Om het olieverwijderingsproces goed te beheersen en te managen, is het essentieel om het hechtingsprincipe tussen de coating en het metalen substraat correct te begrijpen. Dit aspect wordt vaak over het hoofd gezien, wat in de praktijk tot problemen leidt.
Relevante literatuur wijst erop dat de mechanische hechting die ontstaat door de microruwheid van de coating en het substraatoppervlak alleen sterk is wanneer er intermoleculaire en intermetallische krachten tussen de coating en het metalen substraat aanwezig zijn. Intermoleculaire en intermetallische krachten kunnen zich echter alleen over een zeer kleine afstand manifesteren.
Wanneer de afstand tussen moleculen groter is dan 5μm, de intermoleculaire kracht werkt niet meer. Daarom kunnen een dunne oliefilm en een oxidefilm op het substraatoppervlak ook de intermoleculaire of metaalbindingskracht belemmeren.
Om de bovengenoemde hechting te bereiken, is het noodzakelijk om olievlekken, roest en oxidatieaanslag grondig van de producten te verwijderen. Met "grondig" bedoelen we niet dat het oppervlak na de voorbehandeling absoluut schoon moet zijn, maar slechts dat het een geschikt oppervlak heeft. Een geschikt oppervlak houdt in dat de lagen die schadelijk zijn voor het galvaniseren na de voorbehandeling verwijderd moeten worden en vervangen door lagen die geschikt zijn voor het galvaniseren.
Tegelijkertijd moet het metalen oppervlak door middel van een voorbehandeling absoluut vlak zijn. Na mechanische bewerkingen zoals slijpen, polijsten, trommelen, zandstralen, enz., worden zichtbare krassen, bramen en andere defecten op het oppervlak verwijderd, zodat het substraatoppervlak voldoet aan de eisen voor egalisatie en afwerking van de gegalvaniseerde onderdelen vóór het verwijderen van olie en roest.
Dit punt moet duidelijk zijn. Pas als dit punt duidelijk is, kunnen we op de juiste en praktische manier de processtroom en formule voor de voorbehandeling selecteren uit vergelijkbare formules voor de voorbehandeling.
Hoe pas je het ontvettingsproces toe in de productie?
Er wordt doorgaans gebruikgemaakt van alkalische ontvetting. De samenstelling van de ontvettingsoplossing en de procesomstandigheden worden gekozen op basis van de aard van de olievlekken en het type metaal.
Wanneer er een grote hoeveelheid vet aan het oppervlak kleeft, dat wil zeggen dat de olielaag erg dik is en een vettig en plakkerig gevoel geeft, kan dit niet gemakkelijk worden verwijderd met alleen alkalische ontvetting. Het is noodzakelijk om eerst andere methoden te gebruiken, zoals borstelen met een oplosmiddel als voorbehandeling, en vervolgens alkalische ontvetting toe te passen. De alkalische ontvettingsoplossing is sterk alkalisch en kan bij reactie met sommige metalen duidelijke corrosie veroorzaken.
Daarom moet het ontvetten van geplateerde onderdelen zoals aluminium en zink zoveel mogelijk bij lage temperaturen en een lage alkaliteit plaatsvinden. Het is over het algemeen acceptabel om stalen onderdelen met een hogere alkaliteit te behandelen, maar bij de behandeling van non-ferrometalen onderdelen moet de pH van de ontvettingsoplossing worden aangepast aan een geschikt bereik. Zo moet de pH voor aluminium, zink en hun legeringen onder de 11 worden gehouden en mag de ontvettingstijd voor dergelijke producten niet langer dan 3 minuten bedragen.
Vanuit kostenoogpunt pleiten sommigen voor ontvetten bij lage temperaturen, maar het verlagen van de temperatuur staat haaks op de efficiëntieverbetering. Hoe hoger de temperatuur, hoe sneller de fysische en chemische reactie tussen het aan het oppervlak hechtende vet en het reinigingsmiddel verloopt, en hoe gemakkelijker het ontvetten verloopt.
De praktijk heeft aangetoond dat de viscositeit van olievlekken afneemt naarmate de temperatuur stijgt, waardoor ontvetten gemakkelijker wordt. Bij lage temperaturen treedt dit effect echter niet op. Daarom wordt het gebruik van emulgatoren en oppervlakteactieve stoffen aanbevolen. Wat betreft de vraag of ontvetten bij hoge temperaturen gunstig is en welke temperatuur hiervoor geschikt is, is de ervaring van de auteur dat 70-80 °C het beste werkt. Dit kan ook helpen om de restspanningen in het basismetaal, veroorzaakt door de bewerking, te verminderen. Dit is zeer gunstig voor de hechting van de coating, met name tussen meerlaagse nikkellagen.
Algemene stalen onderdelen kunnen gecombineerd ontvetten, bijvoorbeeld eerst 3-5 minuten kathodisch ontvetten, gevolgd door 1-2 minuten anodisch ontvetten, of eerst 3-5 minuten anodisch ontvetten, gevolgd door 1-2 minuten kathodisch ontvetten. Dit kan worden bereikt door twee ontvettingsprocessen of door gebruik te maken van een voeding met een commutatie-inrichting.
Voor hoogsterktestaal, verenstaal en dunne onderdelen wordt, om waterstofbrosheid te voorkomen, uitsluitend anodisch ontvetten gedurende enkele minuten toegepast. Voor non-ferrometalen zoals koper en koperlegeringen is anodisch ontvetten echter niet toegestaan; hiervoor is alleen kathodisch ontvetten gedurende 1-2 minuten voldoende.
Wat betreft de bereiding en het onderhoud van de ontvettingsoplossing, is de bereiding van chemische en elektrolytische ontvettingsoplossingen relatief eenvoudig. Los eerst de overige materialen, met uitzondering van de oppervlakteactieve stoffen, op in 2/3 van het tankvolume met water en roer tegelijkertijd (om klonteren te voorkomen). Omdat deze materialen warmte afgeven tijdens het oplossen, is verhitting niet nodig. Oppervlakteactieve stoffen moeten apart in heet water worden opgelost voordat ze worden toegevoegd. Als ze niet in één keer oplossen, kan de bovenste heldere vloeistof worden afgegoten en vervolgens water worden toegevoegd om ze op te lossen. Voeg toe tot het aangegeven volume en roer goed voor gebruik.
Er moet aandacht worden besteed aan het beheer van de olieverwijderingsvloeistof:
① Test en vul de materialen regelmatig aan. Oppervlakteactieve stoffen moeten wekelijks of tweewekelijks worden aangevuld met 1/3 tot 1/2 van de oorspronkelijke hoeveelheid, afhankelijk van het productievolume.
② De gebruikte ijzeren platen mogen geen overmatige hoeveelheid zware metalen bevatten om te voorkomen dat deze in de coating terechtkomen. De stroomdichtheid moet worden gehandhaafd op 5-10 A/dm², en de keuze ervan moet zorgen voor voldoende bubbelvorming. Dit zorgt niet alleen voor het mechanisch losmaken van oliedruppels van het elektrodeoppervlak, maar bevordert ook de roering van de oplossing. Bij een constante olievlek op het oppervlak geldt: hoe hoger de stroomdichtheid, hoe sneller het ontvetten.
③ Drijvende olievlekken in de tank moeten tijdig worden verwijderd.
④ Reinig regelmatig slib en vuil in de tank en vervang de tankvloeistof onmiddellijk.
⑤ Probeer schuimarme oppervlakteactieve stoffen in het elektrolyt te gebruiken; anders zal de introductie ervan in de galvaniseertank de kwaliteit beïnvloeden.
Hoe beheers en onderhoud je het etsproces met zuur (beitsen)?
Net als het ontvetten speelt zuuretsen (beitsen) een belangrijke rol in de voorbehandeling van gegalvaniseerde onderdelen. Deze twee processen worden samen gebruikt in de voorbehandelingsproductie en hun voornaamste doel is het verwijderen van roest en oxidehuid van de te galvaniseren metalen onderdelen.
Het proces dat gebruikt wordt om een grote hoeveelheid oxiden te verwijderen, wordt doorgaans sterk etsen genoemd. Het proces dat gebruikt wordt om dunne, nauwelijks zichtbare oxidefilms te verwijderen, wordt zwak etsen genoemd. Dit laatste kan verder worden onderverdeeld in chemisch etsen en elektrochemisch etsen. Zwak etsen wordt gebruikt als laatste behandelingsstap na sterk etsen, oftewel voordat het werkstuk het galvaniseerproces ingaat. Het is een proces om het metaaloppervlak te activeren en wordt tijdens de productie vaak over het hoofd gezien, wat precies een van de oorzaken is van afbladdering bij galvaniseren.
Als de zwakke etsoplossing een van de bestanddelen van de volgende galvaniseeroplossing is, of als de toevoeging ervan geen invloed heeft op de galvaniseeroplossing, is het beter om de geactiveerde galvaniseeronderdelen direct in de galvaniseertank te plaatsen zonder ze eerst te reinigen.
Bijvoorbeeld, bij de verdunde zuuractiveringsoplossing die vóór het vernikkelen wordt gebruikt, moet er, om een soepel verloop van het etsproces te garanderen, eerst ontvet worden; anders kunnen het zuur en de metaaloxiden geen goed contact maken en zal de chemische oplossingsreactie moeilijk verlopen.
Om de etstechniek met zuur goed te beheersen, is het daarom ook nodig om deze basisprincipes theoretisch te verduidelijken.
Voor het verwijderen van oxidehuid van ijzeren en stalen onderdelen worden doorgaans zwavelzuur en zoutzuur gebruikt voor zuuretsen. De methode is eenvoudig, maar in de praktijk is het lastig om het gewenste resultaat te bereiken als er niet voldoende aandacht aan wordt besteed.
De selectiecriteria voor de etsomstandigheden van het zwavelzuurproces zijn doorgaans gebaseerd op ervaring, waarbij de eigenschappen van het werkstuk na het beitsen worden beoordeeld. Deze eigenschappen kunnen immers niet kwantitatief worden gecontroleerd. De praktijk heeft aangetoond dat het effect van beitsen met zwavelzuur bij het verwijderen van oxidehuid bij 40 °C veel groter is dan bij 20 °C, maar dat het afschilferende effect niet evenredig toeneemt bij een verdere temperatuurverhoging.
Tegelijkertijd geldt dat bij zwavelzuur met een concentratie lager dan 20% de etssnelheid toeneemt naarmate de concentratie stijgt, maar bij een concentratie hoger dan 20% neemt deze juist af. Om deze reden zijn wij van mening dat de standaardprocesomstandigheden van 10%-20% zwavelzuurconcentratie en etsen bij een temperatuur lager dan 60 °C geschikter zijn. Het is tevens belangrijk om te vermelden dat de zwavelzuuroplossing over het algemeen niet meer bruikbaar is wanneer het ijzergehalte in de beitsoplossing hoger is dan 80 g/L en het ferrosulfaatgehalte hoger dan 2,5 g/L.
De oplossing moet nu worden afgekoeld om te kristalliseren en het overtollige ijzersulfaat te verwijderen, waarna nieuw zuur moet worden toegevoegd om aan de procesvereisten te voldoen.
De selectiecriteria voor de procesomstandigheden van het etsproces met zoutzuur zijn: de concentratie moet over het algemeen tussen de 10% en 20% liggen en het proces moet bij kamertemperatuur worden uitgevoerd. Vergeleken met zwavelzuur is de etssnelheid van zoutzuur onder dezelfde concentratie- en temperatuuromstandigheden 1,5 tot 2 keer hoger dan die van zwavelzuur.
Of men zwavelzuur of zoutzuur gebruikt voor etsen, hangt af van de specifieke productiesituatie. Bijvoorbeeld, bij het sterk etsen van ijzerhoudende metalen wordt vaak zwavelzuur of zoutzuur gebruikt, of een mengsel van beide in een bepaalde verhouding.
Het type zuur dat wordt gebruikt voor chemisch sterk etsen is echter afhankelijk van de samenstelling en structuur van de oxiden op het oppervlak van de ijzeren en stalen onderdelen. Tegelijkertijd is het noodzakelijk om een snelle etssnelheid, lage productiekosten en zo min mogelijk dimensionale vervorming en waterstofbrosheid van de metalen producten te garanderen. Het is echter belangrijk te begrijpen dat de verwijdering van oxidehuid in zoutzuur voornamelijk berust op de chemische oplossing van zoutzuur, en dat het mechanische afschilferende effect van waterstof veel kleiner is dan in zwavelzuur. Daarom is het zuurverbruik bij gebruik van alleen zoutzuur hoger dan bij gebruik van alleen zwavelzuur.
Wanneer de roest- en oxidelagen op het oppervlak van de gegalvaniseerde onderdelen een grote hoeveelheid hoogwaardige ijzeroxiden bevatten, kan etsen met een mengsel van zuren worden toegepast. Dit heeft niet alleen een afbrekend effect van waterstof op de oxidelagen, maar versnelt ook de chemische oplossing van de oxiden. Als het metalen oppervlak echter alleen losse roestproducten (voornamelijk Fe₂O₃) bevat, kan alleen zoutzuur worden gebruikt voor het etsen vanwege de snelle etssnelheid, de geringere aantasting van het substraat en de geringere waterstofbrosheid.
Maar wanneer het metalen oppervlak een dichte oxidelaag heeft, verbruikt het gebruik van alleen zoutzuur meer, is het duurder en heeft het een minder effectief afschilferend effect op de oxidelaag dan zwavelzuur. Daarom is zwavelzuur beter.
Elektrolytisch etsen (elektrolytisch zuur, elektrochemisch etsen), of het nu gaat om kathodische elektrolyse, anodische elektrolyse of PR-elektrolyse (periodieke omkeerelektrolyse, waarbij de positieve en negatieve polen van het werkstuk periodiek worden omgewisseld), kan worden uitgevoerd in een 5%-20% zwavelzuuroplossing.
Vergeleken met chemisch etsen kan elektrolytisch etsen vastzittende oxidehuid sneller verwijderen, veroorzaakt het minder corrosie aan het basismetaal, is het eenvoudig te bedienen en te beheren en is het geschikt voor automatische galvaniseerlijnen. PR-elektrolyse wordt in Japan veel gebruikt om oxidehuid van roestvrij staal te verwijderen.
In China wordt vaak gebruikgemaakt van kathodisch en anodisch elektrolytisch beitsen in combinatie met elektrolytisch ontvetten als voorbehandeling voor galvaniseren. Anodisch elektrolytisch zuur voor ferrometalen is geschikt voor het bewerken van metalen onderdelen met een grote hoeveelheid oxidehuid en roest, en kan meestal bij kamertemperatuur worden uitgevoerd. Verhoging van de temperatuur kan de etssnelheid verhogen, maar niet zo sterk als bij chemisch etsen. Verhoging van de stroomdichtheid kan de etssnelheid versnellen, maar bij een te hoge stroomdichtheid zal het basismetaal gepassiveerd worden.
In deze fase verdwijnt de chemische en elektrochemische oplossing van het basismetaal in principe, waardoor alleen het afschilferende effect van zuurstof op de oxidehuid overblijft. De etssnelheid neemt daardoor slechts weinig toe en vereist daarom een zorgvuldige beheersing. Meestal is een stroomdichtheid van 5-10 A/dm² geschikt. Voor anodisch zuuretsen kunnen o-xyleenthioureum of gesulfoneerde houtlijm als inhibitoren worden gebruikt, met een dosering van 3-5 g/L; voor kathodisch elektrolytisch zuuretsen van ferrometalen kan een zwavelzuuroplossing worden gebruikt, of een mengsel van ongeveer 5% zwavelzuur en 5% zoutzuur, plus een geschikte hoeveelheid natriumchloride. Omdat er geen duidelijk chemisch en elektrochemisch oplossingsproces van het metalen substraat (ijzer) plaatsvindt, kan het toevoegen van Cl⁻-houdende verbindingen de oxidehuid op het oppervlak van de onderdelen losmaken en de etssnelheid versnellen. Tegelijkertijd kunnen formaldehyde of urotropine als remmers worden gebruikt.
Kortom, zwavelzuur wordt veel gebruikt voor het etsen van staal, koper en messing. Daarnaast wordt zwavelzuur, samen met chroomzuur en dichromaten, gebruikt als middel om oxiden en roet van aluminium te verwijderen.
Het wordt samen met fluorwaterstofzuur of salpeterzuur, of beide, gebruikt om oxidatielagen van roestvrij staal te verwijderen. Het voordeel van zoutzuur is dat het veel metalen effectief kan beitsen bij kamertemperatuur; een nadeel is dat men moet letten op het voorkomen van verontreiniging door HCl-damp en zuurnevel.
Daarnaast worden salpeterzuur en fosforzuur ook vaak gebruikt bij handmatige voorbehandeling van galvaniseren. Salpeterzuur is een belangrijk bestanddeel van veel glansetsmiddelen. Het wordt gemengd met fluorwaterstofzuur om oxidatielagen, ontstaan door warmtebehandeling, te verwijderen van aluminium, roestvrij staal, nikkel- en ijzerlegeringen, titanium, zirkonium en sommige kobaltlegeringen.
Fosforzuur wordt gebruikt voor het verwijderen van roest van stalen onderdelen en ook in speciale tankoplossingen voor roestvrij staal, aluminium, messing en koper. Het mengsel van fosforzuur, salpeterzuur en azijnzuur wordt gebruikt voor de voorbehandeling van het anodiseren van aluminium onderdelen. Fluorboorzuur is bewezen de meest effectieve beitsoplossing te zijn voor loodhoudende legeringen of koperen of messing onderdelen met tin soldeer.
Er is gerapporteerd dat het verwijderen van metaaloxideaanslag en -oxiden 5% van de wereldwijde zwavelzuurproductie, 25% van de zoutzuurproductie, het grootste deel van de fluorwaterstofzuurproductie en een grote hoeveelheid salpeterzuur en fosforzuur verbruikt.
Het correct beheersen van het gebruik van deze zuren voor zuuretsen is daarom een belangrijk aspect in de toepassingstechnologie van voorbehandelingen voor galvaniseren. Het gebruik ervan is niet moeilijk, maar het is wel een uitdaging om ze goed te gebruiken, te besparen en het verbruik te verminderen.
Geplaatst op: 29 januari 2026