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前处理酸洗工艺特点及控制方法

作者:东威表面

  和除油工序一样,酸浸蚀(酸洗)在镀前处理中具有重要位置,这两者相互配合应用于镀前处理生产中,其主要目的是清除金属镀品的锈及氧化皮。

  怎样掌握和管理酸浸蚀(酸洗)工序 ?

  通常,把用于清除大量氧化物称强浸蚀,把用于清除肉眼难以察觉的薄氧化膜叫弱浸蚀,其中又可分为化学浸蚀与电化学浸蚀。弱浸蚀用于强浸蚀之后即工件进入电镀工序之前的最后一道处理工序,是金属表面活化过程,在生产中容易被忽视,恰恰这正是电镀脱皮的原因之一。

如果弱浸蚀液就是下一步镀液中成分之一,或它的带入不至于影响镀液时,最好不经清洗,而将活化后镀件直接进入镀槽。

  如镀镍前用的稀酸活化液,为了确保浸蚀过程顺利进行,必须浸蚀前先进行除油,不然,酸和金属氧化物便不能很好接触,化学溶解反应便难以进行。

  因此,要掌握好酸浸蚀,同样必须从理论上弄清这些基本原理。 

  通常,去除钢铁件氧化皮,酸浸蚀主要使用硫酸和盐酸,方法简单,但实际生产中若不加注意,便很难达到预期目的。 

  硫酸的浸蚀工艺条件选择标准,通常是凭经验以酸洗后工件外观来识别,这毕竟不能定量控制。实践证明,硫酸酸洗时在40℃时去除氧化皮作用要比20℃时大得多,但温度进一步提高,其剥离效果并非成比例提高。

  同时,在浓度低于20%的硫酸中,随着浓度的增高,酸浸蚀速度加快,但浓度超过20%的酸浸蚀速度反而降低。为此,我们认为10%~20%硫酸浓度和60℃以下浸蚀的标准工艺条件较为适宜。还应注意的是硫酸溶液的老化程度,一般酸洗液中含铁量超过80g/L,硫酸亚铁量超过2.5g/L时,硫酸液即不可再用。

  此时,应将溶液冷却,使过量的硫酸亚铁结晶析出除去,再添加新酸到工艺要求为止。 

盐酸的酸浸蚀工艺条件选择标准,浓度一般宜控制在10%~20%,室温条件下进行。与硫酸相比,在浓度、温度相同条件下,盐酸浸蚀速度要比硫酸快1.5~2倍。 

酸浸蚀时究竟选用硫酸还是盐酸为好,这要视实际生产的具体情况而定,如在黑色金属强浸蚀时常用硫酸或盐酸,或者用二者按一定比例混合的“混合酸”。

  但是,选用什么样的酸进行化学强浸蚀,要根据钢铁件表面氧化物的组成和结构而定。同时,既要浸蚀的速度快,又要生产的成本低,且尽可能不使金属制品发生尺寸变形及渗氢,但必须了解在盐酸中氧化皮的除去,主要是靠盐酸对它们的化学溶解作用,而氢气的机械剥离作用比在硫酸中要小得多,所以,单独用盐酸时比单独用硫酸时酸的耗量要大一些。

  当镀件表面的锈和氧化皮含高价铁的氧化物多时,可以采用混合酸浸蚀,这样,既发挥了氢对氧化皮的撕裂作用,又加速了对其氧化物的化学溶解作用。但金属表面若只带有疏松的锈蚀产物(主要是Fe2O3),可单独用盐酸来浸蚀,因为其浸蚀速度快,基体溶解少,渗氢也小些。

但当金属表面为紧密的氧化皮时,单独用盐酸耗量多,成本高,同时对氧化皮的剥离作用比硫酸差,不如用硫酸好。 

  电解浸蚀(电解酸,电化学浸蚀)无论是阴极电解还是阳极电解PR电解法(周期性改变工件正负极电解法),都可在5%~20%硫酸溶液中进行。

  电解浸蚀与化学浸蚀相比较,更易迅速除去黏结牢固的氧化皮,对基体金属腐蚀小,操作管理容易,适合适合于电镀自动线。电解法在日本广泛用于去除不锈钢氧化皮。 

  国内阴、阳极电解酸洗,结合电解除油,用于镀前处理者不少。黑色金属阳极电解酸,适于处理大量氧化皮和锈的金属零件,多半可在室温下进行,升高温度可提高酸浸蚀速度,但不如化学酸浸蚀那么大,电流密度提高,酸浸蚀速度增快,但过高时基体金属即会钝化。

  总之,硫酸广泛用于钢、铜和黄铜的酸浸蚀。除以上所述外,硫酸与铬酸及重铬酸盐一起,用于铝去氧化和去挂灰剂。

  它与氢氟酸或硝酸或与二者一起,用于去除不锈钢氧化皮。盐酸的优点在于室温下能有效地酸洗许多金属,其缺点之一是必须注意防治HCl蒸汽酸雾污染。 

除此之外,还有硝酸、磷酸也常用于手工镀前处理。硝酸是许多光亮浸蚀剂的一种重要组成。它与氢氟酸混合应用于铝、不锈钢、镍基和铁基合金,钛、锆及某些钴基合金上的热处理氧化皮的去除。

  磷酸用于钢件除锈,还可用于不锈钢、铝、黄铜及铜的特种槽液中。磷酸—硝酸—醋酸混合酸用于铝件光亮阳极化的前处理,氟硼酸已证明是可用于铅基合金或带锡焊的铜或黄铜零件最有效的酸洗液。

  从应用技术上进一步研究和提高很有现实意义。但从发展的观点来看,必须认识到这些工艺目前还存在一些亟待改进的缺点:

①化学或电解除油,浸蚀都需要消耗大量的电能和热能。

有测算证明一条中等规模的装饰性镍铬电镀直线自动线,仅电化学除油耗电能,占整个线总耗电量的20%左右。

另外,用于化学和电解除油的升温和保温(蒸汽加热)耗热能量占整个线总热能量的40%~80%; 

②影响除油、浸蚀的因素多,尤其对几何形状复杂的镀件的适用性比较差; 

③增加供电设备、加热管、锅炉耗煤量和抽风设备等,加之前处理槽位多,占地面积大,耗能耗费大,维护困难,稍有管理不善,碱雾、酸雾等便会污染环境,影响质量。 

近年来,随着我国经济改革、节能科学与电镀技术的发展,市场上不断涌现不少能代替汽油清洗的金属清洗剂,以及各种节能的除油、除锈清洗剂和缓蚀、抑雾的添加剂。这些新产品与除油、除锈一步法新工艺的涌现,很快在应用中显示了其生命力。

它们共同的特点是低温或常温,静态节能效果好,安全无毒。目前,国内许多厂家也都在不断引进探索有关除油除锈等用于前处理的先进工艺和清洗剂,显然这都是可喜的发展趋势。