金属材料表面的预处理.ppt
金属材料表面的预处理,表面预处理的目的,(1)通过处理把金属材料表面的油垢、锈迹除尽；并使其短期内不发生风锈；获得符合搪烧要求的表面质量。(2)消除铁坯内部的应力，消除搪瓷材料制品由于铁坯应力而造成的变形、黑线、边碎裂等缺陷。(3)清除铸铁和厚钢板表面的碳。但残余应力不严重的簿钢板搪瓷材料制品一般不需要采用退火处理。,金属材料表面预处理的种类,目前多数厂的金属材料表面的预处理采用的方法主要有:.脱脂酸洗法小型产品、钢坯产品.烧油酸洗法特殊产品.烧油喷砂法大型产品、铸铁产品,金属材料表面预处理工艺流程,脱脂酸洗：油坯脱脂水洗1水洗2 酸洗水洗1水洗2 中和干燥检查清洁坯体,金属材料表面预处理工艺流程,烧油酸洗：油坯烧油酸洗水洗1水洗2中和干燥检查清洁坯体,金属材料表面预处理工艺流程,烧油喷砂：油坯烧油退火喷砂（抛丸）吹灰检查清洁坯体,脱脂的作用,脱脂是采用化学的方法或物理的方法把坯体上的油脂除去，达到清洁铁坯的作用。工厂常用的脱脂方法有高温退火与碱性脱脂两种方法。,高温退火,高温退火不仅可清除铁坯表面的油垢；可以消除制品在机械加工和焊接工艺中产生的局部应力；高温退火对铸铁坯胎及稍厚钢坯来说还起着表面脱碳的作用。,碱性脱脂,碱性脱脂是通过化学物品的溶液与铁坯表面的油脂起化学反应，发生皂化作用和乳化作用把油除去。碱性脱脂对提高产品质量、降低产品成本、减少能源消耗，改善劳动强度和环境保护都起到良好的作用。,化学脱脂的原理,乳化剂溶解于水时产生电离，当铁坯浸入溶液时，乳化剂中的憎水基团与油生亲和作用;亲水基团则指向脱脂液，使铁坯与油的表面能减弱;在溶液加热、搅拌对流中加速了分子的运动，从而使油与铁坯分离，呈现极微小的油滴，散布在脱脂液中，达到良好的除油效果.,化学脱脂的原理,1亲水基团；2憎水基团；3去油溶液；4油滴；5铁坯,化学脱脂液配方,名称水 100 100氢氧化钠 810 45 工业粉 35 35 水玻璃 35 23纯碱 04 23磷酸钠 04 23,工业粉的结构,R SO3Na 憎水基团 亲水基团,脱脂液配方的选择原则,(1)所采用化工原料要能保证正常供应；(2)用量少而效果要好；(3)成本要低；(4)工艺范围（温度、时间）宽，便于操作；(5)安全；(6)对环境无污染，废液易于处理。,化学脱脂温度与时间的关系,化学脱脂的工艺及操作要求,浸洗法喷淋法,化学脱脂的工艺及操作要求,将铁坯置于篮筐中，在进入脱脂液槽时，要求铁坯全部浸入溶液中，摇动或翻动篮筐，使铁坯的每个部位充分接触脱脂液.脱脂的温度必须保持在8085之间，时间为58分钟，然后投入加热的清水槽进行漂洗。随着生产的不断进行，脱脂溶液中各种化工原料浓度也逐渐下降。为此，必须定期添加新料，一般每天补加一次。添加新料时，可先用中和滴定法测得溶液的总碱量，然后按需要进行适当添加。也有用经验数据添加的，按每日生产的情况，估计各种原料的消耗量进行添加的。,酸洗的作用,酸洗作用：酸溶液与铁坯表面的氧化层和铁锈进行化学反应，生成铁盐，脱离铁坯，达到除锈的目的。氧化层的化学成分：FeO，Fe2O3，Fe3O4的混合物。铁锈的化学成分：Fe(OH)2,Fe(OH)3，Fe2(OH)2CO3，Fe(OH)CO3的混合物。,酸洗原理,氧化层与H2SO4的反应：FeO+H2SO4FeSO4+H2O（1）Fe2O3+3H2SO4Fe2(SO4)3+3H2O（2）Fe3O4+4H2SO4FeSO4+Fe2(SO4)3+4H2O（3）Fe+H2SO4FeSO4+H2（4）氧化层与HCl的反应：FeO+2HClFeCl2+H2O（5）Fe2O3+6HCl2FeCl3+3H2O（6）Fe2O3+8HClFeCl2+2FeCl3+4H2O（7）Fe+2HClFeCl2+H2（8）,铁锈与酸的反应与H2SO4的反应：Fe(OH)2+H2SO4FeSO4+2H2O（9）2Fe(OH)3+3H2SO4Fe2(SO4)3+6H2O（10）Fe2(OH)2CO3+2H2SO42FeSO4+CO2+3H2O（11）2Fe(OH)CO3+3H2SO4Fe2(SO4)3+2CO2+4H2O（12）Fe+H2SO4FeSO4+H2（13）与HCl的反应：Fe(OH)2+2HClFeCl2+2H2O（14）Fe(OH)3+3HClFeCl3+3H2O（15）Fe2(OH)2CO3+4HCl2FeCl2+CO2+3H2O（16）Fe(OH)CO3+3HClFeCl3+CO2+2H2O（17）Fe+2HClFeCl2+H2（18）,酸洗原理,酸洗原理,以上反应中，(2)，(6)与(3)，(7)反应较慢，因Fe2O3与Fe3O4在酸中不易溶解，只有当氧化膜中有杂质存在时，或有微裂纹间隙时，反应才能顺利进行。(4)，(8)，(13)，(18)是金属直接与酸反应放出氢气，这一反应虽能把Fe2O3与Fe3O4还原成FeO，加快了酸洗速度，但由于酸对金属的腐蚀使铁坯损耗量增大，另外铁坯有吸附氢的作用，这样的铁坯搪烧后所得的搪瓷材料制品易产生冷爆，故在酸洗的过程中应对此有足够的重视。,酸液的浓度、温度和酸洗时间关系,酸洗的浓度与酸洗时间，一般来说成反比关系(若温度为常数)，酸液的浓度增加，反应速度加快，酸洗时间相应减少；但酸液的浓度超过一定范围(约2530%)时，浓度增加，反应速度减慢，酸洗时间延长。在酸液浓度为常数的情况下，温度愈高，反应速度愈快，酸洗时间缩短。相反，温度降低，酸洗时间必须延长。,缓蚀剂的作用,为了降低金属坯体在酸中的溶解度，防止酸洗时造成的过度腐蚀现象，在酸洗中添加适量的缓蚀剂是必要的，用量为0.10.2%。属于这类缓蚀剂的有若丁、皂荚、酚、吡啶等。缓蚀剂的作用是，当酸溶液把铁坯表面的氧化皮或铁锈层逐渐溶解而暴露金属铁时，缓蚀剂随即在金属铁表面形成很薄的保护膜，从而达到阻止或减少酸分子与金属的接触，起到缓蚀作用。,缓蚀剂的作用,缓蚀剂在酸洗中的缓蚀作用，只是相对的，如果酸液温度升高，时间延长，还是会产生铁坯的过腐蚀现象。酸液中添加适量的缓蚀剂有很多的优点，能减少酸的消耗量，创造良好操作条件，加强劳动保护，能减少制品的酸泡、冷爆等缺陷，有利于提高产品质量。,酸洗的操作要求,将去油后尚含有锈蚀的铁坯浸入酸洗槽时，篮筐应轻轻地进入液面，防止酸液溅出，伤害人体。操作时要严格控制酸液温度及酸洗时间。酸液温度过高，铁坯与酸液反应激烈，会引起铁坯酸泡，并有严重酸雾挥发，污染操作环境，影响人体健康及机械、电器设备的寿命。温度过低，铁坯与酸液反应缓慢，影响产量。同时，时间过长会引起酸泡等缺陷。,酸洗的操作要求,在酸洗时，铁坯必须全部浸没在溶液中，并摇动篮筐或翻动铁坯，使其全部接触酸液、反应完全。在酸洗过程中，要注意硫酸的消耗量，在酸洗了一定量的铁坯后，应添加新液，并定期清除槽底的沉淀物。当酸液变绿色时，说明有大量的硫酸亚铁存在，应即更换新液。,中和的作用,洗涤就是把脱脂或酸洗取出的铁坯用热水或冷清水进行充分漂洗；把铁坯表面的余液、残留物除去；达到清洁铁坯的作用。,中和的作用,第一是去除铁坯毛孔中的余酸，达到进一步清洁铁坯的目的；第二是铁坯经中和后表面留有碱液，烘干后形成一层碱性薄膜，可阻止金属铁与空气中氧气、水蒸气的接触，起到短期的防锈作用；第三是有助于克服或减少底釉麻点等缺陷。,中和液配比和工艺,(1)烧碱0.51.0%，亚硝酸钠0.20.5%，水98.599%；温度室温，时间23分钟。(2)纯碱0.51.0%，亚硝酸钠0.20.5%，水98.599%；温度室温，时间23分钟。,中和液配比和工艺,(3).硼砂0.51.0，水99；温度2030，时间23分钟,脱脂酸洗,脱脂酸洗,烧油喷砂,烧油喷砂,披镍处理（化学镀镍）,披镍处理的作用增加搪瓷材料与铁坯的密着强度；减少产品冷爆和其它缺陷；对无底釉一次涂搪的铁坯的特殊要求。披镍处理（化学镀镍）应在酸洗处理后进行。,披镍处理（化学镀镍）,披镍常用的化工原料是硫酸镍（NiSO47H2O兰色晶体或NiSO45H2O绿色晶体）。用浓度为1025克/升的硫酸镍及浓度为1.5克/升的硼酸配制成溶液、溶液pH值在46、加热至6080，将酸洗后的铁坯浸入溶液中，时间610分钟，然后把铁坯从溶液中取出，经洗涤、中和、烘干即达到披镍的目的。,披镍处理（化学镀镍）,在处理过程中，要严格控制:pH值温度时间浓度并不断补充新液，保证溶液为规定的浓度。,披镍处理（化学镀镍）,对溶液中过量的FeSO4，进行化学处理消除，否则会影响披镍质量。化学镀镍的反应机理是，因铁的活泼顺序在镍的前面，它可以从硫酸镍溶液中置换出金属镍，沉积于铁坯表面，这即可进行披镍。反应式为：Fe+NiSO4FeSO4+Ni,披镍处理（化学镀镍）,由于披镍处理增加了工序和生产成本，故应用不多。对无底釉一次涂搪产品的发展，有重要的使用价值。,光亮退火,光亮退火是把铁坯置于保护气体中进行退火。一般采用的保护性气体有氮(N2)，氢(H2)，氨(NH3)及灯用煤气（内含H2 50%，CH4 3033%，CO 9%，N2 1%.童质碳氢化合物4%）等。光亮退火温度为750900，时间为24分钟。,光亮退火,此时进行的反应，根据保护气体成分不同而不同，(1)表面附着的油脂分解和蒸发(2)钢表面的碳部分地与表面氧化层反应如下式：C+FeOCO+Fe(3)残余氧化亚铁还原成铁：FeO+COFe+CO2 或 FeO+H2Fe+H2O(4)碳在氢气中形成甲烷：C+2H2CH4,光亮退火,光亮退火方法可使铁坯表面的油垢在高温下分解和蒸发，同时可消除铁坯加工成型时留下的内部应力，并能使轻度氧化的铁坯进行还原；光亮退火还能对含碳量较高的铁坯起表面脱碳作用。这种铁坯处理法有其一定的优点，但它的工艺条件非常严格；而且铁坯上不许有锈迹，因此目前很少采用，在今后的生产中有待进一步探讨。,打砂（又叫喷砂）,打砂，就是用细金刚砂在压缩空气的推动下，把砂喷打在经过烧油的铁坯表面上，利用硬砂粒向铁坯表面撞击摩擦，达到去除表面氧化铁和杂质的目的。此种方法适用于铸铁坯体及厚钢板成型铁坯的表面处理，即大件的卫生搪瓷材料、反应锅、管道等，一般日用搪瓷材料厂很少采用。,铸铁坯的搪前处理,铸件在浇注时表面会形成一层硅酸盐层（主要是硅酸铁）及氧化层，并且也常常会生成渗碳体层（Fe3C）。铸铁表面还会沾污砂、石墨和油斑，同时，铸件在冷却过程中还会产生内应力。如果不清除这些杂质和内应力；在搪烧时会产生很多缺陷（如:气泡、细孔、针孔等）；,搪前处理的方法,a.热处理（生烧或预烧）热处理目的在于消除铸铁件表面：油斑内应力破坏在一定条件下产生的渗碳体（使它向石墨转化）及表面脱碳。,搪前处理的方法,热处理的方法是将坯体置于850900的炉中进行退火。热处理的温度不宜过高，过高的温度又会使石墨重新转化为渗碳体。各种铸铁件的热处理时间各不相同，要根据品种、铸铁坯的璧厚来决定。,搪前处理的方法,b.机械清洁（喷砂或打砂）清除表面夹杂，是搪前处理极为重要的一道工序。同时经过喷砂处理后，能人为地使表面粗糙，以促进制品的密着。喷砂处理用的材料有金刚砂(SiC)、45号钢丸、淬火白口铁、硬质合金、刚玉、碳化钨、碳化硼等。目前最常用的有金刚砂，淬火白口铁等。喷丸的直径一般在814目左右，喷丸的形状一般以尖角的为佳，但尖角的喷丸易磨损皮管，使用的压缩空气的气压为46105帕；喷出砂流以45的角度射向制品表面。,搪前处理的方法,压缩空气必须进行过滤，不允许含水和油蒸气，否则会污染铸铁件表面。喷砂操作时，每平方米的表面大约消耗5070千克的砂子，空气消耗量为1620立方米。铸件经过喷砂后，须经检查。发现缺陷应加以焊补。用中软砂轮磨去浇口、毛刺、粘砂、飞边等。并将焊补处、边沿部位磨平。,思考题,1.金属表面预处理的主要目的？2.目前搪瓷用金属表面预处理主要有哪几种？3.各种表面预处理的工艺流程和工艺参数？4.任何鉴别表面预处理的好坏？,
