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化學(xué)表面處理技術(shù)詳解

2018-01-12 15:42:15 作者：本網(wǎng)整理來(lái)源：腐蝕與防護(hù) 分享至：

化學(xué)表面處理技術(shù)是一種能夠有效預(yù)防不銹鋼材料產(chǎn)生腐蝕的方法，而且這種處理手段性價(jià)比較高。經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)呐嘤?xùn)，這項(xiàng)技術(shù)中所使用的相關(guān)危險(xiǎn)化學(xué)品也可以得到有效的管理。

化學(xué)表面處理：

化學(xué)表面處理大致可以分為以下四類：

1. 酸洗：利用酸性物質(zhì)去除不銹鋼材料表面的雜質(zhì)（包括焊接或熱處理產(chǎn)生的高溫氧化物等），以及對(duì)部分腐蝕表面進(jìn)行刻蝕。“酸洗”主要是指去除一些不銹鋼表面上的物質(zhì)。

2. 使用鈍化劑：利用氧化性酸或化學(xué)物質(zhì)去除不銹鋼材料表面雜質(zhì)并提高表面的鉻含量。

3. 使用螯合劑：可去除表面污染物的化學(xué)物質(zhì)。

4. 電解拋光：電解拋光是一種能夠有效去除不銹鋼材料表面雜質(zhì)，并具有增加表面平滑度和增亮表面等額外好處的電化學(xué)處理技術(shù)。電解拋光同時(shí)也是一個(gè)電化學(xué)過(guò)程，它可以改善焊縫的粗糙度并且去除熱量，但這并不是為了使表面變得光亮或光滑。

酸洗：

酸洗是指通過(guò)化學(xué)方法從不銹鋼表面除去所有的高溫氧化物和相鄰的低鉻金屬層。通過(guò)焊接、熱處理或者研磨到可以看到含有氧化層的地方，在氧化層下面的鋼表面還有一個(gè)貧鉻層。

一般來(lái)說(shuō)，鉻元素含量越低，不銹鋼材料的耐腐蝕性越低。為了獲得最佳的抗腐蝕性能，必須及時(shí)去除受損的金屬層，使合金不銹鋼表面具有更好的完整性。

對(duì)于有些牌號(hào)的不銹鋼材料，可能需要較長(zhǎng)的酸洗時(shí)間。在這過(guò)程中有時(shí)還會(huì)產(chǎn)生一些嚴(yán)重的顏色問(wèn)題等，這通常是由于氣體吹掃不良造成的。

單獨(dú)的采用機(jī)械方法移除表面雜質(zhì)可能會(huì)留下磨料或其他顆粒（可能影響到材料的抗腐蝕性能），而且，這種單一的機(jī)械方法通常是不足以對(duì)表面進(jìn)行完全清理的。如果使用機(jī)械手段，則還需要進(jìn)行化學(xué)鈍化處理以獲得材料最佳的耐腐蝕性。

一個(gè)良好焊接的典型例子

酸洗過(guò)程有時(shí)會(huì)使用到一些強(qiáng)酸，例如使用氫氟酸（HF）和硝酸（HNO3）的混合物，去除污垢層和底部鉻耗盡層，以恢復(fù)其耐腐蝕性。HF和HNO3的混合物是最常見(jiàn)的并且通常是最有效的。值得一提的是，酸可以以凝膠或糊劑等不同的形式被使用。市售氫氟酸和硝酸的混合物大約含有高達(dá)25％的HNO3和8％的HF。酸洗解決方案還可以有效去除嵌入的污染物，如碳鋼、亞鐵和氧化鐵顆粒等。除HNO3和HF酸混合物以外，還有許多不同的酸洗溶液可以使用，有些酸洗溶液可以用于專門(mén)的應(yīng)用，但是它們的酸洗過(guò)程往往會(huì)稍慢一些。

在溶液與惰性載體混合的情況下，酸洗劑通常會(huì)被用于處理諸如焊接的選定區(qū)域。酸洗可能還會(huì)涉及到表面金屬的去除以及表面視覺(jué)亮度上的改變等。

電解拋光程序是酸洗的一個(gè)有效替代方案。然而，如果在酸洗之后再進(jìn)行電解拋光作為附加處理則會(huì)具有更加明顯的處理效果。電解拋光處理可以使得金屬表面雜質(zhì)被有效去除，而且通常還會(huì)導(dǎo)致表面更加明亮，光滑，同時(shí)具有更好的耐腐蝕性能。

鈍化處理：

鈍化處理指的是用酸溶液（或凝膠形式）對(duì)不銹鋼表面進(jìn)行清潔處理以除去污染物并促使在剛剛產(chǎn)生的表面上（例如通過(guò)研磨，加工或機(jī)械損傷處理等）形成一層鈍化膜。

鈍化處理主要是通過(guò)溶解不銹鋼表面上的所有碳鋼污染物，硫化物夾雜物（可能會(huì)破壞表面）等來(lái)提升不銹鋼材料的耐腐蝕性能。硝酸（HNO3）可以用來(lái)改善表面鉻元素的含量，此外，一些螯合劑也具有這樣的效果。

常見(jiàn)的鈍化處理包括HNO3溶液或糊劑形式，這些試劑能夠有效清潔不銹鋼表面而使其不含有其他鐵污染物。這些試劑配方中含有大約高達(dá)30％的HNO3，還可能含有一些其他類型的氧化劑，如重鉻酸鈉等。在正確使用時(shí)，HNO3處理不會(huì)影響到不銹鋼材料的外觀。

鈍化處理通常不會(huì)導(dǎo)致鋼表面出現(xiàn)明顯的變化，盡管進(jìn)行鏡面拋光后的表面應(yīng)該先進(jìn)行測(cè)試。不銹鋼的耐腐蝕性受拋光后表面的粗糙度的影響，隨著表面粗糙度增加到大約0.5微米的Ra值以上，耐腐蝕性會(huì)顯著降低。這大致與下面所討論的320磨砂研磨的表面相對(duì)應(yīng)。

鈍化處理和電解拋光一樣，都可以有效改善拋光表面的耐腐蝕性。

螯合劑：

金屬原子或離子與含有兩個(gè)或連兩個(gè)以上配位原子的配位體相互作用，生成具有環(huán)狀結(jié)構(gòu)的絡(luò)合物叫做螯合物。能生成螯合物的這種配體物質(zhì)叫螯合劑，也成為絡(luò)合劑。

用“螯”描述這類化合物，就是因?yàn)榉肿咏Y(jié)構(gòu)很像“蟹”的兩個(gè)大鉗子夾住金屬原子或離子。所以，螯合劑的這種化學(xué)“爪子”能夠有選擇性的清潔不銹鋼材料的表面。

一般情況下，羧酸基團(tuán)-COOH是可以用作清潔劑，水軟化劑和潤(rùn)滑劑的螯合劑的基礎(chǔ)。螯合劑在完成清潔、軟化或者潤(rùn)滑作用時(shí)，體系的pH值和溫度必須要滿足一定條件才能起到相應(yīng)的作用。含有這些-COOH官能團(tuán)“爪”的化學(xué)物質(zhì)包括檸檬酸和草酸以及EDTA（乙二胺四乙酸）等。由于不含有毒性，檸檬酸基的配方設(shè)計(jì)使用最為廣泛。

值得注意的是，利用螯合劑對(duì)相關(guān)的金屬管道或者容器進(jìn)行清洗的步驟是非常重要的。利用螯合劑進(jìn)行清洗往往需要基于專有知識(shí)和系統(tǒng)之上，相比于所描述的其他方法，螯合劑對(duì)不銹鋼材料進(jìn)行清洗缺乏足夠的標(biāo)準(zhǔn)體系。因此，螯合劑能否成功使用還需要根據(jù)具體情況來(lái)決定。

化學(xué)處理VS機(jī)械處理：

下圖顯示了不銹鋼材料的表面平滑度和化學(xué)處理對(duì)耐腐蝕性的相對(duì)重要性。請(qǐng)注意，酸洗或鈍化處理過(guò)，表面無(wú)光澤的36號(hào)砂礫表面比未經(jīng)處理的220號(hào)砂礫表面具有更好的耐腐蝕性。

電解拋光：

不銹鋼的電解拋光是通過(guò)去除一層較薄的表面層（特別是表面不平的時(shí)候），從而賦予其表面光澤的一種方法。

研究還表明，電解拋光有利于改善材料的耐腐蝕性。待拋光的工件是含有合適電解質(zhì)的電化學(xué)電池中的陽(yáng)極。電解拋光過(guò)程可以被認(rèn)為是電鍍的對(duì)立面，是制造不銹鋼的重要生產(chǎn)工具之一，此外，除了電解拋光還有機(jī)械拋光工藝。

一般來(lái)說(shuō)，電解拋光通過(guò)提供一種成本更加低廉的手段彌補(bǔ)了傳統(tǒng)機(jī)械拋光方法的許多不足，例如，電解拋光能夠處理許多形狀不規(guī)則或不易采用機(jī)械拋光的樣品。

電解拋光方法不應(yīng)該被指定用來(lái)去除不銹鋼材料的表面瑕疵，例如劃痕，毛刺，凹坑，刻度圖案，鍛造痕跡等，雖然當(dāng)這樣的缺陷很淺時(shí)，電解拋光也會(huì)這起到這樣的作用。但是，住的注意的是，最初存在于表面上的缺陷如果處理不當(dāng)則可能會(huì)大大加劇缺陷的擴(kuò)展。

進(jìn)行電解拋光前不銹鋼材料的表面狀態(tài)決定了最終成品的外觀。這些工藝也適用于鑄造不銹鋼。但是，除非事先進(jìn)行了機(jī)械預(yù)處理，否則最終的表面將不會(huì)像鍛造材料那樣光滑。

電解拋光過(guò)程中最常見(jiàn)的是磷酸和硫酸并結(jié)合高電流密度一起使用，以清潔不銹鋼的表面并使其更加光滑（通過(guò)去除一些金屬）。該過(guò)程將優(yōu)先攻擊表面上不平的峰和坑洼區(qū)域，與此同時(shí)，還會(huì)提高不銹鋼材料表面鉻元素的比例。

該技術(shù)可以對(duì)不銹鋼的外觀產(chǎn)生實(shí)質(zhì)性影響，能夠有效的增加表面光澤和亮度，同時(shí)僅將粗糙度降低約30％。

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責(zé)任編輯：殷鵬飛

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