金属表面清洗技术总结

姜军

金属表面清洗技术总结

　　　大 气：大气中的尘土等污染物，在固体表面的沉积产生尘垢。
　　　冷却介质：如冷却水因含有Ca（Mg）(HCO3)2等无机盐，当其受热分解形成水垢而沉积于冷却水系统的内表面形成无机盐垢。
　　　生产原料与产品：生产设备与管线和生产资料接触，有的反应产物或中间体会沉积于设备的内表面，并随时间的延长而增厚。
　　　机 械 油：机械用的润滑油、防锈油、液压油及其添加剂等可能被带入生产系统，污染设备或材料表面，形成难以清除的油污。
　　　微 生 物：滋生在水、土壤中的微生物在设备和管道表面生成微生物污泥。
　　　表面加工产物：材料与设备表面人为的涂、镀、搪、衬层在遭受破坏后，需要清理再进行加工，旧的表面保护层就成为需要清洗的污垢。　　
　　　腐蚀产物：工程材料（主要是钢铁等材料）在环境介质与生产原料中的腐蚀性物质的作用下发生腐蚀，产生锈蚀产物，形成锈垢。工业清洗的目的改善设备外观、维持正常生产、提高生产力、减少能源消耗、减少生产事故。

　　　金属前处理常识
　　　磷化前的预处理一般情况下，磷化处理要求工件表面应是洁净的金属表面（二合一、三合一、四合一例外）。工件在磷化前必须进行除油脂、除锈蚀物、除氧化皮以及表面调整等预处理。特别是涂漆前打底用磷化还要求作表面调整，使金属表面具备一定的"活性"，才能获得均匀、细致、密实的磷化膜，达到提高漆膜附着力和耐腐蚀性的要求。因此，磷化前的预处理是获得高质量磷化膜的基础。
　　　除油脂除油脂的目的在于清除工件表面的油脂、油污。除锈蚀物酸洗除锈、除氧化皮的方法已在工业领域得到广泛应用。利用酸对氧化物溶解、腐蚀产生氢气的机械剥离作用，达到除锈和除氧化皮的目的。 表面调整表面调整的目的，是促使磷化形成晶粒细致密实的磷化膜，以及提高磷化速度。磷化前预处理工艺除油→水洗 →酸洗→水洗→-中和→表调→磷化→水洗，除油除锈"二合一"→水洗→中和→表调→磷化,除油脂→水洗→表调→磷化→水洗

　　　防锈磷化工艺
　　　磷化工艺的早期应用是防锈，钢铁件经磷化处理形成一层磷化膜，起到防锈作用。 防锈磷化一般工艺流程除油除锈→水清洗→表面调整活化→磷化→水清洗→铬酸盐处理→烘干→涂油脂或染色处理耐磨减摩润滑磷化对于发动机活塞环、齿轮、制冷压缩机一类工件，它不仅承受一次载荷，而且还有运动摩擦，要求工件能减摩、耐摩。锰系磷化膜具有较高的硬度和热稳定性，能耐磨损，磷化膜具有较好的减摩润滑作用。因此，广泛应用于活塞环，轴承支座，压缩机等零部件。在冷加工行业如：接管、拉丝、挤压、深拉延伸等工序，要求磷化膜提供减摩润滑性能。一般采用

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姜军

　　磷化膜层结晶粗糙多孔 游离酸含量高，硝酸根不足，表面有残酸，亚铁离子含量过高，工件表面过腐蚀，促进剂含量不足 降低游离酸，补充原液，加强中和水洗、控制酸洗浓度和时间，用双氧水消除过剩的亚铁离子，添加促进剂磷化膜挂灰
　　槽液沉淀多，酸比偏高，温度偏高 清除槽液残渣，并定期过滤，补加磷化剂调整酸比至工作范围，降低温度
　　磷化膜太薄 工件表面有硬化层，槽液温度低，磷化时间短，表调效果差或失效 采用强酸除锈以去除硬化层，提高槽液温度，延长磷化时间，更换或补加表调剂磷化后表面生锈或发花 工件在磷化前已生锈，槽液的技术指标不对、温度过低，水洗槽液污染，除油不净，表调效果差或失效 磷化前先用砂纸打磨或重新除锈，检查游离酸度、总酸度、促进剂和槽液温度，加大清水洗溢流量，加强除油或更换除油剂，更换或补充表调剂磷化成膜速度慢 槽液总酸或温度偏低，促进剂含量不够 补加磷化剂，提高磷化槽液温度至工作范围，补加促进剂磷化槽沉淀多 游离酸度太低，磷化槽液主盐含量过高 适当提高游离酸度，加水稀释磷化槽液，并调整相应指标。

　　　磷化前的预处理
　　　一般情况下，磷化处理要求工件表面应是洁净的金属表面（二合一、三合一、四合一例外）。工件在磷化前必须进行除油脂、锈蚀物、氧化皮以及表面调整等预处理。特别是涂漆前打底用磷化还要求作表面调整，使金属表面具备一定的"活性"，才能获得均匀、细致、密实的磷化膜，达到提高漆膜附着力和耐腐蚀性的要求。因此，磷化前处理是获得高质量磷化膜的基础。
　　　1 除油脂
　　　除油脂的目的在于清除掉工件表面的油脂、油污。包括机械法、化学法两类。机械法主要是：手工擦刷、喷砂抛丸、火焰灼烧等。
　　　化学法主要：溶剂清洗、酸性清洗剂清洗、强碱液清洗，低碱性清洗剂清洗。以下介绍化学法除油脂工艺。
　　　1.1 溶剂清洗
　　　溶剂法除油脂，一般是用非易燃的卤代烃蒸气法或乳化法。最常见的是采用三氯乙烷、三氯乙烯、全氯乙烯蒸汽除油脂。蒸汽脱脂速度快，效率高，脱脂干净彻底，对各类油及脂的去除效果都非常好。在氯代烃中加入一定的乳化液，不管是浸泡还是喷淋效果都很好。由于氯代卤都有一定的毒性，汽化温度也较高，再者由于新型水基低碱性清洗剂的出现，溶剂蒸汽和乳液除油脂方法现在已经很少使用了。
　　　1.2 酸性清洗剂清洗
　　　酸性清洗剂除油脂是一种应用非常广泛的方法。它利用表面活性剂的乳化、润湿、渗透原理，并借助于酸腐蚀金属产生氢气的机械剥离作用，达到除油脂的目的。酸性清洗剂可在低温和中温下使用。低温一般只能除掉液态油，中温就可除掉油和脂，一般只适合于浸泡处理方式。酸性清洗剂主要由表面活性剂（如OP类非离子型活性剂、阴离子磺酸钠型）、普通无机酸、缓蚀剂三大部分组成。由于它兼备有除锈与除油脂双重功能，人们习惯称之为"二合一"处理液。盐酸、硫酸酸基的清洗剂应用最为广泛，成本低，效率较高。但酸洗残留的Cl-、SO42-对工件的后腐蚀危害很大。而磷酸酸基没有腐蚀物残留的隐患，但磷酸成本较高，清洗效率低些。对于锌件，铝件一般不采用酸性清洗剂清洗，特别锌件在酸中的腐蚀极快。

姜军

　　　1、钢铁表面的除油处理：
　　　我们了解到常用的除油方法有：溶剂除油、电化学除油、化学除油及表面活性剂除油和手工除油及机械除油等。不同的除油方法具有不同的除油特点。溶剂除油是利用有机溶剂与油污结构上的相似性，使油污溶解于有机溶剂中，达到除油的目的；电化学除油一般是以稀碱液为电解液，以工件为电极，进行电解处理，利用电解时在电极表面析出的气体，将油污强行从工件表面脱离；化学除油是利用碱与油污发生皂化反应进行除油；表面活性剂除油是利用其乳化、增溶、润湿、分散等作用达到除油的目的。机械和手工除油是不言而喻的。
在现代除油技术中，往往是采用几种物质的协同作用，来达到最佳的除油效果。我公司生产的常温除油剂是一种先进的常温、快速、高效脱脂清洗剂，是钠盐、表面活性剂和有机溶剂的混合型除油清洗剂。
适用范围 ：适用于钢铁制品在电镀、发黑、磷化前及金属加工过程中的除油清洗处理。
　　　产品特点 ：
　　　常温下能对钢铁表面的各种油污进行清洗处理，效果显著；
　　　性能优良，稳定性好，除油时间短，产品使用周期长； 
　　　有极强的去污、分散、乳化、增溶能力；
　　　操作方便，节省能源。
　　　是常温除油的最佳的选择。

　　　2、钢铁表面的除锈处理：
　　　钢铁制品在加工过程中，其表面的氧化皮和铁锈必须进行化学清洗处理，使钢铁制品露出钢铁基体，更有效地提高电镀、磷化、氧化（发黑发蓝）、拉伸、压延、轧制、防锈等处理效果。
　　　化学除锈最常用的方法是盐酸除锈，因为盐酸除锈速度快且可在常温下进行，所以应用广泛。但是，在实际操作中，盐酸除锈存在"过腐蚀"和"氢脆"现象，产生大量酸雾，造成环境污染和社会公害。为克服上述问题，我公司开发研制的除锈添加剂，集缓蚀、抑雾于一身，完善和解决了盐酸除锈的实际问题。
　　　适用范围 ：适用于钢铁制品在电镀、发黑、磷化前及金属加工过程中的除锈处理。
　　　产品特点 ：该除锈添加剂同盐酸混合使用，具有如下特点：在常温状态下，除锈速度快，除锈效果好；
　　　具有渗透、溶解、分散、削离氧化皮和铁锈的功能；
　　　质量好。除锈质量达到或超过瑞典除锈标准；Sa三级、西德Be级；
　　　缓蚀抑雾效果好。由于溶剂中多种添加剂的协同效应，使钢铁在除锈过程中，不会产生过腐蚀和氢脆现象，酸雾标准小于国家规定的浓度，有利于除锈的后处理；
　　　成本低。除锈成本仅为0.15元/㎡左右，一吨溶液经反复使用，可处理一级锈蚀的工件约5000-7000㎡，为喷沙除锈的1/10，酸洗除锈的1/2；
　　　应用面广。能适用各种尺寸、各种构件复杂的钢铁制品；
　　　改善工作环境和条件，降低劳动强度，不危害操作人员的身体健康，不消耗能源。

　　　3、钢铁表面的磷化处理：
　　　磷化概述：磷化是常用的前处理技术，原理上应属于化学转化膜处理。工程上应用主要是钢铁件表面磷化，但有色金属如铝、锌件也可应用磷化。
　　　磷化原理：工件（钢铁或铝、锌件）浸入磷化液（某些酸式磷酸盐为主的溶液），在表面沉积形成不溶于水的结晶型磷酸盐转化膜的过程，称之为磷化。把金属放入含有锰、铁、锌的磷酸盐溶液中进行化学处理，使金属表面生成一层难溶于水的磷酸盐保护膜的方法，叫做金属的磷酸盐处理。磷化膜层为微孔结构，与基体结合牢固，具有良好的吸附性、润滑性、耐蚀性、不粘附熔融金属（Sn、Al、Zn）性及较高的电绝缘性等。
　　　磷化分类：按处理温度分：高温型（75-100℃，能耗大，磷化物沉积多，形成的磷化膜厚度达10-30g/㎡）、中温型（50-75℃，处理时间5-15min，磷化膜厚度达1 -8g/㎡）、低温型（30-50℃）和常温型（10-30℃，节省能源，使用方便，除加氧化剂外还加促进剂，能耗小，但溶液配制较复杂，膜厚度达0.2-7g/㎡）。
　　　按磷化液成分分：锌系磷化、锌钙系磷化、锌锰系磷化、铁系磷化、锰系磷化和复合磷化等。
　　　按磷化处理方法分：化学磷化、电化学磷化。
　　　按磷化膜质量分：重量级（膜重7.5g/㎡以上）、次重量级（膜重4.6-7.5g/㎡）、轻量级（膜重1.1-4.5g/㎡）和次轻量级（膜重0.2-1g/㎡）。按施工方法分：浸渍磷化、喷淋磷化和刷涂磷化。
　　　磷化作用及用途：
　　　涂装前磷化的作用：增强涂装膜层（如涂料涂层）与工件间结合力；提高涂装后工件表面涂层的耐蚀性；提高装饰性。
　　　非涂装磷化的作用：提高工件的耐磨性，令工件在机加工过程中具有润滑性；经适当的后处理，可提高工件的耐磨性。
　　　磷化用途：磷化膜主要用作涂料的底层、金属冷加工时的润滑层、金属表面保护层以及用作电机硅钢片的绝缘处理、压铸模具的防粘处理等。被广泛应用于汽车、船舶、航空航天、机械制造及家电等工业生产中。
　　　磷化的必要性：钢铁表面涂装前处理工艺指脱脂（除油）、除锈、表调、磷化。然而由于工件表面的状况不同，则生产工艺也有所不同，有的工艺中没有脱脂或没有除锈工序，有的工艺则没有表面调整工序，但磷化工序是绝对不可缺少的。
　　　在涂装处理过程中，如果不清除油脂、氧化皮和锈层，不进行磷化处理，直接进行涂漆和静电喷涂，就会使钢铁表面的涂层产生脱落，失去了涂装的意义。 
　　　目前，国内外的金属加工业、薄板加工业、石油行业及汽车、自行车、高低压开关柜、防盗门、铁路等制造业普遍采用的是中、高温磷化，存在着操作不方便、能源和材料消耗大、调整频繁、成膜不均、成本高等问题。为解决以上问题，常温磷化已成为国际磷化行业的必然和研究课题。常温磷化不仅可以有效地降低能源消耗，还可以解决操作不方便、材料消耗大、调整频繁、成膜不均、成本高等问题。
基于上述原因我公司研究生产的常温锌锰系磷化液、常温铁系磷化液(粉)等产品有效地满足了常温磷化的工艺要求。该类磷化产品在使用过程中性能稳定、操作方便、调整简单、常温应用、节省能源、用量少、处理面积大、成本低，形成的磷化膜致密、均匀，附着力好，耐蚀力强。

姜军

　　　4、钢铁表面的发黑处理
　　　传统的发黑方法是碱性氧化发黑。碱性氧化发黑通常是采用高温和亚硝酸盐作为氧化剂，使钢铁零部件在极浓的碱性氧化液中进行加热氧化，使零件表面形成一层蓝色至黑色的Fe3O4保护性氧化薄膜。这种高温氧化剂因工件在发黑时受热不均及温度过高，使溶液含量变化较快，经常造成发黑膜不均等现象。所以人们渴望寻求常温发黑工艺，达到节省能源、降低成本、操作简便、发黑膜均匀等目的。我公司研制生产的常温发黑剂剂调整剂有效的解决了上述问题，达到所要求的目的。
　　　适用范围 ：
　　　本品广泛应用于各种合金钢、铸铁制品及机械、五金工具、标准件、光学仪器等金属制品的常温发黑处理。
　　　产品特点 ：
　　　不需加温，比传统的高温碱性发黑工艺节能达90%以上；
　　　与国内同类产品比，使用综合成本可降低30%左右；
　　　发黑时间短、随取随用、操作简便、不污染环境、不需要排风设施，达到改善劳动条件、提高工作效率的目的；
　　　发黑调整剂可有效增加发黑剂的使用寿命并改善使用性能；
　　　外观：无臭、无挥发气体、无腐蚀性的蓝色透明液体；
　　　稳定性：长期存放不变质。
　　　安全性：不燃、不爆、运输贮存安全。
　　　发黑膜致密均匀，黑度深，不脱色，膜厚大于10μm。
　　　附着力强，耐磨性能优于同类产品。
　　　耐腐蚀性：
　　　①用分析纯试剂和蒸馏水，按含量硫酸铜41g/l，氯化钠35g/l，0.1mol/l盐酸13ml混合溶液在15℃--20℃条件下点滴,其变色时间大于3分钟；
　　　②用3%化学纯硫酸铜，在15℃--20℃条件下点滴,其变色时间大于5分钟；
　　　③用5%硫酸溶液点滴，露出基底时间大于6分钟；
　　　④在3%氯化钠溶液中浸泡，出锈时间大于80分钟。

　　　5、钢铁表面的防锈处理：
　　　钢铁的防锈处理通常分为工序间防锈、工艺性防锈及最终防锈三种方法和要求。
　　　工序间防锈处理一般采用水基型防锈，脱水防锈等防锈方式，防锈时间短，能满足工序间的防锈要求。
　　　工艺性防锈处理有钝化防锈、磷化防锈、脱水防锈油等，是因工艺要求的不同而不同。
　　　最终防锈处理是以油性防锈为主。因为防锈油脂不易挥发，所以它的防锈时间较长。
　　　我国钢铁防锈工艺发展还处于初级阶段，人们对防锈的意识或防锈方法缺乏了解，采用的防锈工艺和产品还是一些传统的概念。随着我国工业技术的迅速发展，防锈问题逐渐成为人们关心的主题，为此我公司开发生产并提供的系列防锈工艺及防锈产品很好地满足这种工业发展的需要。其产品有：磷化产品、钝化产品、发黑产品、水基防锈剂、脱水防锈油、硬膜防锈剂和切削防锈液等系列产品。
　　　适用范围 ：
　　　适用于机械加工、研磨、热处理、电解加工、发黑发兰处理以及水基清洗后的多种金属或设备清洗后的脱水防锈、工序间防锈、工艺性防锈和长期封存性防锈等。
　　　磷化系列产品主要包括常温磷化和高、中、低温磷化两大类。
　　　常温磷化、低温磷化包括锌锰系磷化和铁系磷化，尤为代表的是FH-LH常温锌锰系磷化产品。该类产品在常温状态下，成膜速度快，磷化膜均匀致密，操作简便，成本低，是金属涂装前处理的理想药剂。
　　　中高温磷化适用于冷挤压拉伸磷化、耐磨耗磷化等。加温磷化效果好，成膜快，广泛用于浸渍磷化和喷淋磷化生产线.
　　　磷化膜主要用作涂料的底层、金属冷加工时的润滑层、金属表面保护层以及用作电机硅钢片的绝缘处理、压铸模具的防粘处理等。
　　　冷挤压磷化、冷拉拔磷化、冷挤压润滑、冷拉拔润滑产品目前我国多采用传统单一的钝化、皂化、硼化产品，其润滑工艺复杂、效果不理想。我公司借鉴国内外先进技术，开发研制的FH-LH8磷化液和FH-RR润滑剂产品是集多种工艺、多种技术于一身的高科技复合产品，是针对冷积压、冷拉拔行业研制开发的专用磷化、润滑产品。该磷化液、润滑剂的使用操作方便、调整简单、中温使用、用量少、处理面积大、成本低，形成的磷化膜、吸附的润滑膜致密、均匀，磷化膜附着力好，耐蚀力强，而且一个润滑工艺可以取代传统的皂化和硼化两种工艺，解决生产效率低、拉拔速度慢和磨具使用寿命短等问题，其吸附量的多少还可随意控制
　　　磷化系列产品主要包括常温磷化和中高温磷化两大类
　　　常温磷化
　　　包括锌锰系磷化和铁系磷化，尤为代表的是FH-LHC1常温锌锰系磷化产品。该类产品在常温状态下，成膜速度快，磷化膜均匀致密，操作简便，成本低，是金属涂装前处理的理想药剂。
　　　中高温磷化
　　　适用于冷挤压拉伸磷化、耐磨耗磷化等。加温磷化效果好，成膜快，广泛用于浸渍磷化和喷淋磷化生产线。