金属表面处理过程

钝化处理是化学清洗中Z后一个工艺步骤，是关键一步，其目的是为了材料的防腐蚀。如锅炉经酸洗、水冲洗、漂洗后，金属表面很清洁，非常活化，很容易遭受腐蚀，所以必须立即进行钝化处理，使清洗后的金属表面生成保护膜，减缓腐蚀。钝化处理的目的

当洁净表面含氧时，不锈钢合金表面钝化或钝化膜的形成是一种自然现象，钝化膜的形成可能会因不锈钢表面的化学处理而得到增强。

化学钝化工艺准备的先决条件是清洗程序。该程序包括所有去除表面污染物(油、脂等)的必要操作，以确保金属的Z强耐腐蚀性，防止产品污染，达到所要求的表面状态。Z终化学钝化的口的是去掉合金表面的铁离子或其他污染物，使合金处于Z强的耐腐蚀状态。

对标准中耐腐蚀性能较强的不锈钢(如316L)进行钝化处理是Z有益、Z重要的。根据用户的选择，钝化可以用于减少铁离子浓度和增强铬含量。

在钝化中，必须认识到Z好的钝化处理或任何表面处理仅使合金在特定环境下处于Z强耐腐蚀的状态。换言之，合金材料具有固有的耐腐蚀极限，Z好的钝化处理也不能代替合金材料满足某种场合所要求的更高的耐腐蚀性能。

1、为什么对金属表面要进行钝化处理

尽管不锈钢元件在安装前是干净的，钝化膜是完整的，但是焊接过程中会破坏焊缝及热影响区(HAZ)的钝化膜。在钝化膜中，铬元素的含量通常高于铁元素含量，当金属熔化时，铁元素浓度提高，而铬元素含量降低，这就扰乱了焊缝和热影响区铬、铁和氧的元素分布。

如不去除在制作过程中山热产生的氧化和污染(特别是铁元素)，这可能会降低耐腐蚀性。焊后钝化可以去除游离铁离子，有助于恢复钝化层，但不能去除由热引起的氧化颜色。去除热

氧化颜色需要采用比钝化所用硝酸或柠檬酸更强的酸。因为钝化通常仅仅用于己安装的管道系统焊接完成后，焊接程序规定了减轻热氧化形成的方法。

制作、切割、弯曲等会产生污染物，会导致耐腐蚀性降低，如嵌入的铁屑、热印、焊条上的焊剂、电弧击伤、油漆、记号等，暴露于碳钢或铁的环境中是特别有害的。通过去除污染物，特别是游离铁，钝化处理有助于把在制作期间受到损伤的不锈钢恢复到原有钝态。

2、何时必须进行钝化

必须进行钝化处理的情况有:①焊接和制作完成后，用户可能规定己焊元件在焊接后进行电解抛光的元件需要钝化处理;②新装入系统的元件焊接完成后，需要钝化处理。常见钝化处理工艺

钢材作为国民经济建设中Z重要的工业用材，在汽车制造、冶金、五金、家电、建筑、机械等行业应用极为广泛。但是，钢铁材料表面层在潮湿、炎热等复杂环境中，容易锈蚀，影响使用、外观、涂装等性能，所以在一些钢铁生产线上要求对钢铁材料进行必要的钝化处理。

目前，主要处理工艺有锌系磷化、陶化、硅烷、陶化硅烷复合处理等，每一种处理工艺技术特点和性能都有各自的优点和缺点。

1、锌系磷化处理工艺

20世纪60年代，英国人Ross研究并实现了首次磷化处理技术，他将金属与磷酸盐溶液进行化学反应，在金属表面增加一层磷酸盐保护膜，实现了金属的防腐功能。

磷化膜结构较为复杂，磷化膜组成成分随磷化液配比容易产生改变，其生成化学反应及机理主要为：磷化液目前已经商业化，且品种繁多，根据处理温度不同可分为高温、中温、低温;根据物理状态不同又可分为液体磷化液和粉状磷化剂;根据组成成分又可分为：锌系、锌钡系、锰系、锌钙系、锌锰系磷化液等等。

锌系磷化液因为能够在各种温度下进行磷化，有助于冷加工成型，应用Z为广泛。而且，在汽车制造行业，采用低锌磷化，低锌磷化与阴极电泳配套性好，能够充分发挥阴极电泳的优势;中温锌系磷化处理工艺比较成熟，槽液控制jing准简便、促进剂配比宽泛、工序流程操作简便。在涂装行业中与各类涂装具有良好的配套性。

gao档一些钝化磷化液组成成分一般有氧化锌、磷酸、氟硅酸、铬醉以及辅佐成分。将这些成分按一定比例混合，用蒸馏水溶解到1L，再使用磷酸调节酸度到0.5～1.0，并放置一段时间后使用。目前高中温锌系磷化工艺的溶液成分含量高、磷化沉渣多，其中Zn2+含量在10～50g/L区间，沉渣的主要组成XFePO4·YZn(PO4)2…nH2O。

为了加速磷化成膜速度，一般增加NO-3、NO-2、C10-3以及有机硝基化合物等氧化促进剂。而且，为了改善磷化膜层的致密性和均匀度，通常在锌系磷化液中加入Ni2+、Mn2+、Ca2+等改性金属离子，这种复合磷化膜层具有成膜速度快、结晶细密且耐腐蚀性能较好等优点。

虽然锌系磷化处理工艺较为成熟，改进工艺较多，但是这种工艺能耗高、重金属离子含量高、废水废渣排放多、污染严重，不符合绿色环保及可持续发展要求。

2、陶化处理工艺

氟锆酸盐的钝化处理可以形成以氧化锆为主的无机膜，被称为陶化膜，应用也比较成熟，实现了无磷化处理。ZrO2无机非金属材料具有耐磨损、耐高温、耐腐蚀等特点，目前主要用在家电冷轧钢板、铝合金表面处理等领域。

ZrO2转化膜技术处理主要是在氟锆酸盐溶液里，在金属表面凝聚沉积转化成一种纳米氧化锆陶瓷膜涂层：（Me表示Fe、Zn、Al、Mg等基材）

其优点主要有：机械性、耐酸碱、热稳定性良好，槽液稳定便于控制，与原有涂装工艺和涂装设备基本相容，工艺流程简短、成膜速率在30s内，沉渣少，无COD、BOD，不含磷酸盐，质量稳定，工艺参数可实现自动化控制，大幅降低了水消耗，降低了废渣、废水排放处理，减少了能耗、人力、设备维护等成本;而且适用于镀锌板、冷轧板、铝板等混线处理，在高度自动化的涂装车间、汽车前处理领域应用广泛。

在冷轧钢板钝化处理后具有优异的耐盐雾腐蚀性能;表面的陶化膜与环氧树脂漆层和聚氨酯漆层的附着力为0级。如下图所示，锆化液处理2min后的陶化膜，经过喷漆固化后的附着力测试。

陶化膜成膜时间和pH对成膜影响较大，陶化膜层较薄，裸膜耐蚀性能与磷化膜相比较差等缺点。

3、硅烷处理工艺

分子中含有与有机物和无机物同时反应的有机硅化合物被称为硅烷，这种偶联剂具有耐腐蚀性能好、无污染、涂层结合牢固特点，近年来广泛应用于金属表面处理领域。

硅烷化预处理工艺基于一种可以水解生成硅醇(-Si-OH)的硅烷试剂(X-Si(OR)3，X表示有机官能团，R为烷基)。硅烷水解产生的硅醇可以与金属表面的羟基形成Si-O-Me键(Me表示金属)，硅醇自身可缩合交联在金属表面形成一层硅烷膜保护膜。

硅烷化预处理化学方程式为：

硅烷化处理优点主要有：槽液可重复使用，无磷、重金属离子、沉渣等，不需要加热，处理时间较短，处理流程少，可省去表调工序，有效提高油漆对基材的附着力，可共线处理锌及锌合金(包括镀锌钢板)、铝及铝合金、铜合金、铁及铁合金(包括普通碳钢及不锈钢)、镁及镁合金等多种金属基材。

下图中，通过硅烷钝化液处理后，喷漆固化后的附着力测试发现，硅烷膜在碳钢片表面附着力可以达到0级，附着力较好。但是，硅烷膜膜层较薄，裸膜耐蚀性能与磷化膜相比，尚有差距。

4、陶化硅烷复合处理工艺

陶化和硅烷处理得到的转化膜与涂料结合的附着力均达到0级，但是陶化膜和硅烷膜的裸膜较薄，膜层的防腐蚀性能与磷化膜相比，尚有差距。但经过验证后，发现陶化和硅烷复合后，得到的转化膜膜层的防腐蚀性能与磷化相比相当，甚至优于磷化，并且与涂料结合后的附着力均到0级，甚至其他性能测试如：弯曲测试、冲击测试、常温水煮测试均达到0级，并且工艺流程简单、槽液参数控制简便、容易掌握，可以完全替代磷化，成为金属表面处理新工艺。工艺流程如下：

脱脂→水洗→水洗→陶化→水洗→水洗→硅烷→烘干→喷涂固化四种不同工艺的性能比较如下表所示。

不锈钢钝化处理技术

不锈钢钝化是一项新的不锈钢表面处理技术。在国外，这项技术广泛应用于不锈钢器具制造领域。目前，在国内也有大型不锈钢餐具生产厂家应用这项技术。生产实践证明，通过化学方法在不锈钢表面形成的钝化膜能特别有效地提高不锈钢器具的耐腐蚀性能。

不锈钢钝化是用化学溶解的方法除去不锈钢表面残留的铁或铁化合物，再用适度的氧化剂，如硝酸基溶液对不锈钢进行化学处理，目的是促进保护性惰性膜的形成。

一、不锈钢钝化处理前对机械冷、热加工的基本要求

为了降低机械冷、热加工造成的污染对不锈钢钝化处理所造成的不良影响，不锈钢钝化处理前的机械冷、热加工工序，应采取如下措施：

1、机械加工前后，不要使用铁、氧化铁、钢和锌等材料做成的工具清理不锈钢表面，建议使用碳化物或其他不会造成不锈钢表面污染的非金属工具。

2、不要使用在其他材料上使用过的磨轮、砂轮和刷子等工具清理不锈钢表面。

3、对不锈钢器具进行喷磨处理时，要使用干净的、未使用过的研磨料，如玻璃珠、无铁硅砂或铝砂，严禁使用钢丸、粗砂或用于喷磨其他材料的研磨料。

4、在进行热加工前，应彻底清洁不锈钢表面，防止污染物渗人材料的深层，因为钝化过程根本没有可能除去这些渗入材料深层的污染物。

5、在热处理过程中应防止生成氧化物，因为钝化过程不能去除氧化物，也不能穿透很深的氧化层。建议整个热处理过程使用环境可控制的热处理炉，防止氧化物生成。

二、不锈钢钝化处理前的预处理

1、预清洁

不锈钢除锈前，可选用蒸汽脱脂、浸洗、喷洒、带碱性或乳化剂的清洁器刷洗、蒸汽或高压水喷射等其中之一或多种相结合的方法，清理不锈钢表面的油脂、涂料、污泥、沙子和其他污染物。

2、除锈

不锈钢表面预清洁后，应用化学或机械、或者两者相结合的方法，除去因热成型、热处理、焊接或其他高温加工所产生的氧化膜。

①化学除锈(酸洗)：常用的化学除锈剂包括硫酸、硝酸和氢氟酸的水溶液，见下表。化学除锈过程应注意避免出现过度腐蚀。化学除锈后必须使用适当的中和措施清洗不锈钢表面。

②机械除锈：常用的机械除锈方法有：(磨料)喷砂法、电动磨光、砂纸打磨、滚磨和不锈钢丝刷清理。机械除锈所用的材料不应含有铁、氧化铁、锌和其他会造成不锈钢表面污染的物质。机械除锈过程中对重要部位，如已抛光表面，要有适当的保护措施。机械除锈后应清除除锈所用的材料。

3、清洗

不锈钢除锈后、钝化前应清洗干净，可使用如下方法之一或者多种相结合的方法清洗：

①使用碱性液体清洗油污、固体和半固体污染物;

②使用乳化剂清洗油污沉积物;

③使用有机溶剂，如脂肪族石油产品、氯代烃类产品或这两类产品的混合物，清洗不锈钢表面的污染物;

④使用易挥发性的氯化溶剂的热蒸汽清洗油污、石蜡和油脂类污染物;

⑤使用超声波清洗器加入某些溶剂和洗洁剂(某些合成洗洁剂含有有害成分，使用时应注意)可以清洗不锈钢器具难以清洗的死角;

⑥使用水蒸汽清洗大体积不锈钢器具;

⑦使用70MPa高压水清洗不锈钢表面的油脂、化学沉积物;

⑧使用酸性液体清洗铁或其他金属染物，然后用适当的中和措施清洗不锈钢表面;

⑨经上述清洗后，Z后用清水(固态物含量不超过200ppm)清洗不锈钢表面的化学、物理残留物。

4、清洗后检验

不锈钢经过预清洁、除锈和清洗后，干燥，然后检查表面清洗质量。

①目视检验：在光线良好的情况下，目视检验，不锈钢表面不得存在涂料、油脂、焊渣、热处理或热成型氧化膜、污垢、金属和磨料微粒等污染物。

②擦拭检验：用干净的纯白棉布，蘸高纯度溶剂，擦拭不锈钢表面，纯白棉布不得有可见的污染物。

③游离铁检验：将清洗后的不锈钢器具(如果体积太大，用同样的材料制作试样)置于湿度为95%～，温度为38℃～46℃可控箱内24h～26h，检查不锈钢表面，不得有生锈或其他腐蚀现象。

三、不锈钢钝化处理

不锈钢器具经过预清洁、除锈、清洗和清洗后检验工序后，进行钝化处理。不同的不锈钢牌号选择不同的钝化处理液，目前常用的有硝酸基和柠檬酸基钝化处理液。不锈钢钝化过程必须考虑的三要素是浓度、温度和时间。

1、硝酸基钝化处理液

不锈钢器具应在下面之一的水溶液中，在规定的温度下保持规定的时间。

①diyi种硝酸基溶液：溶液中硝酸的体积百分比为20～25，重酸钠的重量百分比为2.5+0.5。零件应浸在温度49℃～54℃溶液中至少20min。

②第二种硝酸基溶液：溶液中硝酸的体积百分比为20～45。零件应浸在温度21℃～32℃溶液中至少30min。

③第三种硝酸基溶液：溶液中硝酸的体积百分比为20～25，零件应浸在温度49℃～60℃溶液中至少20min。

④第四种硝酸基溶液：溶液中硝酸的体积百分比为45～55。零件应浸在温度49℃～54℃溶液中至少30min。

⑤第五种硝酸基溶液：溶液中硝酸浓度、溶液的温度和浸泡的时间的其他组合，添加或不添加促进剂，抑制剂或其他合适的化学药品，只要产生的钝化膜能满足要求均可。

2、柠檬酸基钝化处理液

①diyi种柠檬酸基溶液：溶液中柠檬酸的重量百分比为4～10，零件应浸在温度60℃～71℃溶液中至少4min。

②第二种柠檬酸基溶液：溶液中柠檬酸的重量百分比为4～10，零件应浸在温度49℃～60℃溶液中至少10min。

③第三种柠檬酸基溶液：溶液中柠檬酸的重量百分比为4～10，零件应浸在温度21℃～49℃溶液中至少20min。

④第四种柠檬酸基溶液：溶液中柠檬酸浓度、溶液的温度和浸泡的时间的其他组合，添加或不添加促进剂，抑制剂或其他合适的化学药品，只要形成的钝化膜能满足要求均可。

⑤第五种柠檬酸基溶液：溶液中柠檬酸浓度、溶液的温度和浸泡的时间的其他组合，添加或不添加促进剂，抑制剂或其他合适的化学药品，只要形成的钝化膜能满足要求均可。浴槽PH值为1.8～2.2。

3、水冲洗

从钝化液中取出的零件应立即用清水(固态物含量不超过200ppm)进行彻底的冲洗。

四、中和

从钝化液中取出的零件使用清水(固态物含量不超过200ppm)进行彻底的冲洗后。是否需要中和处理，应根据零件表面酸的残留量检测结果来决定。如，可将零件浸人5%NaOH溶液中(71℃～82℃)至少30min进行中和处理。

五、钝化后处理

如有要求，不锈钢钝化处理完成，用清水(固态物含量不超过200ppm)冲洗后一小时内.将铁素体和马氏体的不锈钢零件浸人重量百分比4～6，温度60～71℃的重铬酸na中，至少30min，然后进行彻底的冲洗，Z后吹干。

六、试验方法

1、浸水试验

此试验是用来测试试样表面的游离铁或其他的阳性污染物。将试验样板交替的浸人不生锈容器内的蒸馏水中1小时，取出自然干1小时，Z少进行12次。试验后样板不应有锈迹或去出游离铁的痕迹。

2、高湿度试验

此试验在特定的满足试验条件的容器内进行，试样浸人丙酮或甲基醇或用蘸丙酮或甲基醇的纱布擦试样表面将试样进行清洁。之后将其置于不流通的空气中或干燥箱中。然后将清洁和干燥了的试样置于湿度97±3%、温度38±3℃的容器内至少24小时，试验后样板不应有表明游离铁粒子存在的锈点或色斑。

3、用盐雾试验检验不锈钢钝化处理后的耐腐蚀能力

按GB/T10125规定的方法，将试样置于5%的盐溶液中至少2小时，试样不得有生锈或其他腐蚀现象。

4、检验大件不锈钢器具钝化处理后耐腐蚀能力

将一块在蒸馏水或除去矿物质的水中浸过的干净的纯白棉布放在大件不锈钢器具表面上，温度大于或等于10℃，至少60min，布与不锈钢的接触面积至少130cm2。在试验过程中，应保持试验的布块湿润。试验用的布块不应重复使用以防污染。将布块取下后，让试验表面在空气中自然干燥。然后进行检查，试验表面不得存在的锈点或色斑。

  2018-07-04 4507