浅析钢材表面处理

1、 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0.40.6MPa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

2、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，

3、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

4、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0.23.0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

5、、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2.53m/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

6、 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65m，对厚板不小于86m。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

7、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 80m100m）。最后用环氧树脂或氯丁

8、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

9、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（538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

10、后4小时之内不得淋雨。涂层一般做45遍。 干漆膜总厚度室外工程为150m，室内工程为125m，允许偏差 为25m。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200220m。 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

11、 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。 判定标准及要因判定标准及要因 附着量：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：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：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、

12、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60200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

13、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 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

14、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

15、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

16、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

17、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

18、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；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机械性能。钢材制件不影响材料的机械性能。 渗锌紧固件 渗氮，是在一定温度下一定介质中使氮原子 渗入工件表层的化学热处理工艺。常见有液 体渗氮、气体渗氮、离子渗氮。传统的气体 渗氮是把工件放入密封容器中，通以流动的 氨气并加热，保温较长时间后，氨气热分解 产生活

19、性氮原子，不断吸附到工件表面，并 扩散渗入工件表层内，从而改变表层的化学 成分和组织，获得优良的表面性能。如果在 渗氮过程中同时渗入碳以促进氮的扩散，则 称为氮碳共渗。常用的是气体渗氮和离子渗 氮。 优点：工件表面获得高硬度,高耐磨性,高疲 劳强度和高热硬性和良好耐蚀性,因氮化温度 低,变形小,应用广泛。 活性屏离子渗氮技术（Active Screen Plasma Nitriding，简称ASPN技术） 渗氮产品 镀达克罗 一、定义 达克罗是DACROMET译音和缩写，简称达克罗、达克锈、迪克龙。 国内命名为锌铬涂层，是一种以锌粉、铝粉、铬酸和去离子水为主要成 分的新型的防腐涂料。 二、达克

20、罗涂液的成分 达克罗涂液种类繁多，但涂液的基本组成可归纳如下： 1.金属物：由锌、铝等物质组成，主要为超细鳞片状锌、超细鳞片 状铝。 2.溶剂：为惰性有机溶剂，如乙二醇等。 3.无机酸组分：如铬酸等。 4.特殊有机物：为涂液的增粘分散组份，主要成份为纤维素类白色 粉末。 三、达克罗的防腐机理 达克罗膜层对于钢铁基体的保护作用可归纳为以下几点： 1.壁垒效应：由于片状锌、铝层状重叠，阻碍了水、氧等腐蚀介质 到达基体的进程，能起一种隔离的屏蔽作用。 2.钝化作用：在达克罗的处理过程中，铬酸与锌、铝粉和基体金属 发生化学反应，生成致密的钝化膜，这种钝化膜具有很好的耐腐蚀性能。 3.阴极保护作用：锌铝

21、铬涂层最主要的保护作用与镀锌层一样，是 对基体进行阴极保护。 四、达克罗的工艺流程 有机溶剂除油机械抛丸喷涂烘烤二次喷涂烘 烤干燥 五、达克罗的优缺点 优点 达克罗是一种新型的表面处理技术，与传统的电镀工艺相比，达克罗是一种“绿色电镀”。其优势有 以下几点： 1.超强的耐蚀性能：达克罗膜层的厚度仅为4-8m，但其防锈效果却是传统电镀锌、热镀锌或涂料 涂覆法的7-10倍以上。采用达克罗工艺处理的标准件、管接件经耐盐雾试验1200h以上未出现红锈 。 2.无氢脆性：达克罗的处理工艺决定了达克罗没有氢脆(金属材料经过酸洗除锈或者电镀，这种都 有可能使材料中渗进原子态的氢。这样的氢原子进入金属的晶格内

22、，造成晶格的外扭，产生很大的内应 力，使金属镀层和基体的韧性下降，金属材料的就变脆了。这就是“氢脆”。同时往往还有起泡和针孔 等现象。应该说金属都有此现象，只是程度不同。一般对氢吸附能力强的金属此现象较明显。这些金属 中最大的是铬，其次是铁及其合金等，其他金属很小或者几乎没有。这些金属材料做以上加工后都要做 “驱氢”处理。处理方法一般是将金属放到烘箱里烘或者放到热油里加热。)现象，所以达克罗非常适 合受力件的涂覆。 3.高耐热性：达克罗可以耐高温腐蚀，耐热温度可达300以上。而传统的镀锌工艺，温度达到 100时就已经起皮报废了。 4.结合力及再涂性能好：达克罗涂层与金属基体有良好的结合力，而且与其他附加涂层有强烈的粘 着性，处理后的零件易于喷涂着色，与有机涂层的结合力甚至超过了磷化膜。 5.良好的渗透性：由于静电屏蔽效应，工件的深孔、狭缝，管件的内壁等部位难以电镀上锌，因此 工件的上述部位无法采用电镀的方法进行保护。达克罗则可以进入工件的这些部位形成达克罗涂层。 6.无污染和公害：达克罗在生产加工及工件涂覆的整个过程中，不会产生对环