Для эффективного освоения и управления процессом удаления масла необходимо правильно понимать принцип сцепления между покрытием и металлической подложкой. Этот момент часто упускается из виду, что создает трудности на практике.
Соответствующие материалы указывают на то, что механическая связь, обусловленная микрошероховатостью покрытия и поверхности подложки, является прочной только при наличии межмолекулярных и межметаллических сил связи между покрытием и металлической подложкой. Межмолекулярные и межметаллические силы могут проявляться только на очень малом расстоянии.
Когда расстояние между молекулами превышает 5μВ этом случае межмолекулярные силы перестают действовать. Следовательно, тонкая масляная пленка и оксидная пленка на поверхности подложки также могут препятствовать межмолекулярным или металлическим связям.
Для достижения вышеупомянутого сцепления необходимо достаточно тщательно удалить с изделий масляные пятна, ржавчину и окалину. Под «достаточно тщательной» мы подразумеваем не абсолютную чистоту поверхности после предварительной обработки перед нанесением покрытия, а лишь ее пригодность для гальванического покрытия. Так называемая «пригодная для гальванического покрытия» фактически означает, что после предварительной обработки необходимо удалить пленки, вредные для гальванического покрытия, и заменить их пленками, пригодными для нанесения покрытия.
В то же время, в результате предварительной обработки поверхности металла необходимо добиться ее абсолютной ровности. После механической обработки, такой как шлифовка, полировка, галтовка, пескоструйная обработка и т. д., удаляются явные царапины, заусенцы и другие дефекты поверхности, так что поверхность подложки соответствует требованиям выравнивания и качества отделки гальванически покрытых деталей перед удалением масла и ржавчины.
Этот момент должен быть ясен. Только когда этот момент будет ясен, мы сможем правильно и практично выбрать технологическую схему и формулу предварительной обработки перед нанесением покрытия среди аналогичных формул.
Как применять процесс обезжиривания в производстве?
Обычно применяется щелочная обезжиривание. Состав обезжиривающего раствора и условия процесса выбираются в зависимости от степени загрязнения маслом и типа металлического материала.
Когда на поверхности скапливается большое количество жира, то есть масляный слой очень толстый, с жирной и липкой текстурой, его трудно удалить только щелочной обезжиркой. Необходимо сначала использовать другие методы, такие как предварительная обработка щеткой с растворителем для обезжиривания, а затем провести щелочную обезжирку. Раствор щелочной обезжирки имеет сильную щелочь и при взаимодействии с некоторыми металлами может вызывать сильную коррозию.
Поэтому при обезжиривании деталей с гальваническим покрытием, таких как алюминий и цинк, следует по возможности проводить процедуру при низких температурах и низкой щелочности. В целом, допустимо обрабатывать стальные детали более высокой щелочностью, но при обработке деталей из цветных металлов pH обезжиривающего раствора следует регулировать в соответствующем диапазоне. Например, для алюминия, цинка и их сплавов pH должен быть ниже 11, а время обезжиривания таких изделий не должно превышать 3 минут.
С точки зрения стоимости, некоторые выступают за обезжиривание при низких температурах, но снижение температуры противоречит повышению эффективности. Чем выше температура, тем быстрее происходит физико-химическая реакция между жиром, прилипшим к поверхности, и чистящим средством, и тем легче происходит обезжиривание.
Практика показала, что вязкость масляных пятен снижается с повышением температуры, поэтому обезжиривание легче проводить, однако низкая температура не дает такого эффекта. Поэтому рассматривается возможность использования эмульгаторов и поверхностно-активных веществ. Что касается эффективности высокотемпературного обезжиривания и оптимальной температуры контроля, опыт автора показывает, что лучше всего подходит 70-80°C. Это также помогает устранить остаточные напряжения основного металла, вызванные механической обработкой, что очень полезно для улучшения адгезии покрытия, особенно между многослойными никелевыми покрытиями.
Для обезжиривания обычных стальных деталей можно использовать комбинированный метод, например, сначала катодное обезжиривание в течение 3-5 минут, а затем анодное обезжиривание в течение 1-2 минут, или сначала анодное обезжиривание в течение 3-5 минут, а затем катодное обезжиривание в течение 1-2 минут. Этого можно достичь с помощью двух процессов обезжиривания или с использованием источника питания с коммутирующим устройством.
Для высокопрочной стали, пружинной стали и тонкостенных деталей, во избежание водородного охрупчивания, проводится только анодная обезжиривание в течение нескольких минут. Однако для деталей из цветных металлов, таких как медь и медные сплавы, анодное обезжиривание не применяется, допускается только катодное обезжиривание в течение 1-2 минут.
Что касается приготовления и хранения обезжиривающего раствора, то приготовление химических и электролитических обезжиривающих растворов относительно простое. Сначала используйте 2/3 объема резервуара воды для растворения других веществ, кроме поверхностно-активных веществ, и одновременно перемешивайте (чтобы предотвратить слипание лекарственного средства). Поскольку эти лекарственные вещества выделяют тепло при растворении, нагревать их не нужно. Поверхностно-активные вещества следует растворять отдельно горячей водой перед добавлением. Если они не растворяются за один раз, можно слить верхний прозрачный слой жидкости и добавить воду для растворения. Добавьте до указанного объема и тщательно перемешайте перед использованием.
Следует уделить внимание обращению с жидкостью для удаления масла:
① Регулярно проверяйте и пополняйте запасы материалов. Поверхностно-активные вещества следует пополнять на 1/3–1/2 от первоначального количества еженедельно или раз в две недели в зависимости от объема производства.
② Используемые железные пластины не должны содержать чрезмерного количества примесей тяжелых металлов, чтобы предотвратить их попадание в покрытие. Плотность тока следует поддерживать на уровне 5-10 А/дм², а ее выбор должен обеспечивать достаточное образование пузырьков. Это не только обеспечивает механическое отделение капель масла от поверхности электрода, но и перемешивает раствор. При постоянном загрязнении поверхности маслом, чем выше плотность тока, тем быстрее происходит обезжиривание.
③ Плавающие масляные пятна в резервуаре следует своевременно удалять.
④ Регулярно очищайте резервуар от осадка и грязи и своевременно заменяйте раствор в резервуаре.
⑤ Старайтесь использовать в электролите поверхностно-активные вещества с низким пенообразованием; в противном случае их попадание в гальваническую ванну повлияет на качество.
Как освоить и контролировать процесс кислотного травления (травления)?
Подобно процессу обезжиривания, кислотное травление (травление) играет важную роль в подготовке к нанесению покрытия. Эти два процесса используются совместно в процессе подготовки к нанесению покрытия, и их основная цель — удаление ржавчины и оксидной пленки с металлических деталей, подлежащих покрытию.
Обычно процесс удаления большого количества оксидов называется сильным травлением, а процесс удаления тонких оксидных пленок, едва заметных невооруженным глазом, называется слабым травлением, которое, в свою очередь, можно разделить на химическое и электрохимическое травление. Слабое травление используется в качестве заключительного этапа обработки после сильного травления, то есть перед тем, как заготовка попадет в процесс гальванического покрытия. Это процесс активации поверхности металла, который часто упускается из виду в процессе производства, что является одной из причин отслаивания гальванического покрытия.
Если слабый травильный раствор является одним из компонентов следующего раствора для гальванического покрытия, или если его добавление не повлияет на раствор для гальванического покрытия, лучше сразу поместить активированные гальванические детали в гальваническую ванну без предварительной очистки.
Например, при использовании разбавленного кислотного активационного раствора перед никелированием, для обеспечения бесперебойного протекания процесса травления необходимо провести обезжиривание; в противном случае кислота и оксиды металлов не смогут обеспечить хороший контакт, и реакция химического растворения будет протекать с трудом.
Следовательно, для успешного освоения кислотного травления необходимо также теоретически разъяснить эти основные принципы.
Обычно для удаления оксидной пленки с деталей из железа и стали в основном используются серная и соляная кислоты для кислотного травления. Метод прост, но на практике, без должного внимания, трудно достичь желаемого результата.
Критерии выбора условий травления серной кислотой обычно основываются на опыте, определяемом по внешнему виду заготовки после травления, который, в конце концов, невозможно контролировать количественно. Практика показала, что эффект травления серной кислотой при удалении оксидных пленок при 40 °C значительно выше, чем при 20 °C, но при дальнейшем повышении температуры эффект отслаивания не увеличивается пропорционально.
В то же время, при концентрации серной кислоты ниже 20% скорость травления увеличивается с повышением концентрации, но при превышении концентрации 20% скорость травления, наоборот, снижается. По этой причине мы считаем, что стандартные условия процесса с концентрацией серной кислоты 10–20% и травлением при температуре ниже 60°C являются более подходящими. Следует также отметить, что что касается степени старения раствора серной кислоты, то, как правило, когда содержание железа в травильном растворе превышает 80 г/л, а содержание сульфата железа превышает 2,5 г/л, раствор серной кислоты больше нельзя использовать.
На этом этапе раствор следует охладить для кристаллизации и удаления избытка сульфата железа(II), а затем добавить новую кислоту в соответствии с требованиями процесса.
Критерии выбора условий кислотного травления соляной кислотой: концентрация должна, как правило, контролироваться на уровне 10–20%, а процесс должен проводиться при комнатной температуре. По сравнению с серной кислотой, при тех же условиях концентрации и температуры скорость травления соляной кислотой в 1,5–2 раза выше, чем серной кислотой.
Выбор между серной и соляной кислотами для кислотного травления зависит от конкретных условий реального производства. Например, при интенсивном травлении черных металлов часто используют серную или соляную кислоту, или «смесь кислот» в определенной пропорции.
Однако тип кислоты, используемой для химического травления, зависит от состава и структуры оксидов на поверхности деталей из железа и стали. При этом необходимо обеспечить высокую скорость травления, низкую себестоимость производства и минимизировать деформацию размеров и водородное охрупчивание металлических изделий. Следует понимать, что удаление оксидных пленок в соляной кислоте в основном основано на химическом растворении соляной кислоты, а механический отслаивающий эффект водорода значительно меньше, чем в серной кислоте. Поэтому расход кислоты при использовании только соляной кислоты выше, чем при использовании только серной кислоты.
Когда ржавчина и оксидные пленки на поверхности гальванических деталей содержат большое количество высокоокисленных оксидов железа, можно использовать травление смешанной кислотой, которое не только оказывает разрушающее действие водорода на оксидные пленки, но и ускоряет химическое растворение оксидов. Однако, если на поверхности металла присутствуют только рыхлые продукты ржавчины (в основном Fe₂O₃), для травления можно использовать только соляную кислоту, поскольку она обладает высокой скоростью травления, меньшим растворением подложки и меньшим водородным охрупчиванием.
Однако, когда на металлической поверхности образуется плотный слой оксида, использование одной лишь соляной кислоты расходуется больше, обходится дороже и оказывает худшее отслаивающее действие на этот слой, чем серная кислота, поэтому серная кислота предпочтительнее.
Электролитическое травление (электролитная кислота, электрохимическое травление), будь то катодный электролиз, анодный электролиз или электролиз с периодическим изменением полюсов заготовки (PR-электролиз), может проводиться в 5%-20% растворе серной кислоты.
По сравнению с химическим травлением, электролитическое травление позволяет быстрее удалять прочно скрепленные оксидные пленки, вызывает меньшую коррозию основного металла, просто в эксплуатации и управлении, а также подходит для автоматизированных линий гальванического покрытия. Электролиз методом пропитки оксидами широко используется в Японии для удаления оксидных пленок с нержавеющей стали.
В Китае для предварительной обработки перед нанесением покрытия часто используют катодное и анодное электролитическое травление в сочетании с электролитическим обезжириванием. Анодная электролитическая обработка кислотой черных металлов подходит для обработки металлических деталей с большим количеством оксидной окалины и ржавчины, и в основном может проводиться при комнатной температуре. Повышение температуры может увеличить скорость кислотного травления, но не так сильно, как химическое кислотное травление. Увеличение плотности тока может ускорить скорость кислотного травления, но если она слишком высока, основной металл будет пассивирован.
В этот момент химическое и электрохимическое растворение основного металла практически исчезает, остаётся лишь отслаивающее действие кислорода на оксидные пленки. Поэтому скорость травления увеличивается незначительно, что требует умелого управления. Обычно подходящей является плотность тока 5-10 А/дм². Для анодного кислотного травления в качестве ингибиторов можно использовать о-ксилентиомочевину или сульфированный древесно-обрабатывающий клей в дозировке 3-5 г/л; для катодного электролитического кислотного травления черных металлов можно использовать раствор серной кислоты или смесь кислот, состоящую примерно из 5% серной и 5% соляной кислот, с добавлением соответствующего количества хлорида натрия. Поскольку явного химического и электрохимического растворения металлической подложки (железа) не наблюдается, добавление соединений, содержащих Cl⁻, может помочь разрыхлить оксидные пленки на поверхности деталей и ускорить скорость травления. Одновременно в качестве ингибиторов можно использовать формальдегид или уротропин.
Вкратце, серная кислота широко используется для кислотного травления стали, меди и латуни. Кроме того, серная кислота, наряду с хромовой кислотой и дихроматами, применяется в качестве средства для удаления оксидов и накипи с алюминия.
Соляная кислота используется в сочетании с плавиковой или азотной кислотой, или с обеими кислотами, для удаления оксидных отложений с нержавеющей стали. Преимущество соляной кислоты заключается в том, что она может эффективно травить многие металлы при комнатной температуре; одним из ее недостатков является необходимость предотвращения загрязнения парами HCl и кислотным туманом.
Кроме того, азотная и фосфорная кислоты также широко используются при ручной предварительной обработке перед нанесением покрытия. Азотная кислота является важным компонентом многих осветляющих травильных составов. Ее смешивают с плавиковой кислотой для удаления оксидных пленок, образующихся в процессе термообработки, с алюминия, нержавеющей стали, никелевых и железосодержащих сплавов, титана, циркония и некоторых кобальтовых сплавов.
Фосфорная кислота используется для удаления ржавчины со стальных деталей, а также в специальных растворах для обработки нержавеющей стали, алюминия, латуни и меди. Смесь фосфорной, азотной и уксусной кислот применяется для предварительной обработки деталей из алюминия при блестящем анодировании. Фторборная кислота зарекомендовала себя как наиболее эффективный раствор для травления сплавов на основе свинца, а также деталей из меди или латуни с оловянным припоем.
Сообщается, что удаление отложений оксидов металлов и других оксидов потребляет 5% мирового производства серной кислоты, 25% соляной кислоты, большую часть фтороводородной кислоты, а также значительное количество азотной и фосфорной кислот.
Поэтому правильное освоение использования этих кислот для кислотного травления, безусловно, является важным вопросом в технологии применения предварительной обработки перед нанесением покрытия. Однако, хотя их использование несложно, правильное применение, экономия и снижение расхода — задача непростая.
Дата публикации: 29 января 2026 г.