不锈钢表面处理技术(第二版)(txt+pdf+epub+mobi电子书下载)

作者：陈天玉 编著

出版社：化学工业出版社

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不锈钢表面处理技术(第二版)试读：

前言

本书修订中，在不锈钢着黑色、化学着彩色、电化学着彩色的配方中删除代码添加剂，增补实名添加剂，表示配方的透明和新进展，有利于为读者提供技术空间的深入探讨，并节约成本。另外，在不锈钢蚀刻加工方面，增补不锈钢模具化学蚀刻、抛光、镀铬和不锈钢印字。

本书最后，增加了一章，即第11章，介绍在普通钢上电镀不锈钢镀层，作为仿不锈钢的装饰镀层等技术内容。

本书第二版的完成，除了笔者总结了这一领域的研究工作外，同时也参考了大量国内外有关学者的著作，吸收了他们对不锈钢表面技术处理领域的研究成果。有使用和开发这一领域的研究成果的读者，可向本书所示或相应的参考文献列出的原创作者咨询。对于那些已经公之于世的技术创新者表示衷心的感谢！陈天玉2016年1月第一版前言

在近20～30年间，不锈钢的出现和大量的使用，推动了不锈钢工业的进程。不锈钢由于具有优良的性能和银光闪闪的外表，备受人们的青睐。不锈钢具有优越的耐蚀性、耐磨性、强韧性和良好的可加工性，外观的精美性，以及无毒无害性，广泛地应用于宇航、海洋、军工、化工、能源等方面，以及日用家具、建筑装潢、交通车辆的装饰上。

不锈钢的表面自然色调虽可提供美感和清洁感，但其银白色的光泽又会给人以寒冷感和疏远感的反映。随着对不锈钢应用范围的日益扩大，人们对其表面色彩的要求也在不断提高。国外彩色不锈钢的生产和应用，近20年来已进入高潮，并不断向高级化和多样化的装饰性、艺术性方向发展。彩色不锈钢在装饰性材料上的应用，扩大了不锈钢的应用范围，为不锈钢提供了新的信息，开拓了新的市场。

不锈钢着色膜的显色机理不同于铝合金着色膜。不锈钢着色不是用染料着色形成有色的表面层，而是在不锈钢表面形成无色透明的氧化膜对光干涉的结果，其色泽已证明经久耐用。不锈钢表面所着色泽主要取决于表面膜的化学成分、组织结构、表面光洁度、膜的厚度和入射光线等因素。通常薄的氧化膜显示蓝色或棕色，中等厚度膜显示金黄色或红色，厚膜则呈绿色，最厚的则呈黑色。因而不锈钢着色工艺远较铝合金更为困难，工艺要求更高，其色彩均匀性不易控制，工艺重现性较差。近年来，国内科技研究工作者对不锈钢着色技术已作了不少开拓性研究，仍需要做大量工作，尤其是着色膜的色彩稳定性、均匀性及重现性等的深入研究。从大量的文献资料来看，国内彩色不锈钢的技术工作尚处于研制阶段，缺乏实际使用的经验，可以预料，随着我国国民经济的发展和人民生活水平的不断提高，发展并应用这一新型材料为四化服务，有着广阔的前景。

近年来，我国各地不锈钢加工的工厂如雨后春笋般发展起来，迫切需要不锈钢的加工技术，诸如化学抛光和电化学抛光、钝化、化学着色和电化学着色，花纹图案装饰和腐蚀烂板等。这些在技术资料上虽有粗略的介绍，散见于有关书籍手册中，但还缺乏一本专业的有关不锈钢表面处理的书籍来指导和帮助从事不锈钢的加工者。我国各地有关单位已经适应这一形势，开展了这方面的课题探索，并发表了许多有见识的论文，对不锈钢着色的重现性不好这一难题取得了不少的解决办法，在实验室基础上对着色工艺进行了大量的系统的研究，掌握了较全面的各类数据，参考国外有关专利，借鉴他国经验，结合我国工作情况，找出规律性关键问题，为解决色彩重现性作出了贡献。为方便读者在使用时查阅，本书中涉及的配方、工艺条件和添加剂，均注明来源，便于使用者于生产中与研制单位联系。

近代科学技术的日新月异，本身就是各个学科、各个领域的互相渗透、有机结合的结果，彩色不锈钢的诞生，也就是材料科学、电子科学、表面科学、检测技术良好结合的成功实例。人们相信，只要各个专业、各个学科的互相渗透，取长补短，不久的将来，彩色不锈钢工业一定会蓬勃发展，彩色不锈钢一定会出现在人们的生活和工作中，为国争光，为四个现代化服务。

彩色不锈钢的应用前景，从国外情形看，建筑行业由于采用彩色不锈钢，是彩色不锈钢的消耗大户。建筑行业的装饰，长期以来都是采用阳极氧化着色铝型材，铝材着色膜与彩色不锈钢着色膜相比，金属光泽差，耐蚀性、耐磨性和耐候性及美观性都不如不锈钢。随着彩色不锈钢的出现，国外形成彩色大楼热。据介绍，日本东京佛教会议厅的屋面和天花板，使用彩色不锈钢达3万平方米，我国台北市亚洲投资信托公司总部大楼甚至于外墙和窗框使用了73t彩色不锈钢，美国建筑银行大楼使用了27t彩色不锈钢，令人耳目一新的是美国休斯敦市21层彩色大楼，用彩色不锈钢装饰外墙和窗框，从早晨日出到晚上日落，由于阳光入射角的改变，入射光从东方直至西方，该大楼显示出不断变幻的天蓝色、金黄色、红色和绿色，连续变化交相辉映，不同的角度观望有不同的色彩的精美情景，吸引着来往的人群。除建筑装饰外，彩色不锈钢的需求还将不断扩大，发展前景极为可观。

在编写本书过程中，查阅和收集了国内外有关不锈钢的文献资料，根据我国的实际需要，选取那些在生产中使用较为广泛、性能较为稳定的技术和工艺，作为本书的主要内容。对某些目前还在实验室阶段中取得的成果，虽未广泛使用，但有参考价值，值得进一步试验、运用、发展，推广的项目也作了介绍。

全书共分10章，第1～3章为不锈钢表面处理的准备工序，第4～5章为不锈钢电镀与涂层（包括扩渗层），第6～9章为钝化与着色，第10章为腐蚀加工。

在编写本书过程中，力求以通俗易懂的语言，全面地、深入地、细致地将不锈钢各方面技术一一介绍给读者。读者参考本书的有关内容，在实际工作中将会受益。这里要感谢参考过的文献资料的作者，他们的工作和文献使本书内容得以更完整和丰富。

虽然作者力求把这一工作做好，但限于本人的水平，收集的资料有限，书中可能有疏漏和错误之处，敬请读者批评指正。加之科学技术发展突飞猛进，昨日的技术已不适应今日的要求，特此勉励大家为不锈钢的技术发展共同努力。陈天玉［1～5］第1章　不锈钢表面预处理1.1　概述1.1.1　预处理的必要性

预处理是不锈钢制件表面在进入表面处理（包括酸洗、化学抛光与电化学抛光、电镀、钝化、着黑色、着彩色、化学加工等）前的重要处理步骤。在不锈钢制件的成型过程中，表面都有可能粘上油污、存在毛刺、形成粗糙表面和氧化物，因而在表面处理前，首先必须把油污、毛刺、不平表面和氧化物除去，才能使后续加工获得满意的效果。1.1.2　处理去除的污物

不锈钢表面在预处理中要去除的污物可分为有机物和无机物两大类。（1）有机污物。包括矿物油（诸如柴油、机油、凡士林、石蜡等）以及动物油和植物油（如豆油、茶油、菜籽油、猪油、牛油等），这些油污主要来自不锈钢零件加工过程中使用的润滑油、切削油、淬火油、磨光膏和抛光膏以及手指印。（2）无机污物。包括泥土、尘埃颗粒、热处理时生成的氧化物等污物。1.1.3　不锈钢制件预处理的步骤（1）表面机械整平。消除不锈钢表面的粗糙状态，经过机械磨光、抛光达到一定的表面光洁度。（2）除油。除净表面的油污。（3）酸洗。除去表面的氧化物。（4）弱腐蚀。活化待处理表面，除去表面钝化膜，露出金属结晶组织。1.1.4　不锈钢表面预处理方法（1）机械法。应用磨光机、抛光机或其他机械消涂表面粗糙状态，进行磨光、抛光。（2）化学法。应用碱性溶液除油，酸性溶液酸洗和有机溶剂溶解油脂和除污。（3）电化学法。应用电化学除油和电化学浸蚀。（4）滚光、离心滚光、离心盘光饰和旋转光饰，适用于小零件，兼有整平和除氧化皮的作用。（5）喷砂。适用于大面积处理，兼有去污和除去氧化皮的作用。

因此，要根据表面状态的不同，对不锈钢后续处理的质量要求，采用适当的预处理方法。

为了阐述方便，氧化皮的清除和酸洗将在第2章中叙述。1.2　表面机械整平1.2.1　磨光（1）磨光的作用。磨光是用磨光轮或磨光带对不锈钢表面进行磨削加工，可以去掉表面的毛刺、氧化皮、锈蚀、孔眼、划伤、焊瘤、焊渣、焊缝波，以提高表面平整度。（2）磨光质量的影响因素。有磨光的次数、磨料的种类和粒度、磨光速率、磨光轮上使用的磨光膏等因素。磨光后表面粗糙度可达到Ra≥0.4μm。（3）磨光线速度v（磨光轮圆周线速度）为13～30m/s。由此可推算出，使用直径D=300mm的磨光轮，转速为；使用直径D=400mm的磨光轮，转速为600～1400r/min；D=500mm时，则为500～1200r/min。（4）磨料。主要有人造金刚砂（碳化硅SiC，紫黑闪光晶粒），人造刚玉［氧化铝（AlO），白至灰暗色晶粒］和天然金刚砂23（AlO·FeO，发红至黑色砂粒）。2323（5）磨料粒度的选择。磨光时磨料颗粒一般采用逐渐减小分几次的磨光。如果表面粗糙度较小，也可一次性磨光，最后在磨光轮上加磨光膏油磨，可达到较精的磨光效果。磨料粒度的选择见表1-1。表1-1　磨料粒度的选择（6）磨光轮。由棉布、人造棉（无纺布）、毛毡、呢绒或皮革叠合起来经缝合或压黏制成磨光轮，有成品可购。使用前要钻中心孔，在磨光机上用废粗砂轮修磨圆周，以防止磨光轮在旋转时发生振动。在使用前要将事先配好的胶液趁热（60～70℃）用刷子涂刷在轮沿上，然后滚压上磨粒，晾干（一昼夜）后即可使用。磨料磨耗后可重复涂刷磨料再使用。（7）磨光带。适用于磨光带专用磨光机。其优点在于磨削面积大，使用寿命长。磨光带由足够长的衬里、黏结剂和磨料构成。用合成树脂作黏结剂可适用于湿磨，磨光带有成品可购。磨光带不锈钢磨光参数的选择见表1-2。表1-2　磨光带不锈钢磨光参数的选择1.2.2　抛光

抛光用于不锈钢预处理，目的是减少表面粗糙度（Ra）的数值<0.4μm，使表面获得光亮平整的外观，为后续的化学抛光或电化学抛光作准备。（1）抛光原理。填平论认为：当抛光轮高速旋转时，不锈钢表面在力的作用下与抛光轮摩擦而产生局部高温，使金属的塑性提高，微观不平处的凸起部分在高温下流动至凹入部分，发生填平，从而使细微不平的表面得到改善。（2）抛光轮。由软质布片，如棉布、无纺布层叠而成，不必缝合，在高速旋转下，涂上抛光膏，将表面压向抛光轮，从而得到光亮表面。（3）抛光轮圆周速度。抛光不锈钢采用的圆周速度为30～35m/s。当用直径D=300mm的抛光轮时，其旋转速度为2000r/min时，其圆周速度=31.4m/s。用直径D=250mm的抛光轮，其转速为2400r/min。（4）抛光膏。有白、黄、绿、红等抛光膏品种，由于不锈钢硬度较大，适宜用绿色抛光膏，绿色抛光膏含氧化铬绿色磨料和硬脂酸等黏合剂。在抛磨时不锈钢表面与抛光轮摩擦产生的热量熔化黏合剂，使氧化铬发生磨削作用，产生镜面效果。1.3　除油1.3.1　有机溶剂除油

有机溶剂除油就是利用有机溶剂能溶解油脂的性质，把油污除去。只有表面沾污了用一般化学除油难以除去的，如黄油、凡士林、抛光膏结垢等才采用有机溶剂除油。有机溶剂除油的最大缺点是：溶剂挥发后在表面上会留下一层极薄的油膜。所以有机溶剂除油只能作为预除油，随后再用化学除油。

常用有机溶剂的部分物理化学常数见表1-3。表1-3　常用有机溶剂部分物理化学常数

最常用的还有汽油，因其价廉易得，毒性小，溶解力强而受到欢迎，但其缺点是易燃易爆、不可加温。当油污含量达到30％时，应予以更换。

有机溶剂除油常用浸洗法，适用于小零件；对大型设备表面可采用擦拭法。不燃性有机溶剂可使用专用除油设备，可进行蒸气除油或喷射除油。设备基本上是密封的，溶剂可蒸馏循环再生使用，增加了安全可靠性，降低了成本。如三槽式三氯乙烯除油设备，见图1-1，第1槽加温浸泡，溶解除油，第2槽以比较干净的冷液除去第1槽浸泡后残留的油渍，第3槽进行蒸气除油。图1-1　三槽式溶剂除油装置

三氯乙烯受紫外线照射会分解出剧毒的光气和氯化氢。因此，应避免日光直射和防止水分带入槽内，最好采用密闭装置操作。1.3.2　化学除油

化学除油就是利用碱性化学物质溶液除去不锈钢表面上的油污，以达到清洁表面的作用。（1）化学除油原理。

①皂化作用。动物和植物油脂由于其分子结构的原因可被碱所皂化，称为可皂化油，生成可溶性的肥皂（化学结构为脂肪酸钠）和甘油（化学结构为丙三醇）。皂化的化学方程通式可表示为：

②乳化作用。非皂化油，如矿物油能与乳化剂乳化形成乳浊液（其体系属于水包油），使其从金属表面上脱落。

乳化作用机理：乳化剂分子的一端含憎水基团而另一端含亲水基团，见图1-2，在除油过程中，乳化剂以其憎水基团吸附于油表面产生亲和作用，而其亲水基团与水分子相结合，在乳化剂分子定向排列的作用下，油-溶液界面的表面张力大为降低，在溶液的对流和搅拌等作用下，油污就能脱离表面，以微小油珠状态分散在除油液中，这时乳化剂的分子包围在小油珠表面，防止小油珠重新黏附在表面上，见图1-3，变成乳浊液。乳浊液是液相油分散在液相水中，这种乳化作用便起到了除油的作用。图1-2　乳化剂分子示意图图1-3　表面活化剂分子的定向排列（2）化学除油溶液中的碱性化学品。

①氢氧化钠（NaOH）。俗称片碱或苛性钠，有很强的皂化能力。对不抛光钢表面也具有一定的氧化作用，吸附力很强，不易用水洗净。

②碳酸钠（NaCO）。属碱式盐，水解能释放出少量的碱，故23水溶液呈碱性，0.5％水溶液的pH为11.83。是表面活性剂的极好载体，其本身具有一定的去污能力，俗名纯碱，但水洗性不是很好。

③磷酸三钠（NaPO·12HO）。水溶液呈碱性，0.5％水溶液的342pH为11.8。对污物有分散和润湿作用，具有较好的表面活性作用，对皮肤刺激小，是手工擦拭时的首选清洁剂，且水洗性极好。

④硅酸钠（NaSiO）。俗称水玻璃和泡花碱。其湿润、乳化、23抗絮凝作用均佳，价格低廉。除油后要将硅酸钠彻底洗净，否则在酸洗时形成硅胶，影响后续加工。

⑤焦磷酸钠（NaPO·2HO）。水溶液呈碱性，0.5％水溶液的4272pH为10.1，表面活性好，水洗性好，有螯合作用，防止金属溶入后生成不溶性硬水皂膜。（3）表面活性剂。表面活性剂是强的乳化剂，能加速除油过程。常用的有下列几种。

①十二烷基硫酸钠。有良好的湿润作用，但有很强的起泡作用，因此，使用浓度不可过高，一般为0.5～1g/L，属于阴离子型表面活性剂，水洗性良好。

②OP-10乳化剂。具有良好的润湿作用和乳化作用，除油效果很好，但水洗性不好，必须在除油后加强清洗。因此，使用浓度不宜过高，一般采取3～5g/L。

③TX-10（聚氧乙烯辛烷基酚醚）。有良好的润湿作用和乳化作用，能耐热浓硫酸的氧化作用，可与浓硫酸配合作酸性除油用。使用前先用热水稀释成30％（体积比）使用，常用量为稀释液3～5mL/L。属非离子型表面活性剂。

④6501（十二烷基二乙醇酰胺）、6503（十二烷基二乙醇酰胺磷酸酯）和三乙醇胺油酸皂。都是较新型的乳化剂，对矿物油有极佳的除去效果，水洗性良好，不会被硬水中的钙、镁离子沉淀，其使用量可以大些。（4）不锈钢化学除油溶液的配方和工作条件见表1-4，可根据不锈钢表面油污的性质和严重程度适当选用。表1-4　不锈钢化学除油溶液配方和工作条件（5）影响除油效果的因素。

①温度。一般除油温度控制在70～90℃，温度对除油质量和速率有密切的关系。温度愈高，油脂易软化，流动性增大，皂化作用增强，溶液对流增强，乳化作用加强，因而除油速率愈快。

②油脂的性质。对沾有较多非皂化油的表面，采用表1-4中配方1～3的除油效果不如采用配方4～7含有乳化剂的除油效果好。

③热水清洗。化学除油后，表面宜用60℃热水清洗，将皂化生成的肥皂洗去，以及附着表面的多余乳化剂和硅酸钠洗去，以免黏附于表面上，不利于后续处理。

④搅动溶液或翻动零件，经常更新不锈钢表面的乳化液层，可加速乳化后油滴分散到溶液中的速度，能显著提高除油效果。

⑤超声波强化除油，使用频率在16kHz以上的高频声波，即超声波向除油溶液发射时，反复产生减压与增压的作用，在减压时溶液界面瞬时出现真空空穴，在增压时溶液中出现冲击波，使表面油污膜的完整性被破坏，并出现空洞现象，形成剧烈的搅拌作用。超声波是直线传播的，但反射减弱。超声波通过超声发生装置中的振子发射到表面上的效果最佳。超声波还可用于有机溶剂除油、电化学除油及酸洗，以提高效率。

⑥更新溶液。除油溶液在使用过程中由于油污的进入越来越脏，除了开始可补充1～2次原料外，根据除油速率变慢和除油质量变坏，应把除油溶液更新重配。1.3.3　电化学除油

电化学除油又称电解除油，是在直流电的作用下，在碱性除油溶液中将不锈钢表面作为阴极或阳极进行电解，从而除去油污。

1.3.3.1　电化学除油机理

电化学除油时，除了有化学除油的皂化作用和乳化作用外，还在电流的作用下，使水分子分解，在表面上析出气泡，随着气泡的增大，将油膜撕裂，脱离表面，呈小油滴状进入溶液中。产生的气体对溶液起搅拌作用，加速了除油的速率。因此，电化学除油所需的电流较大，2一般在5～10A/dm。

不锈钢表面处于阴极时，由于水的电解析出氢气，反应式如下：

析出的氢气泡体积小、数量多，擦刷作用大。

不锈钢表面处于阳极时，析出的是氧气，反应式如下：

析出的氧气只有氢气体积的一半，由于数量少，阳极除油效率不如阴极除油大。

1.3.3.2　阴极除油和阳极除油的比较

阴、阳极电解除油的比较见表1-5。表1-5　阴、阳极电解除油的比较

1.3.3.3　电化学除油溶液配方及工作条件

电化学除油溶液配方及工作条件见表1-6，也可参照表1-4化学除油配方。表1-6　电解除油溶液配方和工作条件

1.3.3.4　影响电化学除油的因素（1）温度。温度愈高，电解液的导电性愈强，除油效率愈高，但一般宜在70～80℃即可。（2）电流密度。电流密度愈大，产生的气体愈多，除油效率愈2高。但一般宜在5～15A/dm之间即可。（3）时间。分阴极时间和阳极时间，阴极时间长易除去油，但易渗氢，且易有金属杂质析出，故一般宜在1～2min内。阳极时间长，虽有除去表面在阴极时析出沉渣的作用，但同时有氧化作用，时间过长，特别是有氯离子存在下易使表面发生点腐蚀，故一般阳极时间以0.5min为宜。溶液中没有氯离子存在时，也可在专用阳极除油溶液中进行5～10min。为了取得最佳效果，可采用阴极和阳极的联合除油，要采用反向双掷电闸，即先在阴极除油1～2min，后在阳极除油0.5～1min。可以减轻渗氢和氧化作用。（4）乳化剂。在电解除油中，有机表面活性剂的乳化作用已降至次要地位。乳化剂往往有很强的发泡作用，为了避免在液面上电解时覆盖大量含有氢气和氧气的泡沫（这些泡沫在电极上产生火花时会引起爆鸣），必须控制有机表面活性剂的用量在1～2g/L之内。（5）对极。与不锈钢零件在除油时相对应的电极可采用不锈钢板或低碳钢板。对极面积要比不锈钢零件面积大些，主要起导电作用。1.4　滚动光饰1.4.1　滚筒滚光（1）滚光作用。滚筒滚光是将不锈钢零件放入盛有碱性除油液的滚筒中，利用滚筒的旋转，使零件相互摩擦，达到除去表面油污的作用。

如果要求提高表面光洁度，可在滚筒内的碱性溶液中加入磨料，利用在转动中使磨料与零件表面摩擦，达到整平表面，使零件表面光泽的目的。

如果要求除去氧化皮，可在滚筒内加入酸类和非离子型表面活性剂，如OP-10，利用转动作用，既除去油污，又除去氧化皮。

滚光可以全部或部分替代磨光和抛光工作，它适用于大批量的小零件处理之用。但不适用于有外螺纹的或要求精密的高光洁度的零件的滚光。（2）滚光用滚筒。滚筒截面有圆形、六角形和八角形等形式。有角滚筒比圆形滚筒更易使筒内零件翻动时相互碰撞，光洁度提高快些。滚筒外圆直径取300～600mm为宜，长度取500～800mm为宜。滚筒内腔，如分数格以盛装不同的小零件，其长度可更长些，每格自备密封开启门。滚筒转速采用45～65r/min。直径大的滚筒取慢转速。

滚筒的制作材料可采用5～10mm厚的钢板或不锈钢板，也可用10～20mm厚的硬质木料制作，最好在外面包薄铁皮。

为了使筒内的零件有一定的压力，并能相互滚动，滚筒内零件装载量按滚筒直径D计，不少于，不大于。如果零件装得太满，则会造成零件只有转动没有滚动，零件装得太少，则会缺少滚动摩擦的压力。（3）滚光溶液和磨料。滚光溶液分为中性溶液、酸性溶液和碱性溶液。中性溶液使用的成分全是表面活性剂，如OP、6501、6503等，主要用于除油和磨光。酸性溶液主要成分为硫酸、盐酸或其他酸，含量都很低，如15～25mL/L，以防腐蚀，其主要目的是除氧化物，在酸中再加入表面活性剂OP-10 0.5～1mL/L，同时兼有除油作用，俗称酸性除油液，滚光时间1～2h，经过第1次酸性滚光后，经过水洗净后，再经过第2次碱性溶液滚光。碱性溶液含氢氧化钠20～30g/L、OP-10 0.5～1mL/L，时间1～2h，其目的是提高光洁度。

为了提高光洁度，除去零件凹处的油污，可加入适当的磨料。磨料包括有钢材磨料（铁钉、钢珠及冲床下脚边角碎粒）、天然磨料（金刚砂、花岗岩碎块、大理石和石灰石颗粒）、陶瓷磨料（有球形、圆柱形、棱锥形、立方形、角锥体、圆锥体等）、树脂黏结磨料、动植物磨料（玉米芯、核桃碎壳、锯末、毛毡块、碎皮革等，适用于干磨）。如果不锈钢零件表面没有锈蚀或氧化皮，可直接一次或多次性用溶液滚光。1.4.2　离心滚光（1）离心滚光原理。离心滚光操作原理见图1-4，它是在一个转塔内的四周安放一些装有零件和磨料的转筒，转塔高速旋转，带动转筒以低转动的速度反方向旋转。转塔旋转产生的离心力使转筒中的装载物压在一起，转筒的旋转使磨料对零件产生滑动磨削，从而起到除毛刺或光饰表面的作用。图1-4　离心滚光示意图（2）离心滚光的效率与质量。离心滚光可使加工时间大大缩短，只需一般滚光时间的1/50。加工时零件之间的碰撞小，不同批次加工的表面质量一致，也能保持高的尺寸精度和光饰质量。（3）离心滚光能使零件表面产生高的压应力，从而可提高零件的疲劳强度，其效果通常比用其他光饰方法处理后再作喷丸处理的效果更好，成本更低，效率更高。（4）离心滚光的运转速率对磨削效果的影响。改变转塔和转筒的运转速率，可得到不同的磨削效果。其表现如下。

①在高速运转时，用硬而低磨损的磨料（如钢材磨料和天然磨料），可起到去毛刺的作用。

②在低速运转时，则起到光饰表面的效果。

③也可以把这两种方式合在一起进行，即先高速后低速运转，就可以起到去毛刺和光饰表面的效果。（5）离心滚光的缺点。

①只能处理小零件。

②加工过程中不能检查零件的加工质量。

③设备制造成本较高。1.4.3　离心盘擦光（1）离心盘擦光原理。离心盘擦光原理示意图见图1-5，离心盘擦光机的主要结构是圆柱形容器、碗形盘和驱动系统。在固定不动的圆柱筒下部，装有一个由驱动系统带动的能高速旋转的碗形盘，盘的线速度可达10m/s。零件和磨料放入筒内。工作时由于盘的旋转，使装载物沿筒壁向上运动，其后因零件的自重而从筒的中心滑落到离心盘中部。如此反复，使装载物呈圆柱形运动，从而对零件产生磨削光饰作用。加工后装载物从盘的侧门放出，用筛网或磁盘将零件与磨料分开。图1-5　离心盘擦光原理示意图（2）碗形盘和圆柱之间的间隙控制。碗形盘和圆柱之间的间隙越小，能处理的零件也越小，使用的磨料也越细。（3）离心盘擦光的速率与质量。离心盘擦光的速率快，可与离心滚光相当，而擦光质量与振动擦光相同，开口容器便于在加工过程中对零件的加工质量进行检查。1.4.4　旋转光饰（1）旋转光饰原理。旋转光饰原理示意图见图1-6。将零件固定在一转轴上，并浸入盛有磨料泥浆的旋转筒内，零件表面由于受到快速运动泥浆的磨削作用而达到表面光饰加工的目的。图1-6　旋转光饰原理示意图（2）旋转光饰使用的磨料。可分为以下几种。

①湿态光饰。用的是氧化铝矿砂，并从筒的中心上部的管道中通入水和磨光溶液，以进行湿态光饰。

②干态光饰。用的是细磨料和碎玉米芯、胡桃壳碎粒等混合组成的磨料进行干态光饰。

③旋转光饰的加工时间。不超过20min，一般在30s左右。（3）旋转光饰的特点。

①因零件是单个地固定在转轴上，而不会有碰撞的可能，因此，适合于精密而怕碰撞的零件（如齿轮、链轮、轴承等）。

②可进行去毛刺、倒圆角，获得很精细的表面。

③加工效率低，成本较高。1.5　喷砂1.5.1　喷砂原理

喷砂是用压缩空气流将石英砂喷在不锈钢零件表面，对表面进行清理或修饰加工。喷砂可分为干喷砂和湿喷砂两种。1.5.2　喷砂的用途（1）除去铸件、锻件或热处理后不锈钢表面存在的型砂、氧化皮。（2）除去不锈钢表面上的锈蚀物、积炭和焊渣等。（3）提高不锈钢表面粗糙度，从而提高其后表面覆盖层的结合力。（4）除去零件边缘的毛刺、方向性磨痕。（5）使不锈钢表面消光。1.5.3　干喷砂工艺（1）干喷砂前准备。油污零件在喷砂前应先除油，然后晾干。因为油污的或湿的表面影响喷砂效果。（2）干喷砂工艺条件。干喷砂工艺条件见表1-7。表1-7　干喷砂工艺条件

①磨料。应用最广泛的是经过清洁的筛选过的石英砂，更由于其价廉和易得。

②压缩空气。根据需喷砂零件的壁厚参照表1-7选用适宜的压2力。压强在0.5～0.1MPa范围选用（1MPa=1000kPa≈10kg/cm≈10工业大气压）。要求压缩空气无油和水。（3）干喷砂设备。由三部分组成。

①喷嘴。用耐磨的白口铸铁或陶瓷制成。

②空压机。要配备活性炭过滤器、油水分离器和空气包。

③喷砂室。收集喷出的砂子以备回收，并有防尘装置。1.5.4　湿喷砂（1）湿喷砂原理。将石英砂与水混合成砂浆［石英砂占20％～30％（体积比）］，在搅拌下用压缩空气将砂浆压入喷嘴吹向零件表面，也可将砂、水分别在流向喷嘴前混合吹出。在水中视其必要性，可加入缓蚀剂——亚硝酸钠。（2）湿喷砂特点。

①消除了砂尘对空气的污染。

②可使用较细的磨料，获得较精细的表面。参考文献［1］　电镀手册编写组.电镀手册.北京：国防工业出版社，1977.［2］　表面处理工艺手册编审委员会.表面处理工艺手册.上海：上海科学技术出版社，1991.［3］　曾华梁等.电镀工艺手册.第2版.北京：机械工业出版社，1997.［4］　电镀工艺手册编委会.电镀工艺手册.上海：上海科学技术出版社，1998.［5］　李鸿年，张炳乾，张绍恭，宋子玉等.实用电镀工艺.北京：国防工业出版社，1990.第2章　不锈钢氧化皮的清除和酸洗2.1　不锈钢氧化皮的清除2.1.1　不锈钢氧化皮的结构

不锈钢表面存在的氧化皮结构致密，与基体附着力强，在以后的钝化、电镀、着色等装饰处理之前必须首先要清除干净。（1）不锈钢氧化皮的化学组成。不锈钢内含有铬、镍、铁、少量的碳和硅，可能存在锰、钛、钼、钨等元素，在冶炼、熔铸、热轧、热处理、焊接等工艺过程中，不可避免地会生成氧化皮，氧化皮组成物中存在着多种多样的氧化物结构。不锈钢氧化皮化学组成物见表［1］2-1。表2-1　不锈钢氧化皮化学组成物（2）不锈钢氧化皮的复杂性及其危害性。不锈钢氧化皮结构的复杂性使氧化皮的完整性受到破坏，不完整性包括膜的晶体结构和电子结构的不均匀性。不完整的氧化皮不但没有装饰性外观，而且使金属表面的电化学腐蚀加快。氧化膜中新的氧化物的形成，由于体积差异，会在金属表面产生应力，氧化物与基体的热膨胀系数不同，也会产生相应的应力。表面应力的存在加快了表面的应力腐蚀。因此，不锈钢表面因各种原因形成的不完整的氧化物、氧化皮有害无益。去除不锈钢表面的这些氧化皮对顺利进行下道工序加工，防止不锈钢表面腐蚀，保持表面光洁，延长不锈钢零部件的使用寿命，具有重要的实际意义。2.1.2　不锈钢氧化皮的清除

有机械法、化学法和电化学法。机械法在第1章中的磨光、抛光、滚光等诸节中已阐述。由于不锈钢氧化皮组成的复杂性，要使表面氧化皮清除干净，又要使表面达到高度清洁和平整，并非易事。清除不锈钢氧化皮一般要分两步进行，第一步为预处理，第二步为去灰渣。

2.1.2.1　不锈钢氧化皮预处理

预处理使氧化皮变得疏松，然后再进行酸洗，易于除去。预处理又可分为下列方法。（1）碱性硝酸盐熔融处理法。碱性熔融物含有氢氧化物87％（质量分数），硝酸盐13％（质量分数），熔融盐中两者的比例应严格控制，使熔融盐具有最强的氧化力、最低的熔点和最小的黏度。在生产过程中只分析硝酸钠含量不少于8％（质量分数）。在盐浴炉中进行处理，温度为450～470℃，时间对铁素体不锈钢为5min，奥氏体不锈钢为30min。

在预处理过程中，铬的氧化物与碱发生反应，生成物是亚铬酸钠：

生成的亚铬酸钠（NaCrO）再被硝酸钠氧化，转变为易溶于水2的铬酸钠（NaCrO）。反应式如下：24

同样，铁的氧化物和尖晶石也可被硝酸盐氧化，变成疏松的三价的氧化铁，易被酸洗时除去。

由于高温作用，形成的氧化物部分剥落，以沉渣的形式沉入浴炉底。

碱性硝酸盐熔融预处理工艺流程：蒸气除油→预热（150～250℃，时间20～30min）→熔融盐处理→水淬→热水洗。

熔融盐处理不适于有焊缝间隙或卷边的组合件。零件从熔融盐炉取出后水淬时，会溅起一股带刺激性的碱、盐雾，故水淬时应采用深井式防溅水淬槽，见图2-1。水淬时先将零件筐吊入槽内，停在水平面上方，关闭槽盖，再把零件筐降到水中，直到淹没即可。图2-1　深井式防溅水淬槽示意图（2）碱性高锰酸钾预处理。处理液中含有氢氧化钠100～125g/L，碳酸钠100～125g/L，高锰酸钾50g/L，溶液温度95～105℃，处理时间2～4h。碱性高锰酸钾的处理效果虽不如熔融盐处理，但其优点是适用于有焊缝或卷边的组合件。（3）浸渍法预处理。为使氧化皮松动，直接采用下列强酸浸渍预处理，为防止酸对基体金属的溶解，要严格控制酸浸时间和酸液温度。浸渍法酸液预处理法所用溶液成分及工艺条件见表2-2。表2-2　浸渍法酸液预处理法所用溶液成分及工艺条件（4）电化学法。利用电化学溶解及电极上析出气泡的机械作用剥离氧化皮。其优点是腐蚀性较小，速度快。电化学法去氧化皮溶液成分及工艺条件见表2-3。表2-3　电化学法去氧化皮溶液成分及工艺条件

2.1.2.2　不锈钢去灰渣

不锈钢氧化皮从盐浴炉出来后表面上剩下的氧化物灰渣可在下列溶液中除去（见表2-4）。表2-4　不锈钢去灰渣用溶液及工作条件

2.1.2.3　除氢

不锈钢在酸洗过程中有一定量的氢原子吸附在基体内，易造成氢脆现象。对高强度不锈钢要进行除氢处理。除氢方法如下。（1）碱性溶液阳极电解法。在氢氧化钠50～60g/L，碳酸钠10～20g/L，磷酸三钠50～60g/L，硅酸钠10～20g/L，温度80℃的溶液2中，在阳极上，电流密度10A/dm，时间10min，可有效去除吸附在表面上的氢。（2）加热法。即将不锈钢零件放在烘箱内在200℃温度时烘1～2h以去除氢。2.2　不锈钢的酸洗

不锈钢表面酸洗溶液和工艺条件见表2-5。

配方1　含过氧化氢的酸洗液，是世界产权组织的一份公开专利。它的特点是不使用硝酸、氢氟酸酸洗体系，环境污染小，由于含有大量的表面活性剂乙基己基硫酸钠，属于非直链碳链，在酸洗过程中，能有效除去污迹，同时含有大量的过氧化氢和少量磷酸，能使表面清洁和光亮，但过氧化氢易氧化分解，在使用过程中，要视反应程度及时适量补充，才能保持酸洗速率和质量。

配方2　采用两步法酸洗工艺，在常温下快速去除不锈钢表面的厚氧化皮，具有酸洗速率快，使用温度低的优点。不含硝酸，对空气污染小，处理后表面洁净，不失光，不褪色，不泛黄。特别适用于厚氧化皮和焊接处黑皮及夹杂物的常温快速去除。酸洗工艺流程：化学除油（常规碱性化学除油）→热水洗→两步流水洗→第一步酸洗→第二步酸洗→流水洗→转入下道工序。第一步酸洗是除去焊接处黑皮及夹杂物，以及部分氧化皮，并附有灰色膜，光泽较差，然后转入第二步酸洗，达到近似镜面光亮。在酸洗液中加入的盐酸和硫酸，除去不锈钢表面的铁氧化物。双氧水的强氧化性可使不锈钢表面难溶于酸的氧化物结构发生变化，增加酸洗速率。但双氧水不稳定，易于分解，必须加入稳定剂，同时，要及时补加浓度下降的双氧水的含量，稳定剂主要含有醇类（乙醇、乙二醇、苯甲醇等）和有机酸类（苯甲酸、水杨酸、乙酸等）稳定剂，还能改善酸洗表面的质量。酸洗液中的氢氟酸对难溶的铁铬氧化物、锰氧化物、钼氧化物有较强的溶解能力，而且对含硅的灰色膜能溶解除去，氟离子对溶解的金属离子能形成络合物，提高酸洗液的稳定性。表面活性剂能降低表面张力，提高酸洗浸蚀力，使处理后的表面光洁，以非离子型表面活性剂JFC为佳。缓蚀剂防止过腐蚀，自行复配的缓蚀效率可达到90％。

配方3　适用于对壁厚在0.3mm以下的超薄型不锈钢螺纹管的酸洗。关键在于酸洗液中添加两种表面活性剂，有效地提高了酸洗速率及质量生产实践检验，该工艺简单、槽液稳定，调整方便，不产生废品，生产效率提高3倍以上，所谓超薄型不锈钢螺纹管是指将厚度为0.3mm的不锈钢薄板剪成62.8mm×（300～700）mm小料后，卷曲成直径ф20mm的金属筒，用氩弧焊成长圆形管后挤压呈螺纹状，成型后进行热处理，表面产生一层致密的厚氧化皮，传统工艺是先松动氧化皮，预浸蚀和酸洗之后，清除表面残渣，该工序工艺多，酸洗时间长，工件不光亮、易腐蚀，易报废，且质量总是存在问题。为此，取消了松动氧化皮、除残渣工序，直接在酸洗液中添加DR-A添加剂和阴离子表面活性剂，结果显示，酸洗不仅干净、光亮，无过腐蚀，氧化皮残渣易除掉，质量好，生产效率高，效果满意。这种添加剂DR-A由湖北东风汽车制动系统有限公司技术部皮启德研制（十堰442062）。

影响浸渍时间的因素如下。

①硝酸。是酸洗液的主成分，含量低于200mL/L时效果差，浸渍时间长，不光亮，易过腐蚀，含量太高，高于300mL/L时氧化氮弥漫，升温快，易腐蚀。溶液随生产量的增加，硝酸会消耗分解，酸洗效果减弱。一般浸渍50min后，氧化皮还不掉，就需要补加药品，先捞出槽底的沉积物，再按各成分含量的1/3补加，不用补加水，每半年更换一次溶液。

②氢氟酸。能加速不锈钢氧化皮的浸渍速率，因此，浓度过低时，浸渍速率太慢；过高，溶液升温快，浸蚀过快，易过腐蚀，一般宜控制在50～80mL/L较好。要勤加少加为宜。

③添加剂DR-A具有催化、促进、提高对氧化皮的腐蚀溶解的作用。

④阴离子表面活性剂。主要起润湿、降低氧化皮的附着力，降低

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