金属加工前处理——除锈工艺

前处理——除锈工艺

一、什么是除锈(酸洗)

钢材在高温加工及常温放置下,表面都会由于氧化而产生氧化皮或呈现锈蚀,在对其进行冷轧、冷拔或涂镀等加工前,需要将这些氧化物清除干净,以保证加工的质量与效果。

二、不除锈的影响

在前处理已经生锈，部分锈蚀会在涂装（电泳）后得到放大，形成（电泳）漆膜的凸起或斜纹，打磨后能发现板材上的锈迹，只能继续对底板进行打磨后点补防锈漆，因为将电泳漆膜完全破坏，整体防锈能力将受到很大影响。

三、板材生锈的情形

1.冷轧板的锈蚀

板材出现明显的黄褐色锈迹时锈蚀已非常严重，应最大限度地避免应用此类板材，如果因车身放置时间较长且局部防护不当导致锈蚀时可通过充分打磨去除锈迹后再进行涂装。

不容易处理的板材锈蚀问题主要是在涂装前处理之前锈迹并不容易发现，只有通过放大镜才能发现红色的点状锈蚀。这类锈蚀有时在脱脂水洗后就能看到，但多数要到磷化后才能看到明显的“白点”，通过对“白点”部位磷化膜的元素分析可知铁元素含量极高，磷化膜极薄甚至无磷化膜生成。推测其原理为磷化过程中发生了对板材的酸洗除锈过程，只有在除锈完成后才开始生产磷化膜，因此磷化膜极薄甚至无磷化膜，磷化后与周围灰色的磷化膜相比目视为可见的“白点”。“白点”部位电泳后易发生点状凸起，打磨后用放大镜观察亦可见红色的点状锈蚀。此类问题因锈点不易发现且锈点数量较多，即使电泳后也很容易复发，因此处理措施建议为更换整批板材，避免造成更大的质量影响。

2.镀锌板的锈蚀

镀锌板由于镀锌层的存在很少会发生锈蚀问题，但锌本身为活泼金属，易生成多孔的、胶黏状的氢氧化锌腐蚀物，但继续与空气中二氧化碳反应会生成致密的碱式碳酸锌，可以阻止镀锌层进一步腐蚀。实际应用中由于镀锌层的紧密堆积，空气流通不畅，在环境潮湿或镀锌板间有水分时镀锌层会发生电化学反应,腐蚀生成碱式氧化锌,反应持续进行直至镀

锌层腐蚀完毕。也有由于冲焊后的打磨将镀锌层局部点状打磨掉,但在涂装前处理前也不易发现，磷化后有时会呈点状，严重时在电泳后亦呈现点状无电泳漆膜的严重质量问题。此种问题通过调整脱脂槽液成分会有一定效果，但如果对问题部位通过放大镜能发现局部已无镀锌层时仍建议更换镀锌板(如图1放大照片，已有红锈),防止问题扩大化。

3.脱脂后水洗生锈

脱脂后的车身表面非常洁净,金属表面能很高,在离开水洗槽后无防护的情况下接

触前处理的潮湿空气，几十秒内就会发生点状锈蚀。

在脱脂后水洗具有一定的碱污染度时以及加入磷化促进剂时车身会有一定的防锈能力,可避免锈蚀的发生。同时，也有将水洗后沥液时间减短或将水洗后新鲜水喷淋改为水洗槽液喷淋以防止车身表面过于“干净”而生锈,但要与车身沥液状态相结合(正常沥液时间在1min左右),防止污染表调,使表调槽液加速失效,造成药剂浪费和其他问题的发生。脱脂剂选用时也要注意防锈成分和效果的比较,如实验室条件下模拟脱脂和水洗过程后试板在空气中放置5min,目视无锈蚀发生。

4.表调磷化生锈

表调老化失效、磷化游离酸过高或氟离子浓度过高等均有可能导致生锈问题，只需使槽液参数在工艺范围内保持稳定，即加强日常管理就能够避免此类问题的发生。

较难处理的是类似电泳气室的磷化锈蚀现象,一般在车身顶部及多层板材搭接部位较易发生。原因即磷化的酸性腐蚀气体与车身接触时间较长，不能及时与磷化槽液接触形成磷化膜所致，磷化处生锈时间最短仅需十几s,时间越长锈蚀越严重(有泡槽事故时可观察到明显的变化过程)。

通过调整槽液参数如提高表调效果、适当降低磷化游离酸度可减轻锈蚀程度。加强磷化工位的通风效果以及提高磷化槽液表面流速对减轻和消除锈蚀问题也有较好的效果。但最根本的解决措施为改变输送方式或改变车身结构，减少车身与腐蚀气体的接触时间。

车身多层板间的锈蚀在车身拆解时可发现，经试验验证，与电泳防屏蔽道理相似，适当增加板材间隙(如3mm以上)以加强槽液流动减少腐蚀气体接触时间快速形成磷化膜以及在适当的间距开孔(如200mm)以加强排气效果均可以有效解决锈蚀问题。如受车身强度影响不能进行调整时则只能采用镀锌板等提高防腐蚀效果。

四、除锈工艺流程

金属表面除锈方法有：手工处理、机械处理、化学处理和火焰处理四种。

1．手工处理

手工处理主要用铲刀、钢丝刷、砂布、断钢锯条等工具，靠手工敲、铲、刮、刷、砂的方法来达到清除铁锈，这是漆工传统的除锈方法，也是最简便的方法，没有任何环境及施工条件限制，但由于效率及效果太差，只能适用小范围的除锈处理。

2．机械除锈法

机械除锈法主要是利用一些喷砂、喷丸、电动、风动工具来达到清除铁锈的目的。常用电动工具如电动刷、电动砂轮；风动工具如风动刷。电动刷和风动刷是利用特制圆形钢丝刷的转动，靠冲击和摩擦把铁锈或氧化皮清除干净，特别对表面铁锈，效果较好，但对较深锈斑很难除去。电动砂轮实际是手提砂轮机，可以在手中随意移动，利用砂轮的高速旋转除去铁锈，效果较好，特别对较深的锈斑，其工作效率高，施工质量也较好，使用方便，是一种较理想的除锈工具。但在操作中须注意，不要把金属表皮打穿。

3．火焰处理法

火焰处理法是利用气焊枪对少量手工难以清除的较深的锈蚀斑，进行烧红，让高温使铁锈的氧化物改变化学成份而达到除锈目的。使用此法，须注意不要让金属表面烧穿，以及防止大面积表面产生受热变形。

4．化学处理法

化学处理法实际是酸洗除锈法，利用酸性溶液与金属氧化物(铁锈)发生化学反应，生成盐类，而脱离金属表面。常用的酸性溶液有：硫酸、盐酸、硝酸、磷酸。操作中将酸性溶液涂于金属铁锈部位让其慢慢与铁锈发生化学反应而去掉。铁锈去除后应用清水冲洗，并用弱碱溶液进行中和反应，再用清水冲洗后揩干、烘干，以防很快生锈。

五、酸洗原理

（1）溶解作用:即钢材表面氧化皮中各种铁的氧化物与酸发生化学反应,生成溶于水的铁盐,把氧化物从钢材表面除去。

（2）机械剥离作用:酸溶液渗透接触钢铁基体后,与铁发生作用产生大量的氢气,氢气产生的膨胀压力将氧化皮从钢材表面上剥离下来。

（3）还原作用:金属铁与酸反应时,首先产生氢原子,一部分氢原子靠其化学活泼性及很强的还原能力,将高价铁的氧化物和高价铁盐还原成低价铁氧化物和低价铁盐,溶于酸溶液中。

六、酸洗工艺流程与影响酸洗因素

酸洗工艺有浸渍与喷淋两种,以浸渍为主。工艺流程:脱脂※水洗※水洗※酸洗※水洗※中和※水洗※下工序。

（1）单酸工艺各种常用酸的酸洗工艺见表1。

（2）混酸工艺两种或两种以上的酸混合使用的除锈工艺。双酸有:硫酸+盐酸、硫酸+硝酸、硫酸+氢氟酸、硝酸+氢氟酸、盐酸+硝酸、磷酸+铬酸等。多酸应用主要是硫酸+硝酸+盐酸(或食盐)体系。

影响钢材酸洗质量的因素不仅仅与酸洗工艺的设计与控制相关,还与酸洗前钢材表面的脱脂、破鳞质量及酸洗后钢材表面的防护相关。

（1）酸洗前处理主要是脱脂处理,钢材表面普遍存在油渍等污垢,严重影响酸洗质量,因此需要严格操作工艺,保证除油彻底。

（2）酸洗过程控制评定酸洗质量的参数主要有:钢材表面除锈质量、酸洗速度及材料消耗。要根据钢材的种类及后续加工要求选择酸的品种,进而设计相应的操作工艺。影响酸洗质量的工艺参数主要是酸的品种、酸的浓度、槽液温度及槽液中Fe2+浓度。

表面质量的控制:

（1）采用硫酸为主的酸液除锈,钢材表面易存在铁盐残渣,使酸洗过的表面很快生锈,时间较长时还会变成不易溶于水的正铁盐,电镀或热浸镀时还导致局部漏镀的缺陷。

（2）采用盐酸酸洗,表面清洁光亮,很少存在残渣。因此采用硫酸除锈后,工艺需要的话还要采用盐酸浸洗一下,保证钢材表面的酸洗质量(如热浸镀酸洗工艺)

酸洗速度的控制:在通常情况下,提高酸液浓度或温度均能提高酸洗速度。当酸浓度从2%增大到25%时,盐酸酸洗的速度增加近10倍,硫酸增加1倍;当