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1、金属材料表面的预处理金属材料表面的预处理主讲：蒋伟忠表面预处理的目的表面预处理的目的l(1)通过处理把金属材料表面的油垢、锈迹除尽；并使其短期内不发生风锈；获得符合搪烧要求的表面质量。l(2) 消除铁坯内部的应力，消除搪瓷材料制品由于铁坯应力而造成的变形、黑线、边碎裂等缺陷。l(3)清除铸铁和厚钢板表面的碳。 但残余应力不严重的簿钢板搪瓷材料制品一般不需要采用退火处理。金属材料表面预处理的种类金属材料表面预处理的种类l目前多数厂的金属材料表面的预处理采用的方法主要有:l.脱脂酸洗法小型产品、钢坯产品l.烧油酸洗法特殊产品l.烧油喷砂法大型产品、铸铁产品金属材料表面预处理工艺流程金属材料表面预处
2、理工艺流程 l脱脂酸洗：l油坯脱脂水洗1水洗2 酸洗水洗1水洗2 中和干燥检查清洁坯体金属材料表面预处理工艺流程金属材料表面预处理工艺流程l烧油酸洗：l油坯烧油酸洗水洗1水洗2中和干燥检查清洁坯体金属材料表面预处理工艺流程金属材料表面预处理工艺流程烧油喷砂：油坯烧油退火喷砂（抛丸）吹灰检查清洁坯体脱脂的作用脱脂的作用 l脱脂是采用化学的方法或物理的方法把坯体上的油脂除去，达到清洁铁坯的作用。l工厂常用的脱脂方法有高温高温退火退火与与碱性脱脂碱性脱脂两种方法。高温退火高温退火l高温退火不仅可清除铁坯表面的油垢；l可以消除制品在机械加工和焊接工艺中产生的局部应力；l高温退火对铸铁坯胎及稍厚钢坯来说
3、还起着表面脱碳的作用。碱性脱脂碱性脱脂l碱性脱脂是通过化学物品的溶液与铁坯表面的油脂起化学反应，发生皂化作用和乳化作用把油除去。l碱性脱脂对提高产品质量、降低产品成本、减少能源消耗，改善劳动强度和环境保护都起到良好的作用。化学脱脂的原理化学脱脂的原理 l乳化剂溶解于水时产生电离，当铁坯浸入溶液时，乳化剂中的憎水基团与油生亲和作用;l亲水基团则指向脱脂液，使铁坯与油的表面能减弱;l在溶液加热、搅拌对流中加速了分子的运动，从而使油与铁坯分离，呈现极微小的油滴，散布在脱脂液中，达到良好的除油效果. 化学脱脂的原理化学脱脂的原理1亲水基团；2憎水基团；3去油溶液；4油滴；5铁坯化学脱脂液配方化学脱脂液
4、配方 l名称l水 100 100l氢氧化钠 810 45 l工业粉 35 35 l水玻璃 35 23l纯碱 04 23l磷酸钠 04 23工业粉的结构工业粉的结构R SO3Na 憎水基团 亲水基团脱脂液配方的选择原则脱脂液配方的选择原则 (1)所采用化工原料要能保证正常供应； (2)用量少而效果要好； (3)成本要低； (4)工艺范围（温度、时间）宽，便于操作； (5)安全； (6)对环境无污染，废液易于处理。化学脱脂温度与时间的关系化学脱脂温度与时间的关系化学脱脂的工艺及操作要求化学脱脂的工艺及操作要求l浸洗法l喷淋法化学脱脂的工艺及操作要求化学脱脂的工艺及操作要求l将铁坯置于篮筐中，在进入
5、脱脂液槽时，要求铁坯全部浸入溶液中，摇动或翻动篮筐，使铁坯的摇动或翻动篮筐，使铁坯的每个部位充分接触脱脂液每个部位充分接触脱脂液. .l脱脂的温度必须保持在80858085之间，时间为之间，时间为5858分钟，分钟，然后投入加热的清水槽进行漂洗。l随着生产的不断进行，脱脂溶液中各种化工原料浓度也逐渐下降。为此，必须定期添加新料定期添加新料，一般每天补加一次。l添加新料时，可先用中和滴定法测得溶液的总碱量，然后按需要进行适当添加。也有用经验数据添加的，按每日生产的情况，估计各种原料的消消耗量进行添加耗量进行添加的。酸洗的作用酸洗的作用 l酸洗作用：l酸溶液与铁坯表面的氧化层和铁锈进行化学反应，生
6、成铁盐，脱离铁坯，达到除锈的目的。l氧化层的化学成分：FeO，Fe2O3，Fe3O4的混合物。l铁锈的化学成分：Fe(OH)2,Fe(OH)3，Fe2(OH)2CO3，Fe(OH)CO3的混合物。 酸洗原理酸洗原理 l氧化层与氧化层与H2SO4H2SO4的反应：的反应：lFeO+H2SO4FeSO4+H2OFeO+H2SO4FeSO4+H2O （1 1）lFe2O3+3H2SO4Fe2(SO4)3+3H2OFe2O3+3H2SO4Fe2(SO4)3+3H2O（2 2）lFeFe3 3O O4 4+4H2SO+4H2SO4 4FeSOFeSO4 4+ Fe+ Fe2 2(SO(SO4 4) )3
7、 3+4H2O+4H2O（3 3）lFe+H2SO4FeSO4+H2Fe+H2SO4FeSO4+H2 （4 4）l氧化层与氧化层与HClHCl的反应：的反应：lFeO+2HClFeCl2+H2OFeO+2HClFeCl2+H2O（5 5）lFe2O3+6HCl2FeCl3+3H2OFe2O3+6HCl2FeCl3+3H2O（6 6）lFe2O3+8HClFeCl2+2FeCl3+4H2OFe2O3+8HClFeCl2+2FeCl3+4H2O（7 7）lFe+2HClFeCl2+H2Fe+2HClFeCl2+H2（8 8）l铁锈与酸的反应铁锈与酸的反应l与与H2SO4H2SO4的反应：的反应：l
8、Fe(OH)2+H2SO4FeSO4+2H2O（9）l2Fe(OH)3+3H2SO4Fe2(SO4)3+6H2O（10）lFe2(OH)2CO3+2H2SO42FeSO4+CO2+3H2O（11）l2Fe(OH)CO3+3H2SO4Fe2(SO4)3+2CO2+4H2O （12）lFe+H2SO4FeSO4+H2（13）l与HCl的反应：lFe(OH)2+2HClFeCl2+2H2O（14）lFe(OH)3+3HClFeCl3+3H2O（15）lFe2(OH)2CO3+4HCl2FeCl2+CO2+3H2O（16）lFe(OH)CO3+3HClFeCl3+ CO2+2H2O（17）lFe+2H
9、ClFeCl2+H2（18）酸洗原理酸洗原理酸洗原理酸洗原理l以上反应中，(2)，(6)与(3)，(7)反应较慢，因Fe2O3与Fe3O4在酸中不易溶解，只有当氧化膜中有杂质存在时，或有微裂纹间隙时，反应才能顺利进行。l(4)，(8)，(13)，(18)是金属直接与酸反应放出氢气，这一反应虽能把Fe2O3与Fe3O4还原成FeO，加快了酸洗速度，但由于酸对金属的腐蚀使铁坯损耗量增大，另外铁坯有吸附氢的作用，这样的铁坯搪烧后所得的搪瓷材料制品易产生冷爆，故在酸洗的过程中应对此有足够的重视。酸液的浓度、温度和酸洗时间关系酸液的浓度、温度和酸洗时间关系l酸洗的浓度与酸洗时间，一般来说成反比关系(若温
10、度为常数)，酸液的浓度增酸液的浓度增加，反应速度加快，酸洗时间相应减少加，反应速度加快，酸洗时间相应减少；但酸液的浓度超过一定范围酸液的浓度超过一定范围( (约约2530%)2530%)时，浓度增加，反应速度减慢，时，浓度增加，反应速度减慢，酸洗时间延长。l在酸液浓度为常数的情况下，温度愈高，温度愈高，反应速度愈快，酸洗时间缩短反应速度愈快，酸洗时间缩短。相反，温度降低，酸洗时间必须延长。缓蚀剂的作用缓蚀剂的作用 l为了降低金属坯体在酸中的溶解度，防止酸洗时造成的过度腐蚀现象，在酸洗中添加适量的缓蚀剂是必要的，用量为0.10.2%。属于这类缓蚀剂的有若丁、皂荚、酚、吡啶等。l缓蚀剂的作用缓蚀剂
11、的作用是，当酸溶液把铁坯表面的氧化皮或铁锈层逐渐溶解而暴露金属铁时，缓蚀剂随即在金属铁表面形成很薄的保护膜，从而达到阻止或减少酸分子与金属的接触，起到缓蚀作用。缓蚀剂的作用缓蚀剂的作用 l缓蚀剂在酸洗中的缓蚀作用，只是相对的，如果酸液温度升高，时间延长，还是会产生铁坯的过腐蚀现象。l酸液中添加适量的缓蚀剂有很多的优点，能减少酸的消耗量，创造良好操作条件，加强劳动保护，能减少制品的酸泡、冷爆等缺陷，有利于提高产品质量。酸洗的操作要求酸洗的操作要求l将去油后尚含有锈蚀的铁坯浸入酸洗槽时，篮筐应轻轻地进入液面，防止酸液溅出，伤害人体。l操作时要严格控制酸液温度及酸洗时间。酸液温度过高，铁坯与酸液反应
12、激烈，会引起铁坯酸泡，并有严重酸雾挥发，污染操作环境，影响人体健康及机械、电器设备的寿命。温度过低，铁坯与酸液反应缓慢，影响产量。l同时，时间过长会引起酸泡等缺陷。酸洗的操作要求酸洗的操作要求l在酸洗时，铁坯必须全部浸没在溶液中，并摇动篮筐或翻动铁坯，使其全部接触酸液、反应完全。l在酸洗过程中，要注意硫酸的消耗量，在酸洗了一定量的铁坯后，应添加新液，并定期清除槽底的沉淀物。当酸液变绿色时，说明有大量的硫酸亚铁存在，应即更换新液。中和的作用中和的作用l洗涤就是把脱脂或酸洗取出的铁坯用热水或冷清水进行充分漂洗；l把铁坯表面的余液、残留物除去；l达到清洁铁坯的作用。中和的作用中和的作用l第一第一是去
13、除铁坯毛孔中的余酸，达到进一步清洁铁坯的目的；l第二第二是铁坯经中和后表面留有碱液，烘干后形成一层碱性薄膜，可阻止金属铁与空气中氧气、水蒸气的接触，起到短期的防锈作用；l第三第三是有助于克服或减少底釉麻点等缺陷。中和液配比和工艺中和液配比和工艺 l(1)烧碱0.51.0%，亚硝酸钠0.20.5%，水98.599%； 温度室温，时间23分钟。l(2)纯碱0.51.0%，亚硝酸钠0.20.5%，水98.599%； 温度室温，时间23分钟。中和液配比和工艺中和液配比和工艺l(3).硼砂0.51.0，水99； 温度2030，时间23分钟脱脂酸洗脱脂酸洗烧油喷砂烧油喷砂披镍处理（化学镀镍）披镍处理（化学
14、镀镍） l披镍处理的作用l增加搪瓷材料与铁坯的密着强度；l减少产品冷爆和其它缺陷；l对无底釉一次涂搪的铁坯的特殊要求。 披镍处理（化学镀镍）应在酸洗处理后进行。披镍处理（化学镀镍）披镍处理（化学镀镍）l披镍常用的化工原料是硫酸镍（NiSO47H2O兰色晶体或NiSO45H2O绿色晶体）。l用浓度为1025克/升的硫酸镍及浓度为1.5克/升的硼酸配制成溶液、溶液pH值在46、加热至6080，将酸洗后的铁坯浸入溶液中，时间610分钟，然后把铁坯从溶液中取出，经洗涤、中和、烘干即达到披镍的目的。披镍处理（化学镀镍）披镍处理（化学镀镍）l在处理过程中，要严格控制:lpH值l温度l时间l浓度l并不断补充
15、新液，保证溶液为规定的浓度。披镍处理（化学镀镍）披镍处理（化学镀镍）l对溶液中过量的FeSO4，进行化学处理消除，否则会影响披镍质量。l化学镀镍的反应机理是，因铁的活泼顺序在镍的前面，它可以从硫酸镍溶液中置换出金属镍，沉积于铁坯表面，这即可进行披镍。反应式为：l Fe+NiSO4FeSO4+Ni披镍处理（化学镀镍）披镍处理（化学镀镍）l由于披镍处理增加了工序和生产成本，故应用不多。l对无底釉一次涂搪产品的发展，有重要的使用价值。 光亮退火光亮退火l光亮退火是把铁坯置于保护气体中进行退火。l一般采用的保护性气体有氮(N2)，氢(H2)，氨(NH3)及灯用煤气（内含H2 50%，CH4 3033%
16、，CO 9%，N2 1%. 童质碳氢化合物4%）等。l光亮退火温度为750900，时间为24分钟。光亮退火光亮退火l此时进行的反应，根据保护气体成分不同而不同，l(1)表面附着的油脂分解和蒸发l(2)钢表面的碳部分地与表面氧化层反应如下式：l C+FeOCO+Fel(3)残余氧化亚铁还原成铁：l FeO+COFe+CO2l 或 FeO+H2Fe+H2Ol(4)碳在氢气中形成甲烷：l C+2H2CH4光亮退火光亮退火l光亮退火方法可使铁坯表面的油垢在高温下分解和蒸发，同时可消除铁坯加工成型时留下的内部应力，并能使轻度氧化的铁坯进行还原；l光亮退火还能对含碳量较高的铁坯起表面脱碳作用。l这种铁坯处
17、理法有其一定的优点，但它的工艺条件非常严格；而且铁坯上不许有锈迹，因此目前很少采用，在今后的生产中有待进一步探讨。打砂（又叫喷砂）打砂（又叫喷砂）l打砂，就是用细金刚砂在压缩空气的推动下，把砂喷打在经过烧油的铁坯表面上，利用硬砂粒向铁坯表面撞击摩擦，达到去除表面氧化铁和杂质的目的。l此种方法适用于铸铁坯体及厚钢板成型铁坯的表面处理，即大件的卫生搪瓷材料、反应锅、管道等，一般日用搪瓷材料厂很少采用。铸铁坯的搪前处理铸铁坯的搪前处理l铸件在浇注时表面会形成一层硅酸盐层（主要是硅酸铁）及氧化层，并且也常常会生成渗碳体层（Fe3C）。l铸铁表面还会沾污砂、石墨和油斑，同时，铸件在冷却过程中还会产生内应
18、力。如果不清除这些杂质和内应力；在搪烧时会产生很多缺陷（如: 气泡、细孔、针孔等）；搪前处理的方法搪前处理的方法la. 热处理（生烧或预烧）l热处理目的在于消除铸铁件表面：l油斑l内应力l破坏在一定条件下产生的渗碳体（使它向石墨转化）及表面脱碳。搪前处理的方法搪前处理的方法l热处理的方法是将坯体置于850900的炉中进行退火。l热处理的温度不宜过高，过高的温度又会使石墨重新转化为渗碳体。l各种铸铁件的热处理时间各不相同，要根据品种、铸铁坯的璧厚来决定。搪前处理的方法搪前处理的方法lb.机械清洁（喷砂或打砂）l清除表面夹杂，是搪前处理极为重要的一道工序。同时经过喷砂处理后，能人为地使表面粗糙，以
19、促进制品的密着。l喷砂处理用的材料有金刚砂(SiC)、45号钢丸、淬火白口铁、硬质合金、刚玉、碳化钨、碳化硼等。l目前最常用的有金刚砂，淬火白口铁等。l喷丸的直径一般在814目左右，喷丸的形状一般以尖角的为佳，但尖角的喷丸易磨损皮管，使用的压缩空气的气压为46105帕；喷出砂流以45的角度射向制品表面。搪前处理的方法搪前处理的方法压缩空气必须进行过滤，不允许含水和油蒸气，否则会污染铸铁件表面。喷砂操作时，每平方米的表面大约消耗5070千克的砂子，空气消耗量为1620立方米。铸件经过喷砂后，须经检查。发现缺陷应加以焊补。用中软砂轮磨去浇口、毛刺、粘砂、飞边等。并将焊补处、边沿部位磨平。思考题思考题1.金属表面预处理的主要目的？2.目前搪瓷用金属表面预处理主要有哪几种？3.各种表面预处理的工艺流程和工艺参数？4.任何鉴别表面预处理的好坏？
