化學表面處理技術(shù)詳解
2018-01-12 15:42:15
作者：本網(wǎng)整理 來源：腐蝕與防護
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化學表面處理技術(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比較高。經(jīng)過適當?shù)呐嘤枺@項技術(shù)中所使用的相關(guān)危險化學品也可以得到有效的管理。
化學表面處理：
化學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），以及對部分腐蝕表面進行刻蝕。“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處理技術(shù)。電解拋光同時也是一個電化學過程，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：
酸洗是指通過化學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貧鉻層。
一般來說，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。
對于有些牌號的不銹鋼材料，可能需要較長的酸洗時間。在這過程中有時還會產(chǎn)生一些嚴重的顏色問題等，這通常是由于氣體吹掃不良造成的。
單獨的采用機械方法移除表面雜質(zhì)可能會留下磨料或其他顆粒（可能影響到材料的抗腐蝕性能），而且，這種單一的機械方法通常是不足以對表面進行完全清理的。如果使用機械手段，則還需要進行化學鈍化處理以獲得材料最佳的耐腐蝕性。
一個良好焊接的典型例子
酸洗過程有時會使用到一些強酸，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的應(yīng)用，但是它們的酸洗過程往往會稍慢一些。
在溶液與惰性載體混合的情況下，酸洗劑通常會被用于處理諸如焊接的選定區(qū)域。酸洗可能還會涉及到表面金屬的去除以及表面視覺亮度上的改變等。
電解拋光程序是酸洗的一個有效替代方案。然而，如果在酸洗之后再進行電解拋光作為附加處理則會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，而且通常還會導(dǎo)致表面更加明亮，光滑，同時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）對不銹鋼表面進行清潔處理以除去污染物并促使在剛剛產(chǎn)生的表面上（例如通過研磨，加工或機械損傷處理等）形成一層鈍化膜。
鈍化處理主要是通過溶解不銹鋼表面上的所有碳鋼污染物，硫化物夾雜物（可能會破壞表面）等來提升不銹鋼材料的耐腐蝕性能。硝酸（HNO3）可以用來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，HNO3處理不會影響到不銹鋼材料的外觀。
鈍化處理通常不會導(dǎo)致鋼表面出現(xiàn)明顯的變化，盡管進行鏡面拋光后的表面應(yīng)該先進行測試。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，耐腐蝕性會顯著降低。這大致與下面所討論的320磨砂研磨的表面相對應(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或連兩個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，就是因為分子結(jié)構(gòu)很像“蟹”的兩個大鉗子夾住金屬原子或離子。所以，螯合劑的這種化學“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-COOH是可以用作清潔劑，水軟化劑和潤滑劑的螯合劑的基礎(chǔ)。螯合劑在完成清潔、軟化或者潤滑作用時，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“爪”的化學物質(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)計使用最為廣泛。
值得注意的是，利用螯合劑對相關(guān)的金屬管道或者容器進行清洗的步驟是非常重要的。利用螯合劑進行清洗往往需要基于專有知識和系統(tǒng)之上，相比于所描述的其他方法，螯合劑對不銹鋼材料進行清洗缺乏足夠的標準體系。因此，螯合劑能否成功使用還需要根據(jù)具體情況來決定。
化學處理VS機械處理：
下圖顯示了不銹鋼材料的表面平滑度和化學處理對耐腐蝕性的相對重要性。 請注意，酸洗或鈍化處理過，表面無光澤的36號砂礫表面比未經(jīng)處理的220號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去除一層較薄的表面層（特別是表面不平的時候），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)的電化學電池中的陽極。電解拋光過程可以被認為是電鍍的對立面，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械拋光工藝。
一般來說，電解拋光通過提供一種成本更加低廉的手段彌補了傳統(tǒng)機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)則或不易采用機械拋光的樣品。
電解拋光方法不應(yīng)該被指定用來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，雖然當這樣的缺陷很淺時，電解拋光也會這起到這樣的作用。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則可能會大大加劇缺陷的擴展。
進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，除非事先進行了機械預(yù)處理，否則最終的表面將不會像鍛造材料那樣光滑。
電解拋光過程中最常見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（通過去除一些金屬）。該過程將優(yōu)先攻擊表面上不平的峰和坑洼區(qū)域，與此同時，還會提高不銹鋼材料表面鉻元素的比例。
該技術(shù)可以對不銹鋼的外觀產(chǎn)生實質(zhì)性影響，能夠有效的增加表面光澤和亮度，同時僅將粗糙度降低約30％。
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