表面工程技术的预处理工艺与作业

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1、表面工程技术的预处理工艺与作业环境所有表面工程技术在工艺实施之前都必须对材料表面进行预处理，以便提高表面覆层的质量以及覆层与基材的结合强度。表面预处理称为表面调整与净化，而将采取各种加工方式使基材表面达到一定粗糙度的过程称为表面精整。大量实践证明，预处理是表面工程技术能否成功实施的关键因素之一。表面清洁度与表面粗糙度是表面工程技术预处理工艺的两个最重要指标。一方面，表面清洁度过低，不但会影响覆层的完整性、附着力、耐蚀性、装饰性和功能薄膜性能的连续性，严重时甚至不能够实施表面工程技术；另一方面，不同的表面工程技术对零件或制品表面粗糙度的要求也不同。例如，对涂装与热喷涂工艺而言，零件或制

2、品表面需要有一定程度的粗糙度。对于装饰性电镀，一般要求金属表面平整光滑，因为电镀层较薄且透明，粗糙的表面影响制品的美观。对微电子工业中各种功能薄膜的制备来说，要求基片表面达到镜面平整，否则容易损害功能薄膜的连续性。机械性清理借助机械力除去材料表面上的腐蚀产物、油污及其它各种杂物，以获得清洁表面的过程，就称为机械性清理。机械性清理工艺简单，适应性强，清理效果好，适用于除锈(包括氧化皮和其它腐蚀物)、脱脂、除型砂、去泥土和表面粗化等。机械磨光和抛光机械磨光是用粘有磨料的磨光轮对金属表面进行磨削的过程。磨料颗粒直径越大，零件表面越粗糙。因此，除表面状态较好或质量要求不高的零件可一次性磨光以

3、外，一般采用磨粒颗粒直径逐渐减小的几次磨光。在磨光的最后一道工序，常在磨轮上涂上润滑剂进行研磨，以提高金属表面的平滑程度。零件经磨光后表面粗糙度的Ra值可达0.4µm。表面工程技术中，抛光是气相沉积技术、离子注入技术、电镀和化学镀技术必须进行的表面预处理工艺。滚光和刷光滚光是将零件放人盛有磨料和化学溶液的滚桶中，借滚桶的旋转使零件与磨料、零件与零件表面相互摩擦，以达到清理零件表面的过程。滚光可以起到除去零件表面少量的油和锈、整平金属表面的作用，使零件获得一定的表面光泽。刷光是用金属丝轮或金属丝刷，在刷光机上或用手工进行刷光的表面清理过程。其目的是为了去掉制件表面上的毛刺、氧化物、残存

4、的油污以及浸蚀后的黑膜等。一般用于小批量零件的表面预处理。喷砂或喷丸喷砂或喷丸，是以压缩空气或机械离心力为动力，将石英砂、铁砂、钢珠或其它硬质材料喷射或抛射材料表面，利用冲击力和摩擦力来清理材料表面的方法。它可以用于去除金属制品表面的毛刺、氧化皮以及铸件表面上的熔渣等，也可用来清理焊接件焊缝处的残留物。喷砂不但可以清理零件表面，使表面粗化，提高涂层与基体的结合力，而且还可以提高金属材料的耐疲劳性能。脱脂零件或制件表面上通常都存在有油污，多为各种矿物油，如机油、柴油和凡士林等，还可能有少量的动植物油脂。必须去除这些表面油污，才能保证表面工程技术的顺利实施。化学脱脂是利用碱与油脂起化学反

5、应来去除材料表面的油污。化学脱脂操作简便、脱脂能力强、安全可靠、易实现自动化。化学脱脂液一般由含一定数量氢氧化钠(烧碱)、碳酸钠(纯碱)、磷酸钠等药剂的水溶液，再加入一定数量的硅酸钠(水玻璃)、OP乳化剂等组成。脱脂液温度一般为60～80℃。将金属零件浸入脱脂液中，经过一定的时间，金属表面的油污即可除掉。有机溶剂脱脂有机溶剂脱脂对金属表面无腐蚀、不需要加温、脱脂速度快、效果好，特别是适合那些碱液清洗难以除净的高粘度、高熔点的矿物油，因此适合于几乎所有表面工程技术的预处理工艺，尤其是油污严重的零件或易被碱性脱脂液腐蚀的金属零件初步脱脂。但该方法脱脂不够彻底，工件表面往往剩余一层油膜，需

6、要用化学或电化学方法进行补充脱脂。溶剂脱脂的工艺包括擦洗、浸洗、喷射清洗(喷淋)、蒸气清洗和超声波清洗等方法。水剂脱脂有机溶剂易燃易爆，有一定毒性，挥发性强，材料消耗多，生产成本高，因此近年来逐渐被水剂清洗所代替。水剂清洗是以水溶液作为清洗液去除待处理表面油污的清洗方法，如乳化液、表面活性剂溶液、清洗剂或金属清洗剂等。水剂清洗液不燃烧、不挥发、不污染空气、生产安全、对人体无害，而脱脂效果好、用量少、价格低，因此在工业中的应用日益广泛。为了脱脂彻底·，在金属清洗剂脱脂后，往往还要进行化学脱脂或电化学脱脂。电化学脱脂电化学脱脂液的组成大体上与化学脱脂液相同，但氢氧化钠、碳酸钠、磷酸钠和硅

7、酸钠等的含量一般要低些。在脱脂时，将零件挂在阴极或阳极上，由于电极的极化作用，使油和零件界面的表面张力降低，在电解时，电极上析出的氢气泡或氧气泡对油膜具有强烈的撕裂作用，使油膜变为细小的油珠，气泡上升时的机械搅拌作用又可进一步强化脱脂过程。因此，电化学脱脂比一般的化学脱脂效果好、速度快。化学浸蚀采用酸与金属材料表面的锈、氧化皮及其它腐蚀产物起反应，使其溶解而去除的工艺。与机械清理相比，它具有浸蚀速度快，生产效率高，不受工件形状限制，浸蚀彻底，劳动强度低，操