表面处理基础知识

表面处理基础知识

钢材及其零件在储运过程中要用防锈油脂保护，一般金属在加工时要用到拉延油，零件在切削加工时要接触乳化液，热处理时可能接触冷却油，零件上还经常有操作者手上的油迹和汗迹，零件上的油脂还总是和灰尘等杂质掺和在一起的。零件上的油脂不仅阻碍了磷化膜的形成，而且在磷化后进行涂装时会影响涂层的结合力、干燥性能、装饰性能和耐蚀性。

要去除金属表面的油脂，首先就要了解油脂的有关性质：

1 油污的性质和组成

在选择脱脂方法和脱脂剂时，首先要了解金属表面所带的油污的性质和组成，只有这样，才能进行正确的选择，达到满意去油效果。

1.1 油污的组成

(1)矿物油、凡士林：它们是防锈油、防锈脂、润滑油、润滑脂及乳化液的主要成分。

（2）皂类动植物油脂、脂肪酸等：它们是拉延油的主要成分。

（3）防锈添加剂它们是防锈油和防锈脂的主要成分。

此外，金属屑、灰尘及汗渍等污物也会混杂在上述的油污中。

1.2 油污的性质

（1）化学性质：根据油污能否与脱脂剂发生化学反应而分为可皂化油污和不可皂化油污。

植物油脂和动物油脂是可皂化的，它们可以依靠皂化、乳化和溶解的作用脱除。矿物油和凡士林是不可皂化的，它们只能依靠乳化或溶解的作用来脱除。

（2）物理性质：根据油污黏度或滴落点的不同，其形态有液体和半固体。黏度越大或滴落点越高，清洗越困难。根据油污对基体金属的吸附作用，可分为极性油污和非极性油污。极性油污，如含有脂肪酸和极性添加剂的油污，有强烈的吸附在基体金属上的倾向，清洗较困难，要靠化学作用或较强的机械作用力来脱除。

此外，某些油污，如含有不饱和脂肪酸的拉延油，长期存放后，氧化聚集形成薄膜，含有固体粉料的拉延油，细微的粉料吸附在基体金属表面上，还有当油污和金属腐蚀物等混合在一起，都会极大的增加清洗的难度。

2 脱脂方法及材料

脱脂是依靠脱脂剂对污物的溶解作用，皂化作用，依靠表面活性剂对污物的润湿、渗透、分散等物理作用等等，使污物成为可溶解的或可分散的。但还必须使污物离开金属表面，而让新的清洗剂占据表面，这样金属表面才能达到清洁。因固体表面有相对稳定的液膜，溶解后的污物自动离开金属表面以及表面上清洗剂的更新等都不是很容易的。这就要求加以搅拌（循环）、等方式，以完成清洗过程或提高清洗效果等。

2.1 清洗的方式有：

（1）机械搅拌。在液体中加以机械搅拌，使固体表面之液膜减薄。搅拌越强，液膜越薄，但其作用有一定限度。

（2）擦洗。

（3）加温清洗，增加热运动。

（4）喷洗。用高压喷洗。

（5）蒸气清洗。用溶剂蒸气清洗，溶剂在金属表面上冷凝成液体，液体流淌时带下污物。

（6）超声波辅助清洗。利用超声波振荡作用，使固体表面被冲击震动，促使污物离开金属表面。

（7）电解清洗。利用金属表面电化学反应生成气体。气体自表面诣出时，使污物析出，自表面剥离。

2.2 清洗用材料

清洗用材料有几类：石油系溶剂，卤代烃溶剂，碱性化学水溶液，乳化液等。简单的说就是溶剂清洗和碱液清洗俩种。

1）常见的有机溶剂为：

石油系溶剂有溶剂汽油、煤油、正己烷等；芳香族溶剂有甲苯、二甲苯等；氯系溶剂有三氯乙烷、三氯乙烯、四氯乙烯、二氯甲烷等。

有机溶剂的特点是脱脂效率高，特别是清除那些高黏度、高滴落点的油脂具有特殊的效果，而且可以在常温下用简单的器具和石油系溶剂进行手工清洗，对于各种金属、各种尺寸和形状的零件都适用，一在产量不大、机械化水平不高及有特殊要求的工厂中仍然采用。

为了使油污除净，至少要用有机溶剂西俩次以上，使用一段时间后，当溶剂中的油污含量增加到一定程度时，要及时更换，最后一道清洗要用比较干净的溶剂。

除了液相有机溶剂脱脂，还有气相有机溶剂脱脂。例如利用三氯乙烯、三氯甲烷等物质，他们的沸点低、受热易汽化，遇冷易液化、蒸气密度大、蒸气界面不易扩散、不燃烧、溶解能力强（15度时三氯乙烯的溶解能力比汽油大四倍，50度时大七倍），因而常用做气相脱脂，即把零件置于这类有机溶剂的蒸气中蒸气就在冷的零件上冷凝化，零件上的油脂就溶解于液化了的有机溶剂中而脱离零件，液化了的溶剂又被加热成蒸气，这种过程一直持续到零件表面的温度与溶剂的温度相等，蒸气不在被液化为止。

虽然气乡有机溶剂去油效率内很高，但是不能洗掉无机盐类和碱类物质，不能除去零件上的灰尘微粒。把三氯乙烯的浸洗、气相清洗和喷洗来联合采用，可以获得极好的清洗效果。由于采用有机溶剂去油的劳动条件差、毒性较大，气相脱脂必须有良好的封闭式脱脂设备和通用装置，大多数有机溶剂防火要求严格，而且脱脂费用高，现在又有高效赌东道的水基清洗剂的出现，现在一般已不采用有机溶剂去油。

2）碱性水基清洗

以碱性清洗剂为主的水溶液，对动植物油脂通过皂化作用使之成为可溶于水的皂类。此皂为表面活性剂，对非极性的矿物油有乳化作用，使之“增溶”于水相中碱性清洗剂的水溶液也可溶解汗迹等无机污物，故也能将其洗去。加入合成洗涤剂的清洗液，对油脂的清洗作用更有效。

碱性化学水溶液能清洗各种污物，在下一工序要求亲水表面时特别适用。他有较溶剂经济、清洗液能用水洗净，有不燃性，无毒性。

一般的碱性水溶液不如有机溶剂清洗快，而且需要加温，还要有机械搅拌，并需注意PH值高室队铜、铝、锌等金属的腐蚀作用。

各种金属发生腐蚀的临界PH值为：

锌铝锡黄铜钢铁

PH 10 10 11 11.5 13

目前随着技术的发展，出现了表面活性剂，他可以和碱性水溶液一起使用。他即保存了碱性脱脂剂方便廉价的优点，又能大大的提高脱脂效率，降低脱脂温度，与单纯用表面活性剂相比，即降低了脱脂费用，又有很高的脱脂效果。因此，目前被广泛的应用在前处理工艺上。

含表面活性剂的碱性脱脂剂中常用物质及作用简介如下：

1 氢氧化钠又称苛性钠，是一种强碱化合物，他在水中溶解后电离出OH-，提供碱性，与动植物油发生皂化反应，生成能溶于水的甘油和脂肪酸盐，溶解分散在水溶液中。所生成的脂肪酸钠皂不仅自身有水溶性，而且也起表面活性剂的作用，能使不活性的油污被残余的碱乳化、分散。当矿物油脂中存在羧酸基和磺酸基时，也能产生同样的现象。

2 碳酸钠又称苏打，是一种价格低廉的碱，他在水中水解时生成OH-，,提供碱度。因此，碳酸钠具有缓冲作用，不象强碱那样腐蚀某些有色金属。碳酸钠在硬水中能生成难溶的碳酸钙，因此对应水有一定的软化能力。

3 磷酸三钠几缩合磷酸盐磷酸三钠在水解时生成离解度很小的磷酸，从而获得碱度。磷酸三钠具有软化硬水的作用和较明显的促进污垢粒子的分散（乳化）作用，他还具有较高的碱性，可通过皂化作用使脂肪类污垢溶解。

其他缩合磷酸盐，包括焦磷酸钠、三聚磷酸钠、六偏磷酸钠，他们都有一个重要性质，就是作为多价螯合剂使用，所形成的螯合物不会从水溶液中沉淀出来，即是说，缩合磷酸盐对水的软化作用不会产生任何沉淀。对钙离子的螯合力以六偏磷酸钠最强，对镁离子的螯合力以焦磷酸钠最强，三聚磷酸钠对钙镁离子的螯合力介于俩者之间。所有的缩合磷酸盐尤其是三聚磷酸钠与十二烷基苯磺酸钠这类表面活性剂都有明显的协和作用，二者复配比比单用其中一种的清洗效果大幅度提高。此外，他们还具有缓冲、分散、促进乳化等作用。

4 硅酸钠有原硅酸钠、偏硅酸钠和水玻璃。水玻璃在水中能形成稳定的胶体，形成溶剂化胶束，与表面活性剂一起使用时，有良好的助洗作用。硅酸盐在水中会发生水解，水解生成的硅酸不溶于水，而以胶束结构悬浮在槽液中，此种溶剂化的胶束对固体污垢的粒子具有悬浮和分散能力，对油污有乳化作用，因而有利于防止污垢在工件的表面再沉积。硅酸盐具有缓冲作用，即在酸性污垢存在时，其PH值几乎维持不变。硅酸盐还可以和水中的高价金属离子形成沉淀，可除去水中的铁盐，还能络合钙镁离子，在一定意义上说有软化水的作用。硅酸盐还具有耐腐蚀作用，是金属缓蚀剂，因而有色金属，特别是铝、锌、锡等制件用的碱性清洗剂几乎都含有硅酸盐。

5 表面活性剂

表面活性剂又叫界面活性剂。狭义上讲是指在很低含量时就能显著的降低水的表面张力的物质称为表面活性剂。广义上是指凡是能够使体系的表面状态发生明显变化的物质，都称之为表面活性剂。

表面活性剂的分子是由易溶于油的亲油基和易溶于水的亲水基俩种集团所组成。亲油基以长的碳氢链为代表。而亲水基团是极性的基团，如羟基、羧基、氨基、磺酸基和醚基等为代表。这俩种基团的不同亲和力各自独立作用而又同时发生。这种特点，使液体表面发生许多性能上的变化，表现在表面或界面上的吸附，表面力与界面张力的降低及润湿、净洗、分散增溶、乳化、润滑等性能上。

表面活性剂的亲油基结构上的差别较小，一般是由长链烃构成，包扩下列结构：

1）直链烷基（C8~C20）

2）支链烷基（C8~C20）

3）烷基苯基（烷基碳原子数为8~16）

4）烷基萘基（烷基碳原子数为3以上）