不锈钢氧化皮的清除和酸洗.doc

精品文档第2章 不锈钢氧化皮的清除和酸洗 21 不锈钢氧化皮的清除 211 不锈钢氧化皮的结构 不锈钢表面存在的氧化皮结构致密，与基体附着力强，在以后的钝化、电镀、着色等装饰处理之前必须首先要清除干净。 (1)不锈钢氧化皮的化学组成。不锈钢内含有铬、镍、铁、少量的碳和硅，可能存在锰、钛，钼、钨等元素，在经过冶炼、熔铸、热轧、热处理、焊接等工艺过程中，不可避免地会生成氧化皮，氧化皮组成物中存在着多种多样的氧化物结构。不锈钢氧化皮化学组成物见表211。(2)不锈钢氧化皮的复杂性及其危害性。不锈钢氧化皮结构的复杂性使氧化皮的完整性受到破坏，不完整性包括膜的晶体结构和 第18页 电子结构的不均匀性。不完整的氧化皮不但没有装饰性外观，而且使金属表面电化学腐蚀加快。氧化膜中新的氧化物的形成，由于体积差异，会在金属表面产生应力，氧化物与基体的热膨胀系数不同，也会产生相应的应力。表面应力的存在加快了表面的应力腐蚀。因此，不锈钢表面因各种原因形成的不完整的氧化物、氧化皮有害无益。去除不锈钢表面的这些氧化皮对顺利进行下道工序加工，防止不锈钢表面腐蚀，保持表面光洁，延长不锈钢零部件使用寿命，具有重要的实际意义。 212 不锈钢氧化皮的清除 有机械法、化学法和电化学法。机械法已在第l章中的磨光、抛光、滚光等诸节中已阐述。由于不锈钢氧化皮组成的复杂性，要使表面氧化皮清除干净，又要使表面达到高度清洁和平整，并非易事。清除不锈钢氧化皮一般要采取分两步进行，第一步为预处理，第二步为去灰渣。 2121 不锈钢氧化皮预处理 预处理使氧化皮变得疏松，然后再进行酸洗易于除去。预处理又可分为下列方法。 (1)碱性硝酸盐熔融处理法。碱性熔融物含有氢氧化物87(wt)，硝酸盐13(wt)，熔融盐中两者比例应严格控制，使熔融盐具有最强氧化力、最低的熔点和最小的黏度。在生产过程中只分析硝酸钠含量不少于8(wt)。在盐浴炉中进行处理，温度为450470，时间对铁素体不锈钢为5min，奥氏体不锈钢30min。 在预处理过程中，铬的氧化物与碱发生反应生成物是亚铬酸钠： 抛光或电化学抛光，最后钝化。抛光的效果取决于表面的原始粗糙度，机械抛光后，表面光洁度越高，化学抛光或电化学抛光后的光洁度也越高，光亮度也越亮。 32 抛光对不锈钢的组织和性能的影响 321 表层微观组织形貌 (1)机械抛光的影响。对奥氏体镍铬不锈钢，如1Crl8Ni9Ti的机械抛光，仅靠磨料在很大的定向压力作用下整平表面，因此，表面存在一定量的塑性变形组织特征纤维组织，即拜耳培层。 (2)电化学抛光的影响。马胜利等研究厂1Crl8Ni9Ti不锈钢在磷酸硫酸体系电解液中电化学抛光后”，表层组织由典型的纤维状组织转变为均匀致密的颗粒状晶粒组织形貌。这显然与抛光过程机理有关。 通常当电流通过电解液时，不锈钢在阳极上，金属表面微观突凸处发生着优先溶解现象，且晶粒中不同晶面微观溶解速度也不相同，从而导致晶粒边缘的出现。但在不同电化学抛光条件下表面的显微组织形貌有很大差异。如在65(wt)磷酸、25(wt)硫酸、10(wt)水的电解液中，当阳极电流密度为30Adm2、；为70下抛光15min时，可获得较好的表面抛光效果。当阳极电流密度 1Crl8NigTi不锈钢电化学抛光时测得的阳极电位电流密度极化曲线见图31。从曲线可见，在AB区间，曲线成直线状，阳极表面金属只能溶解，不会形成钝化膜，因而被腐蚀，显露出结晶组织。从曲线B、C、D三点上看，阳极表面析出大量氧气附着在表面上，导致DA40Adn时表面出现腐蚀条纹。抛光或电化学抛光，最后钝化。抛光的效果取决于表面的原始粗糙度，机械抛光后，表面光洁度越高，化学抛光或电化学抛光后的光洁度也越高，光亮度也越亮。 1Crl8NigTi不锈钢电化学抛光时测得的阳极电位电流密度极化曲线见图31。从曲线可见，在AB区间，曲线成直线状，阳极表面金属只能溶解，不会形成钝化膜，因而被腐蚀，显露出结晶组织。从曲线B、C、D三点上看，阳极表面析出大量氧气附着在表面上，导致DA40Adn时表面出现腐蚀条纹。第4章 不锈钢电镀 41 概论 411 不锈钢钝化膜对电镀的影响 不锈钢是一种表面极易钝化的金属。钝化能使金属表面电极电位向正方向移动，从而使钝化表面很稳定，能经受腐蚀介质在一定时间一定范围内腐蚀不会被侵蚀。这层致密的钝化膜影响不锈钢基体与其上镀层间的结合力，明显地出现起泡、脱落；不明显的，表面镀层看似乎整，但经不起弯曲划痕等结合力试验。因此，要获得结合力可靠的镀层，彻底除去不锈钢表面钝化膜就是非常关键的问题。 412 不锈钢钝化膜的反复性 用一般酸洗活化法，例如，使用混合酸，即硝酸300mL乙氢氟酸lOOmL/L，盐酸30m/L温度50一60，时间11Omin，进行酸洗，企图使不锈钢表面钝化膜彻底除去，并立即电镀，镀层表面虽然很好，但经弯曲试验，镀层有起皮现象，表明镀层结合力不好。可以认为是镀层与基体不锈钢之间的钝化膜还是存在所致。 根据南京大学戴安邦教授在元素周期表一书中所阐述的“软硬酸碱理论”分析：不锈钢表面钝化膜中的铬离子和镍离子分别是“硬酸”和“交易酸”，酸洗液中氟离子为硬碱，它们之间有很强的亲和力，易生成配阴离子，牢固地吸附在表面，进而使金属表面与溶液之间又形成新的阻隔层。虽然这些配阴离子在酸性介质中会被溶解掉，但水洗后不可避免地保留部分配阴离子于不锈钢表面，生 第77页 成新的钝化膜。这就是用一般酸洗方法作为镀前处理不能满足不锈钢上电镀层结合力要求的原因。 413 电解活化预镀镍处理方法不锈钢电镀前处理方法之一 4L 31 阳极活化机理 在电解活化液中含有盐酸和氯化镍，在活化液中氯离子浓度很高。 在电解活化时，首先对不锈钢表面钝化膜进行阳极活化，阳极的电极过程为 在阳极活化过程中，初生态氯原子有很强的氧化性，它不断氧化新形成的表面金属铁等为离子。氯离子与不锈钢钝化膜表面形成的铁、铬、镍离子的配位体的稳定常数又较高，因此易生成配阴离子而不断溶解，于是溶解过程易于进行，起到了阳极活化作用。同时，不锈钢在阳极电解活化时，金属离子冲破氧化膜进入溶液，使金属与氧化膜之间起松动作用，与此同时，阳极初生态氯气的逸出，使得钝化膜更容易受到破坏，从而获得活化洁净的表面。 4132 预镀镍处理 在同一槽液中，利用换向闸刀开关，将极性变换，原来的阳极变成阴极进行预镀镍。 阴极电极过程：溶液中的镍离子接受电子转变为金属镍原子，覆盖在阴极表面上： 在这短短的瞬间镀上镍，避免了在不锈钢表面再形成钝化膜。镍层不要求一定的厚度，只要有一薄层覆盖在整个不锈钢表面上，避免再次钝化表面，然后随之