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1、涂装前表面处理技术讲座李新立，李安忠武汉材料保护研究所1手工方法动力工具火焰法喷砂、抛丸钢铁材料有色金属材料除油脱脂除锈中和表调磷化钝化塑料木材水泥除油除锈表调磷化钝化提纲涂装前表面处理目的涂装前表面处理分类钢铁材料涂装前表面处理有色金属材料涂装前表面处理非金属材料涂装前表面处理典型产品涂装前处理工艺。前处理废水治理建议涂装前表面处理有关国家标准一涂装前表面处理目的清除被涂物表面的油脂、油污、腐蚀产物、残留杂质物等，并赋与表面一定的化学、物理特性，达到增加涂漆层附着力，增加被涂物的保护性和装饰性目的。二涂装前表面处理分类1.按处理方法分类机械法和化学法机械法 化学法2.按处理材质分类金属材料非
2、金属材料三钢铁材料涂装前表面处理钢铁表面处理常用功能性工序2强碱清洗溶剂乳化清洗弱碱性清洗（表面活性剂）溶剂清洗酸性清洗剂清洗除油脂的目的在于清除掉工件表面的油脂、油污。钢铁表面的主要污物见教材P111 页的表 2.1-1 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,溶剂乳化清洗等。以下介绍化学法除油脂工艺。除油脱脂强碱液清洗强碱液除油脂是一种传统的有效方法。它是利用强碱对动植物油的皂化反应，形成溶于水的皂化物达到除油脂的目的。纯粹的强碱液只能皂化除掉动植物油脂而不能除掉矿物油脂。因此人们通过在强碱液
3、中加入表面活性剂，一般是磺酸类阴离子活性剂，利用表面活性剂的乳化作用达到除矿物油的目的。强碱液除油脂的使用温度都较高，通常80。常用强碱液清洗配方与工艺如下：氢氧化钠 5%10%硅酸钠 2%8%磷酸钠（或碳酸钠） 1%10%表面活性剂（磺酸类）2%5%处理温度 80处理时间 520min处理方式 浸泡、喷淋均可强碱清洗用主要材料和清洗方法分别见教材 P112 页表 2.1-3 和 P114 页表 2.1-5。强碱液除油脂需要较高温度，能耗大，对设备腐蚀性也大，并且材料成本并不算低，因此这种方法的应用正逐步减少。溶剂乳化清洗乳化液一般由有机溶剂、表面活性剂和水组成，其工作液一般为乳白色乳液。它利
4、用有机溶剂溶解油脂，表面活性剂乳化油脂，因此，除油速度较快。乳化清洗一般总有一些残留薄油膜，如果作为涂装，还需用碱性清洗剂再洗一次，如果用于防锈目的时，可直接存放。低碱性清洗液清洗低碱性清洗液是当前应用最为广泛的一类除油脂剂。它的碱性低，一般 pH 值为912。对设备腐蚀较小，对工件表面状态破坏小，可在低温和中温下使用，除油脂效率较高。特别在喷淋方式使用时，除油脂效果特别好。低碱性清洗剂主要由无机低碱性助剂、表面活性剂、消泡剂等组成。无机型助剂主要是硅酸钠、三聚磷酸钠、磷酸钠、碳酸钠等。其作用是提供一定的碱度，有分散悬浮作用。可防止脱下来的油脂重新吸附在工件表面。表面活性剂主要采用非离子型与阴
5、离子型，一般是聚氯乙烯类和磺酸盐型，它在除油脂过程中起主要的作用。在有特殊要求时还需要加入一些其它添加物，如喷淋时需要加入消泡剂，有时还加入表面调整剂，起到脱脂、表调双重功能。低碱性清洗剂已有很多商业化产品。一般常用的低碱性清洗液配方和工艺如下：3浸泡型 喷淋型三聚磷酸钠 410g/l 410g/l硅 酸 钠 010g/l 010g/l碳 酸 钠 410g/l 410g/l表面活性剂 520g/l 13 g/l消 泡 剂 0 0.53.0g/l表面调整剂 03 g/l 03 g/l游 离 碱 度 520 点 515 点处 理 温 度 常 温 80 4070处 理 时 间 520min 1.53
6、.0min浸泡型清洗剂主要应注意的是表面活性剂的浊点问题，当处理温度高于浊点时，表面活性剂析出上浮，使之失去脱脂能力，一般加入阴离子型活性剂即可解决。喷淋型清洗剂应加入足够的消泡剂，在喷淋时不产生泡沫尤为重要。常用表面活性剂的特性见教材 P125 页表 2.1-1。铝件、锌件清洗时，必须考虑到它们在碱性条件下的腐蚀问题，一般宜用接近中性的清洗剂。溶剂清洗溶剂法除油脂，一般是用有机溶剂清洗或是非易燃的卤代烃蒸气法。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，不管是浸泡还是蒸气法效果都很好。由于溶剂的危险性
7、以及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，溶剂法以及溶剂蒸汽方法现在已经很少使用了。常用溶剂和卤化烃见教材 P129 页表 2.1-21 和 P131 页表 2.1-24。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（如聚氧乙烯酚醚类非离子型活性剂、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
8、脂双重功能，人们习惯称之为“二合一”处理液。常见的酸性清洗剂配方及工艺参数见下表。工艺 低温型 中温型 磷酸酸基型工业盐酸（31%） 20% 50% 0 0工业硫酸（98%） 0%15% 15% 30% 0工业磷酸（85%） 0 0 10% 40%表面活性剂(非离子类，磺酸类)0.4% 1.0% 0.4% 1.0% 0.4% 1.0%缓蚀剂 适量 适量 适量使用温度 常量45 5080 常温80处理时间 适当 510min 适当盐酸、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-、SO 42-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4盐酸基硫酸
9、基磷酸基手工电动工具喷砂抛丸高，清洗效率低些。对于锌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。除油质量检查方法国家标准：钢铁件涂装前除油程度检验方法（验油试纸法） GB/T 13312 最新版本-1991在生产中还有一些简便快速实用的评价方法，在涂装行业用得最普通的是水膜法，通过观察水膜连续破裂情况，判定除油情况，其它一些方法见教材 P137 页表2.1-30。化学除锈2.除锈机械除锈化学除锈 酸 洗 除 锈 、 除 氧 化 皮 的 方 法 是 工 业 领 域 应 用 最 为 广 泛 的 方 法 。 利 用 酸 对 氧 化 物 溶 解以 及 腐 蚀 产 生 氢 气 的 机 械 剥
10、离 作 用 达 到 除 锈 和 除 氧 化 皮 的 目 的 。 酸 洗 中 使 用 最 为 常 见 的是 盐 酸 、 硫 酸 、 磷 酸 。 硝 酸 由 于 在 酸 洗 时 产 生 有 毒 的 二 氧 化 氮 气 体 ， 一 般 很 少 应 用 。 盐酸 酸 洗 适 合 在 低 温 下 使 用 ， 不 宜 超 过 45，使用浓度 10%45% ，还应加入适量的酸雾抑制剂为宜。硫酸在低温下的酸洗速度很慢，宜在中温使用，温度 5080，使用浓度 10%25% 。磷酸酸洗的优点是不会产生腐蚀性残留物（盐酸、硫酸酸洗后或多或少会有少会有 Cl-、SO 42-残留） ，比较安全，但磷酸的缺点是成本较高，
11、酸洗速度较慢，一般使用浓度 10%40%，处理温度可常温到 80。在酸洗工艺中，采用混合酸也是非常有效的方法，如盐酸-硫酸混合酸，磷酸-柠檬酸混合酸。化学除锈常用酸和缓蚀剂见教材 P139 页表 2.1-31 和 P140 页表 2.1-32。在酸洗除锈除氧化皮槽液中，必须加入适量的缓蚀剂。缓蚀剂的种类很多，选用也比较容易，它的作用是抑制金属腐蚀和防止“氢脆” 。但酸洗“氢脆”敏感的工件时，缓蚀剂的选择应特别小心，因为某些缓蚀剂抑制二个氢原子变为氢分子的反应，即：2HH 2，使金属表面氢原子的浓度提高，增强了“氢脆”倾向。因此必须查阅有关腐蚀数据手册，或做“氢脆”试验，避免选用危险的缓蚀剂。常
12、用除锈配方和除锈设备见教材 P142 页表 2.1-34 表 2.1-35。机械除锈手工电动工具 喷砂抛丸除锈质量检查方法化学法除锈-酸洗 行业标准 (原部颁标准) ：涂装前表面准备酸洗JB/T 6978最新版本-1993机械法除锈国家标准：涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级 GB/T 8923 最新版本-19883.中和中和的目的是中和掉工件上的残酸，使清洗更加干净，根据工件形状、输送方式、5胶体钛草酸稀磷酸磷酸锰悬浮液工房间进度等实际情况，选择采用中和或不采用中和工序。中和大部分是使低浓度的纯碱或烧碱水溶液，浓度一般在 2%以下。4.表面调整表 面 调 整 的 目 的 是 促 使 磷 化 形
13、 成 晶 粒 细 致 密 实 的 磷 化 膜 ， 以 及 提 高 磷 化 速 度 。表 面 调 整 剂 主 要 有 两 类 ， 一 种 是 酸 性 表 调 剂 ， 如 草 酸 。 另 一 种 是 胶 体 钛 。 两 者 的 应用 都 非 常 普 及 ， 前 者 还 兼 备 有 除 轻 锈 （ 工 件 运 行 过 程 中 形 成 的“水 锈 ”及 “风 锈 ”） 的 作 用 。在 磷 化 前 处 理 工 艺 中 ， 是 否 选 用 表 面 调 整 工 序 和 选 用 那 一 种 表 调 剂 都 是 由 工 艺 与 磷 化 膜的 要 求 来 决 定 的 。 一 般 原 则 是 ： 涂 漆 前 打
14、底 磷 化 、 快 速 低 温 磷 化 需 要 表 调 。 如 果 工 件 在进 入 磷 化 槽 时 ， 已 经 二 次 生 锈 ， 最 好 采 用 酸 性 表 调 。表 面 调 整5.磷化金属在含有磷酸盐的溶液中进行处理，形成金属磷酸盐化学转化膜，这一工艺过程称之为磷化，所形成的金属磷酸盐转化膜称之为磷化膜。防 锈 作 用耐 磨 减 摩冷 加 工其 它 应 用涂 漆 底 层磷化目的漆前磷化的目的主要是：给基体金属提供短期工序间保护，在一定程度上防止金属被腐蚀；提高漆膜层的附着力与防腐蚀能力。基本原理磷化过程包括化学与电化学反应。不同磷化体系、不同基材的磷化反应机理比较复杂。虽然科学家在这方面已做过大量的研究，但至今未完全弄清楚。当今，各学者比较赞同的观点是磷化成膜过程主要是由如下 4 个步骤组成：a.酸的浸蚀使基体金属表面 H+浓度降低Fe 2e Fe 2+ 2H+2e2H H 2 (1)b.促进剂（氧化剂）加速界面的 H+ 浓度进一步快速降低氧化剂+H 还原产物+H 2O Fe2+氧化剂 Fe 3+还原产物 (2)由于促进剂氧化掉第一步反应所产生的氢原子，加快了反应（1）的速度，进一步导致金属表面 H+浓度急剧下降。同时也将溶液中的 Fe2+氧化成为 Fe3+c.磷酸根的多级离解H3PO4 H 2PO4 +H+ HPO42 +2H+ PO43 +3H+ .(3)6按
