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涂装工培训教材中通汽车工业集团有限公司编制：审批：表面处理钢铁产品经常接触大气，由于大气中的氧气和水以及含有的SO2、CO2、H2S等的作用，很容易发生腐蚀，在涂装之前必须将这些锈迹、油污和污物除去。一.钢铁除油油污的存在会影响酸洗除锈和磷化质量，影响涂层的干燥性和降低涂层的附着力。动物油可以皂化，可以用皂化、乳化和溶解作用除去。矿物油主要靠润湿、乳化、加溶、分散等作用除去。钢铁除油的基本方法：燃烧法：燃烧，但留有碳喷砂：除锈、除油适用于较厚的工件碱液清洗：成本低简便但效率低乳化清洗：除油除无机盐但表面活性剂易起泡溶剂清洗：冷溶剂清洗、蒸汽清洗、两相清洗（除油和水溶性污物）电解清洗：阴极电解清洗、阳极电解清洗二.钢铁除锈钢铁表面常见的氧化物有氧化亚铁（灰色）、三氧化二铁（赤色）、含水三氧化二铁（橙黄色）和四氧化三铁（蓝黑色）等。钢铁除锈的基本方法1.化学除锈化学除锈是利用化学反应或电化学反应从工件便面溶解掉一般锈迹、氧化皮及各种腐蚀产物而不影响机体金属的方法。常用无机酸和有机酸作为除锈材料，因而通常称为酸洗。化学除锈的基本原理就是酸和金属氧化物的化学反应，将金属氧化物溶解生成溶液，将其除去。化学除锈常用的酸硫酸：一般用稀硫酸8%-20%盐酸：浓度不宜过大易挥发污染环境360g/L，在室温下进行操作硝酸：挥发性强声称有害的气体释放大量的热表面残渣多磷酸：是一种中等强度的无机酸，由于磷酸氢盐和正磷酸盐难溶于水用磷酸除锈一般需要加热残余的溶液与金属反应生成磷酸盐保护膜氢氟酸：用于浸蚀铸件和不锈钢等特殊材料铬酐：有很强的钝化能力用于钝化有毒化学除锈注意事项1.控制酸洗液浓度2.保持酸液清洁3.控制温度4.适当搅拌5.注意水洗程序6.除锈过程必须连续进行7.定期清除酸洗槽中的污垢8.控制时间：应尽可能短减少金属腐蚀9.注意安全10.酸洗场地要通风2.机械除锈机械除锈是利用摩擦、锤击、冲刷、切削等机械作用力，使磨粒在工件表面除去锈迹、氧化皮、焊渣、腐蚀产物及旧漆，也可以除去毛刺和飞边。常用的方法有手工打磨、机械打磨、喷砂、抛丸等。手工除锈：手工除锈是使用简单工具用人力进行除锈，方法简单易行，但劳动强度大，生产效率低，且除锈质量差，一般只能除去疏松的或较轻的铁锈，不能除去较重的锈层和氧化皮。机械打磨：除锈效率高可以清除不同锈迹、氧化皮、旧漆。喷砂除锈喷丸除锈是利用压缩空气推进喷枪，从其喷嘴喷出，撞击工件表面的铁锈，使其脱落出去。喷丸除锈比手工除锈和机械打磨除锈效率高，质量好，劳动强度低，使工件表面具有一定的粗糙度并有强化表面的作用。抛丸除锈抛丸方法不仅可以除去工件表面的锈迹、氧化皮，而且可使钢工件表面强化，消除残余应力，提高耐疲劳性能和抗应力腐蚀性能。抛丸除锈机的工作原理：抛丸除锈机的叶轮在高速旋转过程中产生离心力和抛力，当铁丸流到进丸管时，便被加速带入高速旋转的分丸轮中，在离心力的作用下，弹丸由分丸轮经定向套窗口飞出，并沿叶片不断增加速度，直至被抛出。抛出的铁丸以一定的扇形高速射向工件表面，冲击铁锈、氧化皮，使其脱落除去。抛丸机的抛丸量是影响除锈质量的主要因素。在一定的叶轮直径、转速和结构的条件下，影响抛丸量的主要以素有：分丸轮内径、外径、窗口长度和宽度、内径表面的粗糙度；定向套直径、窗口角度；进丸管直径；丸粒材质与粒度等。提高抛丸质量的方法：1）适当增大分丸轮内径，使丸粒在分丸轮内的运动阻力减小，离心力增加，运动速度加快，可以明显提高抛丸量。2）适当增大分丸轮窗口的长度和宽度，加大弹丸出口，以降低弹丸的运动阻力，也可以增加抛丸量。3）减小分丸轮内表面的粗糙度以降低弹丸的运动阻力和减少风压的损失，可以增加抛丸量。4）定向套窗口的角度，一般以45°-60°为最佳。抛丸器的进弹丸管，不宜过大或过小，一般在55mm左右。5）抛丸量与抛丸机叶片数量有关，8个叶片的最大抛丸量比4个叶片的最大抛丸量约高20%。6）采用钢丝弹丸比铸铁弹丸的抛丸量可增加5%-10%，应为铸铁弹丸体积比钢丝弹丸大且容易破碎，摩擦力大，流动性差。7）抛丸量与电动机耗用功率成正比，增加电动机功率可以增加抛丸量。钢铁磷化钢铁在含有锌、铁、锰的磷酸盐溶液中，由于金属和溶液的界面上发生化学反应，生成难溶于水的磷酸盐，使钢铁的表面形成一层附着良好的保护膜，这种方法称为钢铁磷化。磷化膜具有微孔结构，在通常大气条件下比较稳定，具有一定的防锈能力，用作漆膜的底层，可以显著的提高涂层的附着力和耐腐蚀性能。磷化膜还具有良好的润滑性能，对熔融金属无附着力，并有较高的电绝缘性能。磷化处理对钢铁制品的抗拉强度、伸拉率、弹性、磁性等均无影响，仅疲劳强度略有下降。磷化膜形成过程中相应的伴随着铁的溶解，因而磷化后钢铁制品的尺寸变化微小。由于磷化具有这些良好的特性，在工业生产中被广泛的采用。磷化处理分类1.按磷化溶液组成，以阳离子为主可分为：锌系（包括磷酸锌系、磷酸锌钙系、磷酸锌锰系）、铁系和锰系三大类。2.按处理温度可分为：高温磷化（90°-98°）、中温磷化（50-70°）、低温磷化（20-30°）。3.按磷化膜重量分类，如表：分类膜重（g/m2）用途次轻量级0.2-1.0用作较大形变钢铁工件的涂装底层轻量级1.1-4.5用作涂装底层次重量级4.6-7.5用作基本不发生形变钢铁工件的涂装底层重量级﹥7.5不做涂装底层4.按处理工艺可分为：浸渍式磷化、喷淋式磷化、涂刷磷化。磷酸锌系，磷酸锌钙系，磷酸铁系磷化膜适用于做涂装底层，其中磷酸锌系磷化膜应用最为广泛。磷酸锰系磷化膜主要用于满足润滑性和耐磨性的要求。磷化膜的组成和成膜机理钢铁磷化膜的组成：不同磷化液形成的磨层的组成，如下图所示：类型缩写符号溶液主要成分膜层主要成分膜层外观锌系ZnPhZn2+，PO43-磷酸锌浅灰，深灰，灰黑色ZnCaPhZn2+，PO43-Ca2+磷酸锌钙ZnMnPhZn2+，PO43-磷酸锌猛磷酸锰系MnPhPO43-,Mn2+磷酸锰浅灰，深灰，灰黑色磷酸铁系FehPhPO43-,Fe2+磷酸铁深灰色FePhPO43-,Me磷酸铁及铁的氧化物彩虹色（薄层），深灰色（厚层）磷化处理的成膜机理1.磷酸锌系磷酸锌系处理溶液，通常含有磷酸、磷酸二氢锌、氧化剂和促进剂等成分，其磷化反应如下：Fe+2H3PO4→Fe（H2PO4）2+2H+（基体）（磷化液）（1）2H+0.5O2→H2O（氧化剂）（2）Fe（H2PO4）2+0.5O2→FePO4+H3PO4+0.5H2O（氧化剂）（3）当钢铁与磷化液接触时，铁溶解，发生（1）（2）（3）反应（1）（2）是腐蚀反应，铁不断溶解，并放出氢气，这使铁与磷化液接触的界面处的PH值上升，使（4）（5）反应发生：3Zn（H2PO4）2+4H2O（磷化液）→Zn3（PO4)2·4H2O+4H3PO4（膜的成分）（4）Fe+2Zn（H2PO4）2+4H2O+0.5O2→Zn3（PO4)2·4H2O+2H3PO4+H2O（膜的成分）（5）反应（1）释放出的氢吸附在金属表面上，阻碍磷化膜结晶的形成，为了除去氢，常在磷化液中加入氧化剂和促进剂，使磷化反应加速，加快磷化膜的形成。2.磷酸锌钙系磷酸锌钙系磷化溶液通常含有游离的H3PO4和Ca（H2PO4）2、Zn（H2PO4）2及作为氧化剂的硝酸盐、亚硝酸盐。其磷化处理过程的化学反应，与磷酸锌系溶液相同，还形成CaZn2（PO4）2·H2O的反应：2Zn（H2PO4）2+Ca（H2PO4）2+2H2O→CaZn2（PO4）2·2H2O+4H3PO43.磷酸铁系磷酸铁系磷化液一般由磷酸二氢盐和适量的氧化剂组成。当铁与磷化液接触时，发生如下基本反应：Fe+4NaH2Po4（基体）（磷化液）→Fe(H2Po4)2+2Na2HPO4+H2↑（6）2Fe(H2Po4)2+2Na2HPO4+1/2O2+H2O（氧化剂）→2FePo4·2H2O+4NaH2PO4（膜成分）（7）2Fe(H2Po4)2+4Na2HPO4+1/2O2+5H2O→2Fe（OH）3+8NaH2PO4（8）2Fe（OH）3→Fe2O3+3H2O（膜成分）4.磷酸锰系磷酸锰系磷化液，主要由磷酸锰铁盐、硝酸锌等组成，其磷化过程中的反应与磷酸锌系溶液相似，生成二代和三代磷酸锰盐和少量铁盐，附着在钢铁表面，形成一层膜。磷化方法实现磷化常用的方法有浸渍法、喷淋法和涂刷法。各种磷化方法的比较，如图：项目浸渍法喷淋法涂刷法膜层的厚度可得厚、中等、和薄的中等、薄的中等、薄的磷化膜的用途适应各种使用目的涂装基底和工序间防锈涂装基底和工序间防锈对磷化液的适应性适用于高、中、低温的磷化液中、低温磷化液中、低温磷化液对生产量的适应性小批量生产大批量的生产小批量生产对磷化工件的适应性中小工件，任何形状大表面，形状简单，无封闭内腔大工件磷化影响磷化过程的各种因素1.磷化溶液的酸度总酸度：越高，磷化速度越快。但过高会是膜层过薄；过低，速度慢，膜层厚而粗糙。过高用氧化锌来调节，过低用硝酸新来调节。游离酸度：磷化液游离酸度过高，磷化反应速度慢，成膜时间延长，且磷化晶体粗大多孔，耐腐蚀性能将降低，同时亚铁离子增多，溶液中沉淀也将增加。游离酸度过高时，可用氧化锌、碳酸钠或氢氧化钠中和，也可采用稀释的方法冲淡溶液。游离酸度过低时，磷化膜薄，甚至不能形成磷化膜，这是可加入磷酸二氢盐来调整。游离酸度和总酸度：游离酸度和总酸度都以“点”表示。当用0.1NNaOH标准溶液滴定磷化液时，若用酚酞作指示剂，达到滴定终点时，所消耗的0.1NNaOH的毫升数，便是总酸度的点数。若用甲基橙作指示剂，则达到滴定终点时，所消耗的0.1NNaOH标准溶液的毫升数，便是游离酸度的点数。2.溶液的组成a.锌离子：能加速磷化反应，使磷化膜层较细致和呈现闪光。磷化液含有锌离子时，可以在较宽的温度范围使用，这对中温和常温磷化是很重要的。锌离子含量较底时，形成的磷化膜疏松发暗。锌离子含量较高时，形成的磷化膜晶粒粗大，晶体排列紊乱，膜脆且灰白多。b.二价铁离子：亚铁离子在高温磷化液中不稳定，易被氧化成三价铁离子，并产生磷酸铁沉淀，使磷化液浑浊，游离酸度升高，此时磷化溶液如不加校正便不能使用。而在中温磷化和常温磷化液中，含有一定量的亚铁离子，则能提高磷化膜的厚度，机械强度和防腐蚀能力。磷化液允许的工作范围也较宽。但亚铁离子易被氧化成三价铁离子而沉淀出来，形成磷酸铁后，溶液呈乳白色时，磷化膜质量低劣。磷化液中含有的亚铁离子过高时，会是常温磷化膜不仅防腐蚀能力降低，而且膜的耐热性能也变差；会使中温磷化膜晶粒粗大，表面浮白灰，防腐蚀能力降低。c.锰离子：磷化液中含有锰离子可以提高磷化膜的硬度、附着力和耐腐蚀性能，使磷化膜结晶均匀、颜色加深。d.五氧化二磷：特的作用是加快磷化反应速度，使磷化膜层致密和晶粒呈现闪光。它是由磷酸二氢盐产生的，其含量较低时，膜的致密性和耐腐蚀性都较差，甚至不形成磷化膜，含量过高时，磷化膜附着力差，结晶排列混乱，膜层表面白灰多。e.硝酸根：磷化溶液中含硝酸根可以加快磷化，在较低的温度下可进行磷化处理，且可提高磷化结晶的致密度。硝酸根在一定条件下与铁反应生成一氧化氮，可以使亚铁离子稳定从而提高磷化膜的质量。硝酸根含量过高，使高温磷化膜变薄，中温磷化液中积聚过多的亚铁离子，使磷化膜恶化，常温磷化膜易于出现黄色锈迹。f.亚硝酸根：可以使常温磷化反应速度加快，提高磷化膜的致密性和抗腐蚀性能。含量过高时使磷化膜表面出现白点。g.氟离子：起活化剂的作用加速磷化晶核的形成，使结晶致密，耐腐蚀性提高，对常温磷化尤为重要。氟化物过多时使常温磷化液的寿命变短，中温磷化膜表面出现灰白。h.杂质的影响：磷化液中含有硫酸根、氟离子、铜离子对磷化过程和磷化膜均有一定的不良影响。3.温度的影响提高磷化处理的温度，可以加快磷化反应速度，且能提高磷化膜的附着力、硬度、耐腐蚀和耐热性，但在高温时，亚铁离子易被氧化成三价铁离子而沉淀