金属的表面处理技术

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1、金属的表面处理技术材化092 吴云娜论文摘要近年来，金属表面处理技术获得了迅速发展，已广泛应用于众多领 域。随着金属加工业、铁路制造业、汽车行业的飞速发展，对生产各 种金属制品及铁路、汽车零部件产品的质量有了更高要求，通过长期 的实践证明，一些简单、简易的前处理方式，已经不能满足金属加工 及涂装的基本要求。只有采用标准的前处理生产工艺，才能使钢铁表 面形成一层标准的磷酸盐膜和防护膜，以满足金属加工和涂装处理的 质量要求。因此，选用低成本、低能耗、高品质的金属前处理产品， 是企业保证涂装质量和防护质量稳定与否的重要因素。另外，我国对彩涂板的研究和生产起步较晚, 20 世纪90 年代末才兴起彩涂板

2、的消费 和生产热潮, 而且在新增产能中, 许多品种和质量满足不了家电、汽 车等行业的需求, 建筑领域需求的以镀铝锌板、镀锌铝合金钢板等为 基板的彩涂板产量也比较少。因此与世界水平相比, 我国彩涂板在应 用范围、产品质量和新技术开发等方面仍有较大差距。本文介绍了我国彩涂板市场发展的概况, 并从产能、产品规格、品种涂料、市场策 略等方面对国内外主要彩涂板生产企业进行了对比分析, 展望了当前 国外彩涂板生产技术的发展趋势。1.彩涂板的发展历史 1935年，美国建成世界上第一条生产线，从而用彩板代 替传统的建筑材料。1967年日本有了第一条彩涂生产 线。1985年5月冶金工业部科技办、化学工业部科技局

3、 和轻工业部科技公司联合在北京召开“涂层钢板科研工作座谈会”，研讨彩涂工业。到1987年武钢钢铁公司引 进我国第一条彩图生产线（年产6.4万吨）。1988年， 北京建翔彩板厂引进日本彩涂生产线（年产3万吨）。 紧接着上海宝钢公司、西南铝相继引进生产线，形成我国第一次彩涂工业的发展高潮。2002年后，随着彩板需 求的增加我国出现第二次彩涂工业的发展高潮，这次主 要是以私营企业为主。从而彩涂的产能的增长远远大于 彩涂需求的增长。从而使彩涂生产厂家进入了非常危险 的时期（优胜劣汰的时期）。彩涂板的品种和类别繁多，目前全世界已有彩涂板品种600多个 ，彩涂用基板有冷轧板、热镀铝板、热镀锌板、合金板、热

4、镀铝锌板、热镀锌铝板、电镀锌板、电镀锌-镍板等，其中冷轧板 已日渐被淘汰，而采用热镀铝锌板、热镀锌板钢卷作基板的数 量在增加，甚至出现了以不锈钢作基板的彩涂板 。世纪交替之 际，彩涂板市场非常好，许多民营企业也纷纷投资建设彩涂 板。民营彩涂机组多采用国产设备，虽装备与控制水平不高， 产能较小，但投资低、上马快，其产品主要面向建材、装饰行 业。民营彩涂机组上马之快，数量之多，现已达到难以统计的 地步。与此同时，外资、台资也纷纷登陆中国兴建彩涂机组，这些机组大部分集中在沿海地区。1999年以来，随着彩涂板市 场兴旺，彩涂板的生产及消费进入了快速增长期。到2004年全 国已有彩涂板产能约为800万t

5、/a。2.前处理工艺 表面处理技术及工程中，前处理占有极为重要的地位，他不仅作为表面处理前的一种“预处理工序“不 可或缺，而且与后续表面处理的成败密切相关。除 油、除锈、磷化、防锈等基体前处理是为金属涂层 技术、金属防护技术做准备的，基体前处理质量对 此后涂层制备和金属的使用有很大的影响。例如， 对有磷化和无磷化处理的同一涂层进行盐雾试验， 其结果是防腐蚀能力相差大约一倍。可见除油、除 锈、防锈、磷化等前处理对涂层的防锈能力和金属 的防护能力起着至关重要的作用。基体前处理的目 的：一是增加涂层与基体的结合强度既加大附着力 ，二是增加涂层的功能如防腐蚀、防磨损及润滑等 特殊功能。 钢铁表面前处理

6、工艺的必然：钢铁表面在轧制 或应用过程中，其表面有不同程度的油脂、氧 化皮或铁锈等杂质的存在，在进行加工和涂装 处理前，需对其进行清除处理，然后才能作为 商品进行销售。如果不这样做就会严重地影响 产品的外观质量和使用寿命，失去产品的竞争 能力。如果钢铁表面未经处理就进行涂装，其 涂层内的氧化皮、铁锈或油脂被涂层所掩盖， 不久就会出现涂层脱落等现象，使所销售的产 品呈现出锈迹斑斑的外观，失去了产品在市场 上的竞争能力，因此钢铁表面进行前处理的必 然性已引起广大企业的极大重视。2.1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

7、 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。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。2.2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

8、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。2.3钢铁表面的磷化处理 2.3.1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。 2.3.2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

9、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。2.3.3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

10、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。 2.3.4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

11、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。 2.4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

12、的。 2.5钢铁表面的防锈处理 2.5.1三种防锈处理方法 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。 1）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； 2）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； 3）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。3.彩涂板的工艺流程 3.1工艺流程图 钢卷座备料运卷车上卷钢卷测宽、测径开卷机开卷双切剪切头尾缝合机缝合压缝合缝毛刺1 张力辊1 纠偏辊入口活套2 纠偏辊2 张 力辊1 JPD碱洗涮洗1漂洗2漂洗表调 3漂

13、洗4漂洗2 JPD热风干燥化学涂层处 理化涂炉干燥水冷辊冷却3 张力辊3 纠偏 辊初涂初涂炉固化炉后水冷热风干燥水冷后纠偏辊4 张力辊3 JPD4纠偏辊备用精涂 机精涂精涂炉固化炉后水冷热风干燥水冷后纠偏辊5张力辊出口活套5纠偏辊6 张力 辊4 JPD检查台检验贴保护膜剪切分卷取样 卷取打捆称重包装入库 3.2工艺流程简述 入口操作工接班时将镀锌跨的钢卷上至钢卷座上，之后 由运卷小车将六个钢卷座储满钢卷。钢卷小车将3钢 卷座上的钢卷托起向开卷机运送，途中执行自动的测径 测宽流程之后将钢卷上至开卷机上。开卷机在人工控制 和人工辅助下进行开卷，带头在夹送辊的配合下切掉头 部缺陷部分待缝合。上一卷带

14、钢在生产即将完毕时自动 减速，切掉尾部有缺陷的部分，在人工辅助下将带头和 带尾缝合在一起，压毛刺辊将缝合接头处压平。带钢经清洗段的碱洗槽、刷洗槽、12热水漂洗槽、表调 槽、34热水漂洗槽处理，清洗掉带钢表面的油污、 杂物、锌粒等物质，并且经表调处理后增强了基板的耐 腐蚀性和漆料的附着力。 经清洗段处理的带钢经过热风干燥器干燥后进 行化学预处理，由化涂机涂敷化涂液之后用化 涂炉进行干燥。经水冷辊冷却的带钢进入初涂 机涂装底漆，经涂装底漆的基板进入固化炉固 化，漆料固化后的基板经炉后水冷、热风干燥 之后进入精涂机涂装面漆，涂装面漆之后的基 板进入固化炉进行固化，漆料固化后的基板经 水冷、热风干燥之

15、后经过出口活套进入出口段 ，经过检验台检验、贴保护膜机覆膜，由出口 剪分卷、切除缝合缝、取样之后由卷取机卷取 成成品卷，由运卷小车运出，经称重、包装之 后入库。4.彩涂板的主要应用范围 彩涂板在国内的主要消费领域仍为建筑业，其消费量占总数的8590。从建筑市场来看，我国建筑用钢板 一直处于平稳上升态势，而彩涂板用量占建筑用钢板的 比例也在逐年上升。随着人们认识水平的提高，彩涂板得到愈来愈多的用户认可，如1995年我国建筑用彩涂板 实际消费仅15万t左右，但 到2000年其用量超过75万t。 建筑用彩涂板主要消费在经济发达地区的工业建筑和城 市标志性建筑，民用建筑虽尚未出现实质性启动，但已 出现启动消费的倾向。随着我国正在进行的西部大开发 以及国家加大城镇化建设的步伐，预计我国建筑业在未来20年将会出现快速发展时期，其主要发展方向为住宅 钢结构、高层钢结构、轻型钢结构等。据预测在今后10 年内我国建筑用彩板的需求量增长将达到15以上。4.2彩涂板在我国家电业的应用 家电用彩涂板在发达国家里已相当普遍，但在我国仍处于由 “引入期”向“成长期”的过渡时期，目前仅有海尔及上菱、 苏州三星、松下、小天鹅等部分合资企业在个别产品上应用或试用，估计此彩涂板家电市场容量在10万t/a以下，其原因是我 国家电企业工艺装配线多为20世纪80年代中期到90