处理时间短并多在室温下进行。对于玄色金属的弱浸蚀可用化学法也可用电化学法。采用化学法时多使用含%HSO或HCl的稀溶液浸蚀分钟。采用电化学法弱浸蚀时多用阳极处理使用%稀硫酸溶液阳极电流密度为Adm。.铝及铝合金制品的除油铝是两性金属既能溶于酸也能溶于碱。它在强碱性溶液中会遭到剧烈浸蚀而天生铝酸盐因此对这类金属制品的除油不采用强碱性溶液。通常根据其表面黏附油污的程度可采用不同的除油工艺。若表面油污严重应先选用有机溶剂除油然后再用碱性盐溶液化学除油。若表面油污较少时可直接选用含少量苛性碱的除油液或用碱性盐溶液处理。有机溶剂除油常用三氯乙烯或三氯乙烯与四氯乙烯的混合有机溶剂。如无这种高效能有机溶剂且制品表面又黏附大量油污时也可采用乳化除油法。这种方法是把除油能力低的有机溶剂如煤油、二甲苯等与乳化剂以及如弱碱性肥皂或三乙醇胺与油酸等形成的皂类进行必要的组合使油污在有机溶剂溶解和乳化的双重作用下被清洗。.铝及其铝合金制品的浸蚀轻金属制品的浸蚀可以用酸液也可以用碱液。在碱溶液中浸蚀的工艺是广泛采用的方法此法浸蚀速度较快在表面油污较少时甚至可以不经过除油而直接进行碱液浸蚀。浸蚀一般在℃℃下于的苛性钠溶液中进行浸蚀时间约为两分钟其作用是由于氢的强烈析出而促使非溶性污物离开金属表面。.玄色金属制品的磷化玄色金属表面通过化学反应天生一层非金属的、不导电的、多孔的磷酸盐膜的处理过程称为磷化或磷化处理形成的磷酸盐膜称为转化膜。磷化处理广泛用于金属加工成形以及防锈封存等工序中其中作为涂层被覆表面处理的基底或前处理应用最为普遍。磷化膜具有多孔性涂料可渗透到这些孔隙中因而能明显地进步涂层的附着力。此外磷化膜又能使金属表面由优良导体转变为不良导体从而抑制了金属表面微电池的形成有效地阻碍了金属的腐蚀可成倍地进步涂层的耐蚀性和耐水性所以磷化膜已被公以为涂层被覆最好的基底。对薄板金属制品的涂层被覆要求在被覆前地进行磷化处理。按形成磷化处理剂的组成可分为以铁盐为主的磷化处理以锌盐为主的磷化处理及以锰盐为主的磷化处理。作为涂层被覆表面处理的前处理最广泛应用的是用锌盐为主的磷化处理这种处理速度快形成的磷化膜厚度适当(μm)是涂层被覆的良好基底。锌盐磷化处理剂的主要组分是磷酸二氢锌(可用氧化锌与磷酸配制)、氧化剂(常用硝酸盐)、催化剂(常用亚硝酸钠、氯酸钠和过氧化氢等强氧化剂)和一些添加剂(如三聚磷酸钠、氟化钠等)。以下列举两种磷化液的配方及工艺规范供参考。配方一氧化锌产业用纯度%以上g磷酸产业用含量%ml硝酸产业用含量%ml碳酸钠产业用g自来水ml此配方所制得的浓磷化液总酸度接近点总酸度与游离酸度之比为∶∶。将此浓磷化液稀释至磷化工艺所规定的总酸度(喷射法采用点)另外补充添加亚硝酸钠gL在℃℃下喷射处理l分钟即可在除油和酸洗后的洁净的钢铁表面上获得结晶细致的磷化膜磷化膜重量为gm。配方二磷酸二氢锌产业用gL硝酸钠产业用gL硝酸锌产业用gL磷化处理时应添加亚硝酸钠gL及三聚磷酸钠gL。这种磷化液的总酸度为点总酸度与游离酸之比为∶∶磷化温度为℃±℃喷射磷化处理需分钟磷化膜重量为gm适用于钢铁表面的喷射磷化处理。上述有机溶剂除油、碱液除油、电化学除油、化学强浸蚀中电化学强浸蚀和弱浸蚀属于镀层被覆表面处理的前处理碱液除油、化学强浸蚀和磷化处理属于涂层被覆表面处理的前处理铝及铝合金的除油和浸蚀属于表面改质处理的前处理 

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