浅析钢材表面处理

目录钢材表面处理钢材表面防腐处理常用防腐工艺解析钢材表面处理概念：将钢材表面的氧化皮、铁锈、污物和附着物清除干净的作业分类（施工方法）：常用的方法有喷射处理、化学处理、抛丸处理、手工机械处理和火焰处理等。喷射处理将经过油水分离处理过的0.4～0.6MPa的压缩空气，夹带磨料，通过喷嘴以高速喷向钢材表面，利用磨料的冲击和摩擦力将钢材表面的氧化皮、铁锈及污物除掉，并使钢材表面达到一定的粗糙度。喷射处理的质量取决于喷射速度、喷射角度、喷射距离、喷射磨料量、磨料颗粒的形状和大小等。喷射处理包括干喷砂处理、湿喷砂处理、喷丸处理和真空喷砂处理。干喷砂处理会产生大量粉尘，危害人体健康、需采取严密的防护措施。化学处理又称酸洗处理，是利用酸洗液中的酸与金属氧化物进行化学反应，生成金属盐溶于酸液中，酸与金属作用产生的氢气膨胀后具有冲击力。使氧化皮机械地剥落。酸洗处理所用的酸有无机酸(如硫酸、盐酸、磷酸和硝酸等)和有机酸(如醋酸、柠檬酸等)。在实际工作中无机酸应用较广，大型钢结构件的酸洗主要采用硫酸或盐酸。硫酸需要加热到40℃以上才能进行酸洗、盐酸可在常温下进行酸洗。这两种酸与金属作用时会析出大量氢气，导致金属表面充氢，金属变脆(氢脆)，容易损坏，故酸洗后的钢材应立即用水冲洗，然后用5%碳酸钠水溶液进行综合处理，再用水冲洗碱液。如清洗不彻底，残余的酸会造成返锈，使构件表面涂层剥落。最后进行钝化处理，以延缓返锈时间。此外氢气从酸液中逸出，形成酸雾，会腐蚀周围建筑物，危害人体健康。磷酸没有这些缺点，但酸洗效率低，价格较贵。硝酸主要用于合金钢的酸洗处理。有机酸作用缓和，残余的酸不会使金属重新锈蚀，且易形成缓冲溶液，便于控制pH值，但价格昂贵，一般用于动力设备容器内部锈垢处理及其他有特殊要求的除锈。酸洗处理包括浸渍处理、酸洗膏处理、综合处理和电化学处理等。酸洗处理要严格控制酸洗液的浓度、温度和时间。酸洗液中加入适量的缓蚀剂，可防止或减少酸洗过程中产生的“过蚀”或“氢脆”现象，并可减少酸雾。抛丸处理抛丸的原理是用电动机带动叶轮体旋转(直接带动或用V型皮带传动)，靠离心力的作用，将直径约在0.2～3.0的弹丸(有铸钢丸、钢丝切丸、不锈钢丸等不同类型)抛向工件的表面，使工件的表面达到一定的粗造度，使工件变得美观，或者改变工件的焊接拉应力为压应力，提高工件的使用寿命。通过提高工件表面的粗糙度，也提高了工件后续喷漆的漆膜附着力。抛丸达到除锈目的。抛丸处理可消除被处理件的内应力，对其表面有硬化作用。手工机械处理用人工操作简单的工机具对钢材表面的锈垢进行处理的方法。简单的工具包括非金属刮刀、金属刮刀、砂布、砂纸、研磨膏和钢丝刷等;动力机具包括风动砂轮、风动钢丝刷、除锈枪、钢板除锈机、滚筒磨光机和钢管除锈机等。手工机械处理多用在其他方法不便或不能采用的构件或部位，以及现场制作的少量构件。火焰处理利用氧乙炔焰通过喷嘴对钢材加热冷76却、使锈层和涂层爆裂的处理方法。火焰处理适用于厚5mm以上新轧制的钢材表面处理(其表面仅有氧化皮)和要完全去掉旧涂层的钢材表面处理。喷嘴的形状与大小要适合待处理钢材的表面状况，移动速度为2.5～3m/min。火焰除锈后需用动力钢丝刷清除加热后附着在钢材表面的残留物。钢材表面防腐处理耐候钢热浸锌热喷铝（锌）复合涂层涂层法阴极保护法耐候钢耐腐蚀性能优于一般结构用钢的钢材称为耐候钢，一般含有磷、铜、镍、铬、钛等金属，使金属表面形成保护层，以提高耐腐蚀性。其低温冲击韧性也比一般的结构用钢好。标准为《焊接结构用耐候钢》（GB4172-84）。热浸锌热浸锌是将除锈后的钢构件浸入600℃左右高温融化的锌液中，使钢构件表面附着锌层，锌层厚度对5mm以下薄板不得小于65μm，对厚板不小于86μm。从而起到防腐蚀的目的。这种方法的优点是耐久年限长，生产工业化程度高，质量稳定。因而被大量用于受大气腐蚀较严重且不易维修的室外钢结构中。如大量输电塔、通讯塔等。近年来大量出现的轻钢结构体系中的压型钢板等。也较多采用热浸锌防腐蚀。热浸锌的首道工序是酸洗除锈，然后是清洗。这两道工序不彻底均会给防腐蚀留下隐患。所以必须处理彻底。对于钢结构设计者，应该避免设计出具有相贴合面的构件，以免贴合面的缝隙中酸洗不彻底或酸液洗不净。造成镀锌表面流黄水的现象。热浸锌是在高温下进行的。对于管形构件应该让其两端开敞。若两端封闭会造成管内空气膨胀而使封头板爆裂，从而造成安全事故。若一端封闭则锌液流通不畅，易在管内积存热喷铝（锌）复合涂层这是一种与热浸锌防腐蚀效果相当的长效防腐蚀方法。具体做法是先对钢构件表面作喷砂除锈，使其表面露出金属光泽并打毛。再用乙炔-氧焰将不断送出的铝（锌）丝融化，并用压缩空气吹附到钢构件表面，以形成蜂窝状的铝（锌）喷涂层（厚度约80μm~100μm）。最后用环氧树脂或氯丁橡胶漆等涂料填充毛细孔，以形成复合涂层。此法无法在管状构件的内壁施工，因而管状构件两端必须做气密性封闭，以使内壁不会腐蚀。这种工艺的优点是对构件尺寸适应性强，构件形状尺寸几乎不受限制。大到如葛洲坝的船闸也是用这种方法施工的。另一个优点则是这种工艺的热影响是局部的，受约束的，因而不会产生热变形。与热浸锌相比，这种方法的工业化程度较低，喷砂喷铝（锌）的劳动强度大，质量也易受操作者的情绪变化影响。涂层法涂层法防腐蚀性一般不如长效防腐蚀方法（但目前氟碳涂料防腐蚀年限甚至可达50年）。所以用于室内钢结构或相对易于维护的室外钢结构较多。它一次成本低，但用于户外时维护成本较高。涂层法的施工的第一步是除锈。优质的涂层依赖于彻底的除锈。所以要求高的涂层一般多用喷砂喷丸除锈，露出金属的光泽，除去所有的锈迹和油污。现场施工的涂层可用手工除锈。涂层的选择要考虑周围的环境。不同的涂层对不同的腐蚀条件有不同的耐受性。涂层一般有底漆（层）和面漆（层）之分。底漆含粉料多，基料少。成膜粗糙，与钢材粘附力强，与面漆结合性好。面漆则基料多，成膜有光泽，能保护底漆不受大气腐蚀，并能抗风化。不同的涂料之间有相容与否的问题，前后选用不同涂料时要注意它们的相容性。涂层的施工要有适当的温度（5~38℃之间）和湿度（相对湿度不大于85%）。涂层的施工环境粉尘要少，构件表面不能有结露。涂装后4小时之内不得淋雨。涂层一般做4~5遍。干漆膜总厚度室外工程为150μm，室内工程为125μm，允许偏差为25μm。在海边或海上或是在有强烈腐蚀性的大气中，干漆膜总厚度可加厚为200~220μm。阴极保护法阴极保护技术是电化学保护技术的一种，其原理是向被腐蚀金属结构物表面施加一个外加电流，被保护结构物成为阴极，从而使得金属腐蚀发生的电子迁移得到抑制，避免或减弱腐蚀的发生。在钢结构表面附加较活泼的金属取代钢材的腐蚀。常用于水下或地下结构。阴极保护技术有两种：牺牲阳极阴极保护和强制电流（外加电流）阴极保护。常用防腐处理热浸镀锌阳极氧化（铝）喷砂氧化（铝）渗锌处理渗氮处理镀达克罗不锈钢热镀锌是使熔融金属与铁基体反应而产生合金层，从而使基体和镀层二者相结合。热镀锌是先将钢铁制件进行酸洗，为了去除钢铁制件表面的氧化铁，酸洗后，通过氯化铵或氯化锌水溶液或氯化铵和氯化锌混合水溶液槽中进行清洗，然后送入热浸镀槽中。热镀锌具有镀层均匀，附着力强，使用寿命长等优点。判定标准及要因附着量：耐蚀性主要决定于镀锌层的厚度，故量测厚度常为主要判定镀锌质量好坏的根据均一性：热浸镀锌钢铁最易生锈的部位，仍是锌层最薄的地方，故必要测其最薄部位是否符合标准。坚实性：就是镀锌层与钢铁密合性，主要要求镀锌构件在整理、运搬、保管及使用中具有不得剥离的性质，一般检验法有锤打法、挤曲法、卷附法等。阳极氧化（Al)接近表面镀层处理，金属或合金的电化学氧化。将金属或合金的制件作为阳极，采用电解的方法使其表面形成氧化物薄膜。金属氧化物薄膜改变了表面状态和性能，如表面着色，提高耐腐蚀性、增强耐磨性及硬度，保护金属表面等。例如铝阳极氧化，将铝及其合金置于相应电解液(如硫酸、铬酸、草酸等)中作为阳极，在特定条件和外加电流作用下，进行电解。阳极的铝或其合金氧化，表面上形成氧化铝薄层，其厚度为5～20微米，硬质阳极氧化膜可达60～200微米。阳极氧化后的铝或其合金，提高了其硬度和耐磨性，可达250～500千克／平方毫米，良好的耐热性，硬质阳极氧化膜熔点高达2320K，优良的绝缘性(防雷），耐击穿电压高达2000V，增强了抗腐蚀性能，在ω＝0.03NaCl盐雾中经几千小时不腐蚀。氧化膜薄层中具有大量的微孔，可吸附各种润滑剂，适合制造发动机气缸或其他耐磨零件；膜微孔吸附能力强可着色成各种美观艳丽的色彩。有色金属或其合金（如铝、镁及其合金等）都可进行阳极氧化处理，这种方法广泛用于机械零件，飞机汽车部件，精密仪器及无线电器材，日用品和建筑装饰等方面。一般来讲阳极都是用铝或者铝合金当作阳极，阴极则选取铅板，把铝和铅板一起放在水溶液，这里面有硫酸、草酸、铬酸等，进行电解，让铝和铅板的表面形成一种氧化膜。在这些酸中，最为广泛的是用硫酸进行的阳极氧化。喷砂氧化的基本性能及处理过程1、工件表面的清理可用作对金属的锈蚀层、热处理件表面的残盐和氧化层、轧制件表面的氧化层、锻造件表面的氧化层、焊接件表面的氧化层、铸件表面的型砂及氧化层、机加件表面的残留污物和微小毛刺、旧机件表面等进行处理，以去除表面附着层，显露基体本色，表面清理质量可达到Sa3级。2、工件表面涂覆前的预处理可用作各种电镀工艺、刷镀工艺、喷涂工艺和粘接工艺的前处理工序，以获得活性表面，提高镀层、涂层和粘接件之间的附着力。3、改变工件的物理机械性能可以改变工件表面应力状态，改善配合偶件的润滑条件，降低偶件运动过程中的噪音。可使工件表面硬化，提高零件的耐磨性和抗疲劳强度。4、工件表面的光饰加工可以改变工件表面粗糙度Ra值。可以产生亚光或漫反射的工件表面，以达到光饰加工的目的。二、环保特点1、极大地改善了粉尘对环境的污染和对工人健康的危害；2、可直接安装在生产线上，节省生产面积，有利工件周转；3、工作方法灵活，工艺参数可变，能适应不同材质和不同精度零件的光饰加工要求；4、在工作过程中磨料循环使用，消耗量小；5、主要零部件使用寿命长，且便于维修。三、主要参数影响喷砂加工的主要参数：磨料种类、磨料粒度、磨液浓度、喷射距离、喷射角度、喷射时间、压缩空气压力等。喷砂和氧化是两个不相干的工艺，喷砂是将工件表面用介质通过高速运动撞击工件的一个过程，使工件表面产生粗细比较均匀的凹凸感，属物理反应。但是喷砂后的工件还是要进行氧化或者其它表面处理的，否则是不耐用的。它是是表面处理的一种比较环保的处理方式。你所说的喷砂有可能是氧化磨砂，是一个铝合金碱蚀的过程，是用氢氧化钠与铝合金进行化学反应，从而剥离型材表层，形成一种砂粒状表面，它是一种纯正的化学反应；而阳极氧化不同，阳极氧化是将锅胆作为阳极，槽液里的铝离子作业一个阴极，通过加温通电使铝离子吸附在锅胆表面上的一个电离过程，目的是在锅胆表面形成一个起保护作用的氧化膜，是一个比较复杂的过程。渗锌/氮处理化学热处理，是指将工件置于适当的活性介质中加热,保温,使一种或几种元素渗入其表层,以改变化学成分,组织和性能的热处理工艺.化学热处理的基本过程是:活性介质在一定温度下通过化学反应进行分解,形成渗入元素的活性原子;活性原子被工件表面吸收,即活性原子溶入铁的晶格形成固溶体或与钢中某种元素形成化合物;被吸收的活性原子由工件表面逐渐向内部扩散,形成一定深度的渗层.目前常用的化学热处理有:渗碳,渗氮,碳氮共渗等.粉末渗锌技术的原理是，将渗锌剂与钢铁制件置于渗锌炉中，加热到400℃左右，活性锌原子则由表及里地向钢铁制件渗透。与此同时，铁原子由内向外扩散，这就在钢铁制件的表层形成锌铁金属间化合物，即镀锌层。优点：耐腐蚀性强；耐磨、抗擦伤性能好；生产基本无污染；锌消耗量比较低；涂漆后能实现复合防护；经渗锌处理的钢材制件不影响材料的