涂装前表面处理《除锈》

《涂装前表面处理——除锈》
（一）铁锈的组成及去除方法
黑色金属表面的腐蚀产物为氧化皮和铁锈，涂装前必须除净，否则将严重影响涂膜的质量和使用寿命。
氧化皮是黑色金属在热轧过程中发生氧化作用而形成的腐蚀产物，由氧化亚铁（FeO）、四氧化三铁（Fe3O4）、三氧化二铁（Fe2O3）组成。根据工件的材料厚薄、表面状态、加工的尺寸不同可采用不同的除锈方法，如喷砂法、抛丸法、化学法、手工法等。表面有油污的制品应先进行除油。
喷砂法是利用压缩空气为动力使石英砂经过特殊的喷嘴，以很大速度喷向工件表面以除去氧化膜的方法，抛丸法是利用机械方法产生的离心力将钢丸抛向工件表面以除去氧化膜的方法，上述2种方法处理的工件可获得均匀粗糙的表面，一般用于铸件或厚钢板除锈。这类除锈设备一般包括三个系统，即除锈系统、回收系统、除尘系统。由于其在涂装方面应用较少，本节重点讨论化学除锈。
（二）化学除锈液成分及应用
为了缩短酸洗时间，提高酸洗质量，防止产生过蚀、氢脆及减少酸雾的形成，可在酸洗液中加入各种助剂，如缓蚀剂、润湿剂、消泡剂和增厚剂等。消泡剂和增厚剂一般仅应用在喷射工艺上。
一、缓蚀剂
在酸洗液中加入少量的缓蚀剂，可以大大减缓金属铁的腐蚀及氢脆现象，而对除锈没有显著影响。
缓蚀剂的作用原理，一般认为缓蚀剂在酸液中能使基体金属表面形成一层吸附膜。膜的形成是由于金属铁开始和酸接触时就产生下列反应：
阳极区  Fe→Fe++＋2e                        阴极区   2H+＋2e→H2↑
使金属表面带电，而缓蚀剂是极性分子，带电的金属会将细小而分散的缓蚀剂颗粒吸附在它的表面上形成保护膜，阻止酸与铁继续反应而达到缓蚀的作用。氧化皮和铁锈不会吸附带有极性的缓蚀剂分子，因为氧化皮和铁锈的表面不会带电荷，因此不能产生吸附膜。
评价各种缓蚀剂的作用，最重要的是确定缓蚀效率，其式为：
            缓蚀效率（%）＝（W1－W2）／W1×100%
 式中   W1——无缓蚀剂时试样的失重；
        W2——有缓蚀剂时试样的失重。
在一定范围内，酸洗中缓蚀剂的缓蚀效率随加入量的增加而提高，但各种缓蚀剂在各种酸液中的加入量都有一个极限值，超过此值，效率不再提高。酸洗温度的升高，缓蚀剂的缓蚀效率降低，甚至会完全失效，每一种缓蚀剂都有一允许的使用温度，并需定期向酸液中补充一定的缓蚀剂，使其缓蚀效率维持在75%以上。常用缓蚀剂的特性列于表（8）中。

表（8）各种酸洗缓蚀剂在酸洗中的使用特性

名        称	添加量ml	缓蚀效率，%	允许使用温度℃
		在10%硫酸中		在10%盐酸中	在10%磷酸中
“KC” 缓蚀剂（即磺酸化蛋白质）	4	60.0	—	—	60
六次甲基四胺(乌洛托平)	5	70.4	89.6	—	40
54牌缓蚀剂（若丁）	5	96.3	—	98.3	80
硫脲+4502	1+1	—	—	99	90
硫脲	4	74.0	—	93.4	60

二、润湿剂
酸洗液中所有的润湿剂，大多是非离子型和阴离子型表面活性剂，利用表面活性剂所具有的润湿、渗透、乳化、分散、增溶和去污等作用，能大大改善酸洗过程，缩短酸洗时间。常用的润湿剂有平平加、OP乳化剂，曲通（triton）X-100，吐温（tween）-80、601洗涤剂等。
三、除锈用酸
酸洗除锈所用的酸有无机酸和有机酸。无机酸有硫酸、盐酸、硝酸、磷酸、氢氟酸等；有机酸有醋酸、柠檬酸等。
有机酸作用和缓，残酸无严重后患，不易重新锈蚀，物件处理后表面干净。但有机酸价格较贵，除锈效率低，故多用于清理动力设备容器内部的锈垢以及其他特殊要求的构件。
无机酸除锈效率高，速度快，原料来源广，价格低廉，其缺点是如浓度控制不当，会产生金属“过蚀”现象。而且残酸腐蚀性很强，如酸液清洗不彻底，会影响涂料的保护性能。用磷酸则没有这些缺点，因为它能够在金属表面产生一层不溶于水的磷酸盐层（磷化膜），可防止锈蚀，同时也是涂装时良好的底层。但磷酸价格较高。
酸的浓度和温度对除锈速度均有显著影响。
在硫酸除锈时，随着硫酸浓度的增加，速度加快，但当浓度达25%以后，却反而下降。
在盐酸除锈时，裸露金属的腐蚀速度比氧化物的腐蚀速度要快得多。所以，在工业生产中为了避免工件过度腐蚀、原料无谓损耗以及酸雾的挥发，一般硫酸浓度控制在20%以下，而盐酸浓度控制在15%以下。
温度升高除锈速度加快，但酸雾挥发也加快，所以硫酸除锈温度应控制在60℃左右，盐酸应控制在40℃以下，并且要添加抑雾剂。
（三）除锈液配方
硫酸、盐酸除锈液的配方
无机酸除锈是目前最常用的一种除锈工艺，一般涂装前处理的工艺过程为：
除油——水洗——除锈——水洗——中和——水洗——表面调整——磷化——水洗——烘干
其中除锈、水洗、中和可视为除锈过程。除油、水洗和表面调整、磷化、水洗可视为除油及磷化过程。除锈的配方见表（9）。

表（9）除锈液的配方和工艺参数

配方（g/l） 序号 组分	1	2	3	4
硫酸	200～250			80～150
盐酸		150～200	250
硝酸			30
硫脲	2～3			2～3
六次甲基四胺		1～3
表面活性剂	适量	适量	适量	适量
槽液温度（℃）	40～60	30～40		40～60
处理时间（min）	除尽氧化皮	同左	1.5	除尽氧化皮

为了防止二次生锈及将残酸带入磷化工序，除锈后的工件必须中和处理后才能进入下道工序。中和槽液为3～5g/lNa2CO3水溶液。
（四）除油除锈“二合一”
在酸洗除锈过程中，添加具有清洗作用的表面活性剂，如OP乳化剂，这类前处理液称为“除油除锈”二合一。
同时进行除油除锈，它简化了前处理工艺，减少了设备数量，缩短了处理时间，达到了良好的效果。
开始采用“二合一”工艺仅适用在油污及锈斑不太严重的工件，随着科学技术的发展，对于重油重锈采用“二合一”也获得了良好的效果。选用“二合一”还是选用除油除锈分级处理工艺，这要通过经济和技术可行性的分析来确定。表（10）列出二种二合一前处理液的配方。

表（10）“除油除锈”二合一配方

配方（g/l） 编号 组分	1	2	配（g/l） 编号 组分	1	2
硫酸	200～250	…	硫脲	1～2	10
盐酸	…	100～150	槽液温度（℃）	70～80	30～40
平平加	15～25	—	处理时间（min）	15～30	10～20
烷基苯磺酸钠	…	50

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