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劉林森1 ，薛雯娟1 ，王開陽1 ，蔣顯全1，2 ，程仁菊1 ，劉文君1
( 1. 重慶市科學技術研究院，重慶401123; 2. 西南大學材料科學與工程學院，重慶401123)
[摘要] 我國電鍍鋅鋼板市場需求供不應求，但是由于質量因素和制造工藝水平的制約，我國需要進口大量電鍍鋅鋼板。而電鍍的質量與電鍍前處理息息相關，電鍍前處理包括粗糙表面的整平、除油和除銹。對目前電鍍前處理技術的研究現(xiàn)狀和進展做了簡述。
[關鍵詞] 電鍍; 前處理; 電化學; 進展
[中圖分類號] TQ639. 1 [文獻標識碼] A [文章編號] 1001 - 1560( 2013) 增刊1 - 0096 - 03
0· 前言
電鍍鋅鋼板具有良好的耐腐蝕性、加工性、可焊性和涂漆性，主要用于汽車、家電、電子、輕工業(yè)等行業(yè)[1 ，2]。隨著我國汽車、家電、電子行業(yè)的迅速發(fā)展，我國電鍍鋅鋼板市場呈現(xiàn)供不應求的情況[3]。由于質量因素和制造工藝水平的制約，使我國電鍍鋅鋼板產(chǎn)品仍以進口為主。電鍍前處理主要包括粗糙表面的整平、除油、除銹( 又稱活化、浸蝕) 。除銹即除去表面的氧化物、銹蝕物、鈍化膜等( 包括強浸蝕、電化學浸蝕和弱浸蝕) 。若電鍍之前，工件表面不清潔或者有銹、油等，則沉積出來的鍍層與基體結合不牢，輕者起泡，重者起皮、脫落，且鍍層往往是不連續(xù)的，甚至是疏松的。電鍍前處理不當，得不到合格的電鍍層，造成材料和能源的浪費。因此，電鍍前處理技術對于電鍍質量起著至關重要的作用。
1· 電鍍前處理技術
1. 1 粗糙表面的整平
目前，國內外粗糙表面常用的整平技術主要有磨光、拋光、滾光、噴砂等方法，拋光分為機械拋光、化學拋光和電解拋光。
化學機械拋光( CMP) 技術最早出現(xiàn)在20 世紀80 年代中期，由IBM 公司利用Strasburgh 公司生產(chǎn)的拋光機在EASTFISHKILL 工程進行CMP 工藝開發(fā)的。目前，CMP 技術已經(jīng)發(fā)展成以化學機械拋光機為主體，集在線檢測、終點檢測、清洗、甩干等技術于一體的化學機械平坦化技術[4]。這對精密元件和器件，如集成電路、半導體元件表面清洗有著生產(chǎn)效率高，表面清潔度好，但投資大，對于拋光介質要求嚴格。
表面滾磨光整加工技術[5]: 將零件置于盛有加工介質( 磨塊、磨劑、水等) 的容器中，加工時，通過零件和磨塊之間的相對運動，使處于游離狀態(tài)的磨塊以一定的力對零件表面進行碰撞、滾壓、滑擦、刻劃的微量磨削作用，改變零件表面的幾何特征，從而降低表面粗糙度值，增加表面輪廓支承率，改變表面紋理，去除毛刺等，改善表面層的物理力學性能，提高表面顯微硬度，表面形成變質層，改善表面應力狀態(tài)等，提高零件的清潔度，綜合改善零件的表面完整性，提高零件及其產(chǎn)品的使用性能和壽命，達到對零件表面光整加工的目的。目前，表面滾磨光整加工技術還停留在定性的理論研究、實驗分析的階段。如何對其定量化研究、開發(fā)適用于特殊零件的表面滾磨光整工藝仍是難題。復合光整加工方法有利于優(yōu)勢互補，是表面滾磨光整加工的一個發(fā)展方向。
針對傳統(tǒng)的拋光方法在加工過程中無法對加工過程和主要的參數(shù)進行精密的控制以致無法實現(xiàn)確定性的加工提出來的，確定性拋光技術就是采取各種各樣的手段對諸如拋光速率、傾斜角度、磁場強度等因素實現(xiàn)對拋光過程的控制[6]，目前，這類技術主要有磁流變拋光、離子束拋光、磁射流拋光、氣囊拋光等確定性拋光方法。
電化學拋光是在一定電解液中金屬工件作為電極，使其表面粗糙度下降，光亮度提高，并產(chǎn)生一定金屬光澤的技術[7]。該技術由R. Winer 等人在銀電化學拋光方面的第一個專利首次提出[8]。法國P. A. Jacquet 在銅和鎳方面的研究把該技術推廣到工業(yè)化[9]。電化學拋光與化學、機械拋光相比，能夠處理機械拋光、化學拋光無法拋到的凹處，而且內外色澤一致，光澤持久，生產(chǎn)效率高，成本低廉和去除應力集中的效果。因此，電化學拋光應是未來拋光領域發(fā)展的一個方向。
目前，趙峰等[10]在文中提出了幾種新型的復合電化學拋光技術。磁場輔助電化學拋光是指在電化學拋光時，在電極間引入外加磁場，使得陽極電解溶解的金屬離子在洛侖茲力和電場力的共同作用下改變其運動軌跡與速度，最終實現(xiàn)降低材料表面粗糙度的一種復合拋光新技術。超聲波電化學拋光是將電化學作用與超聲波振動作用相結合的一種復合拋光技術，可大大提高拋光效率[11]。脈沖電化學拋光是采用脈沖電源代替直流電源，利用非線性電解液、工具陰極與工件陽極之間保持較小的加工間隙的一種工件表面拋光方法。
1. 2 除油
除油，又稱脫脂，在進行電鍍之前，必須清除零件表面上的油污，除油效果直接影響電鍍質量。工件表面的油脂主要是各種碳氫化合物，有些與堿不起反應，不可皂化，故稱為非皂化油，去除這種油只能依靠乳化或溶解作用來實現(xiàn); 而另一些油與堿發(fā)生皂化作用，稱為皂化油，可通過皂化、乳化和溶解作用去除這種油。常用的除油方法有: 物理機械法除油、有機溶劑除油法、化學除油法、電化學除油法以及上述方法的聯(lián)合法。
電化學除油是在堿性溶液中，以零件為陽極或陰極，采用不銹鋼板、鎳板、鍍鎳鋼板或鈦板為第二電極，在直流電作用下將零件表面油污除去的過程。電化學除油液與堿性化學除油液相似，但其主要依靠電解作用強化除油效果，通常電化學除油比化學除油更有效，速度更快，除油更徹底。
電化學除油除了具有化學除油的皂化與乳化作用外，還具有電化學作用。在電解條件下，電極的極化作用降低了油與溶液的界面張力，溶液對零件表面的潤濕性增加，使油膜與金屬間的黏附力降低，使油污易于剝離并分散到溶液中乳化而除去。在電化學除油時，不論是制件作為陽極還是陰極，其表面上都有大量氣體析出。當零件為陰極時( 陰極除油) ，其表面進行的是還原反應，析出氫氣; 零件為陽極時( 陽極除油) ，其表面進行的是氧化反應，析出氧氣。電解時金屬與溶液界面所釋放的氧氣或氫氣在溶液中起乳化作用。因為小氣泡很容易吸附在油膜表面，隨著氣泡的增多和長大，這些氣泡將油膜撕裂成小油滴并帶到液面上，同時對溶液起到攪拌作用，加速了零件表面油污的脫除速度[12]。
1. 3 除銹
最常用的除銹方法是浸蝕法與機械法。浸蝕主要有化學浸蝕和電化學浸蝕。浸蝕過程中往往還采用電解及超聲波振蕩等輔助措施，以達到去除某些較厚致密的氧化皮的目的。
電化學浸蝕利用直流電( 也可用交流電) ，在浸蝕液中去除金屬表面的氧化皮、廢舊鍍層及其他腐蝕產(chǎn)物。零件作為陽極時成為陽極浸蝕，零件作為陰極時成為陰極浸蝕，或陰極-陽極聯(lián)合浸蝕。零件在陽極依靠電化學溶解、電極上析出氧氣的機械剝離以及化學溶解作用將氧化物除去，所以浸蝕速度快、表面質量好，不存在氫脆和雜質在零件表面沉積，在生產(chǎn)上應用得較多，但不可避免基體金屬的溶解。
零件的陰極浸蝕，主要是依靠電極上析出氫氣的機械剝離和化學溶解作用、氫對氧化物的還原作用等。不存在電化學溶解，大大降低了基體金屬過腐蝕的危險。但因大量析出氫帶來了嚴重的氫脆問題，高強度鋼及對氫脆比較敏感的合金鋼及彈簧等不宜采用陰極浸蝕。
黑色金屬可在硫酸液中先在陰極進行較長時間的浸蝕，將氧化物基本除凈。然后轉向陽極短時間浸蝕，溶去在陰極浸蝕時附著在零件表面上的沉積物，并能減少氫脆的危害。這樣可以同時利用陰陽極浸蝕的優(yōu)點。
近年來，液體等離子體技術[13]被用來進行金屬表面的清洗和表面涂層處理。液體等離子體清洗的工作原理為將一種中性導電水溶液噴灑在生銹的金屬表面上或者將生銹的金屬浸泡在導電水溶液中，將生銹的金屬設定為陰極，在直流或交流電場作用下，在金屬表面產(chǎn)生等離子體，導致局部高溫將金屬銹去除。應用此技術可取代目前清洗行業(yè)的酸堿洗滌，改善工人勞動環(huán)境，減少環(huán)境污染和降低廢棄物的排放。
金屬前處理要根據(jù)具體要求而定，實際應用時，根據(jù)金屬種類和金屬表面狀況，而選用合適的電鍍前處理方法，或幾種組合運用。
2 ·結語
( 1) 我國汽車、家電、電子行業(yè)發(fā)展迅速，由于質量因素和制造工藝水平的制約，需要大量進口電鍍鋅鋼板，電鍍前處理技術與電鍍質量息息相關。
( 2) 電鍍前處理主要包括粗糙表面的整平、除油和除銹。電鍍前處理要根據(jù)不同的金屬和不同的金屬表面情況，確定一種合適的電鍍前處理方法，或者幾種前處理方法組合運用。
( 3) 電化學方法能夠達到整平粗糙表面、除油和除銹的目的，減少了電鍍前處理的工序，提高了效率節(jié)約了成本，保護了環(huán)境，是電鍍前處理一種非常有效、經(jīng)濟的方法。
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