淺析金屬制品表面化學(xué)處理方法的優(yōu)化和改進(jìn)

韓波

摘要：金屬制品鈍化工藝中利用草酸鈉能夠電離出大量草酸根離子，草酸根離子與金屬制品表面殘留的酸性離子結(jié)合，生成弱酸性草酸，達(dá)到提高水中的PH值、降低酸度的有效中和作用。表面鈍化處理，采用強(qiáng)氧化劑鉻酸酐與水稀釋后的溶液，在金屬表面生成一層致密、覆蓋良好同時(shí)具有晶體結(jié)構(gòu)的獨(dú)立固相鈍化薄膜層，鈍化膜中以三價(jià)鉻的存在最多，在鈍化膜中起到骨架作用，其次是水，再其次是六價(jià)鉻。大量三價(jià)鉻化物難溶于水，隔盡了空氣中的氧氣和水分的滲透，封閉了金屬制品表面金屬層的孔隙。少量的六價(jià)鉻分布于膜內(nèi)，可對(duì)被擦掉的鈍化膜起到自動(dòng)修復(fù)作用，能夠把輕度撕破的鈍化膜重新完整的修復(fù)起來，使金屬制品耐蝕性能大幅提高。

關(guān)鍵詞：金屬制品表面處理鈍化鉻酸酐草酸鈉

由于許多金屬制品使用領(lǐng)域?qū)饘僦破芬蟛荒馨l(fā)生氧化現(xiàn)象，金屬制品表面不得有銹跡存在，因此，需要對(duì)金屬制品采取防銹的表面處理方法，使金屬制品在后續(xù)的生產(chǎn)、加工等環(huán)節(jié)滿足使用要求，本文所述的表面處理方法僅指通常采用的金屬制品表面化學(xué)防銹處理方法。

目前，金屬制品表面化學(xué)防銹處理方法是大多采用能使金屬制品表面呈鈍態(tài)的陽極型緩蝕劑、強(qiáng)氧化劑亞硝酸鈉（NaNO2）來鈍化金屬制品，其原理為：采用直接對(duì)金屬制品表面金屬作用，當(dāng)金屬陽極溶解時(shí)，在金屬制品表面生成一層致密、覆蓋良好、固體相態(tài)的鈍化氧化薄膜層。這層薄膜構(gòu)成獨(dú)立的固相膜層，把金屬制品的表面與空氣及其它外在介質(zhì)隔離開來，使金屬的電位移向正方向，活潑的溶解著的金屬表面狀態(tài)發(fā)生突變，金屬的溶解速度急速下降轉(zhuǎn)入鈍態(tài)，避免金屬制品遭到腐蝕。

根據(jù)金屬制品表面化學(xué)防銹處理方法的流程和機(jī)理不難看出：

首先，金屬制品在經(jīng)過表面處理過程中，經(jīng)酸洗和水沖洗后，金屬制品表面很清潔，但是非常活化，很容易遭受腐蝕，當(dāng)采用鈍化液產(chǎn)生的鈍化薄膜層將金屬制品表面與外在介質(zhì)隔離開，那么鈍化薄膜層質(zhì)量的差異對(duì)最終表面鈍化處理效果起到關(guān)鍵性作用，但是經(jīng)亞硝酸鈉鈍化產(chǎn)生的鈍化薄膜層具有彈性差、孔隙率大、耐蝕性和耐磨性不佳等特點(diǎn)，因此，經(jīng)鈍化處理后的金屬制品存放時(shí)間短，短期內(nèi)金屬制品表面依然會(huì)重新發(fā)生氧化現(xiàn)象產(chǎn)生銹斑，不僅浪費(fèi)鈍化原材料，而且增加生產(chǎn)成本和能源消耗，以及金屬材料損耗，尤其是延誤了生產(chǎn)周期，嚴(yán)重的妨礙和制約了生產(chǎn)的正常有序進(jìn)行。

其次，在表面鈍化處理工藝過程中，水洗由于受生產(chǎn)不斷的循環(huán)，硫酸缸內(nèi)的酸根離子會(huì)不斷地被帶入水洗缸內(nèi)，水中的PH值降低酸性提高，附著在金屬制品表面酸性物質(zhì)增多，對(duì)金屬制品起到腐蝕作用，即便有循環(huán)水不斷的補(bǔ)充，稀釋水中的酸度，但也無法阻止酸根離子的進(jìn)入，因此水缸內(nèi)的酸根離子總是存在。同時(shí)，由于金屬制品表面金屬存在細(xì)微孔隙，酸洗時(shí)酸液無法得到有效滲透，而不能有效發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，或即便滲透，但是滲透的酸性物又難以徹底清除。所以使得金屬制品表面呈現(xiàn)酸性，直接影響了后續(xù)表面鈍化處理工藝的效果。

再之，金屬制品往往因長(zhǎng)時(shí)間氧化，存在頑固銹斑，金屬制品表面在硫酸酸洗時(shí)酸液不能對(duì)頑固銹斑有效徹底清除，所以后續(xù)的表面鈍化處理工藝就不能達(dá)到預(yù)期的效果。

最后，由于運(yùn)輸?shù)绕渌蛟斐山饘僦破繁砻驸g化層破壞、或鈍化表面處理后產(chǎn)品距離使用時(shí)間較長(zhǎng)，當(dāng)大氣濕度高于臨界濕度后，金屬制品表面便出現(xiàn)水膜或水珠，大氣中含有的有害雜質(zhì)溶解于這些水膜、水珠，即成電解液，加劇對(duì)金屬制品表面金屬銹蝕。又如煙霧、煤灰、氯化物和其他酸、堿、鹽顆粒等其它污染雜質(zhì)的活性離子對(duì)金屬制品表面金屬鈍態(tài)破壞引起的腐蝕等等。

鑒于上述，金屬制品在表面處理工藝過程中酸洗后能夠呈現(xiàn)中性，同時(shí)改變金屬制品表面鈍化膜的結(jié)構(gòu)，那么金屬制品表面處理的鈍化就能起到真正防氧化、耐蝕作用。

首先，在表面鈍化處理工藝流程中采用草酸鈉（Na2C2O4）進(jìn)行中和，根據(jù)草酸鈉能夠電離出大量得草酸根離子的作用，草酸根離子與金屬制品表面殘留的酸性離子結(jié)合，生成弱酸性草酸，從而提高水中的PH值降低酸度；和利用草酸鈉具有易揮發(fā)性，金屬制品在吊離草酸鈉溶液時(shí)，草酸鈉自然揮發(fā)脫離金屬制品表面，使金屬制品完全呈現(xiàn)潔凈中性的表面；以及借助草酸鈉極強(qiáng)的還原能力，將鐵銹中的三價(jià)鐵還原成二價(jià)鐵，二價(jià)鐵的溶解度更大，從而進(jìn)一步促進(jìn)鐵銹溶解，能夠有效地清除金屬制品表面殘余的頑固銹斑。

其次，在表面鈍化處理工藝中選用強(qiáng)氧化劑鉻酸酐（CrO3）作為鈍化劑，在金屬制品表面生成一層致密、覆蓋良好同時(shí)具有晶體結(jié)構(gòu)的獨(dú)立固相鈍化薄膜層，鈍化薄膜層的主要成分是鉻酸鋅（ZnCrO4）和鉻酸鉻（CrO3·Cr2O3·nH2O）。鈍化膜中以三價(jià)鉻的存在最多，在鈍化膜中起到骨架作用，其次是水，再其次是六價(jià)鉻。大量三價(jià)鉻化物難溶于水，隔盡了空氣中的氧氣和水分的滲透，封閉了金屬制品表面金屬層的孔隙。少量的六價(jià)鉻分布于膜內(nèi)，可對(duì)被擦掉的鈍化膜起到自動(dòng)修復(fù)作用，能夠把輕度撕破的鈍化膜重新完整的修復(fù)起來使耐蝕性能大大提高。鉻酸酐鈍化具有的膜彈性大、孔隙率小、耐蝕性和耐磨性良好等特性，尤其是對(duì)腐蝕破壞以及其他原因?qū)︹g化膜破壞的自動(dòng)修復(fù)性能是當(dāng)前其它鈍化處理劑所不可比擬的。因此采用鉻酸酐鈍化形成的鈍化膜就能有效的把金屬制品表面與外在介質(zhì)隔離開，使金屬的電位移向正方向，活潑易溶解的金屬制品表面金屬狀態(tài)發(fā)生突變，金屬的溶解速度急速下降轉(zhuǎn)入鈍態(tài)。

通過上述草酸鈉中和，并且利用鉻酸酐表面鈍化處理劑，金屬制品的表面就不再產(chǎn)生氧化現(xiàn)象，無銹跡產(chǎn)生，表面處理效果顯著，不僅鈍化原材料得到有效控制減少浪費(fèi)，而且成本及能源明顯下降，有效地保障了生產(chǎn)周期，促進(jìn)了生產(chǎn)的正常有序進(jìn)行。

參考文獻(xiàn)

[1]范新民主編.《表面處理工實(shí)用技術(shù)手冊(cè)》.江蘇科學(xué)技術(shù)出版社,2003年6月.

[2]柳玉波主編.《表面處理工藝大全》.中國計(jì)量出版社,1996年5月.