化学表面处理技术详解

2018-01-12 15:42:15 作者：本网整理来源：腐蚀与防护分享至：

化学表面处理技术是一种能够有效预防不锈钢材料产生腐蚀的方法，而且这种处理手段性价比较高。经过适当的培训，这项技术中所使用的相关危险化学品也可以得到有效的管理。

化学表面处理：

化学表面处理大致可以分为以下四类：

1. 酸洗：利用酸性物质去除不锈钢材料表面的杂质（包括焊接或热处理产生的高温氧化物等），以及对部分腐蚀表面进行刻蚀。“酸洗”主要是指去除一些不锈钢表面上的物质。

2. 使用钝化剂：利用氧化性酸或化学物质去除不锈钢材料表面杂质并提高表面的铬含量。

3. 使用螯合剂：可去除表面污染物的化学物质。

4. 电解抛光：电解抛光是一种能够有效去除不锈钢材料表面杂质，并具有增加表面平滑度和增亮表面等额外好处的电化学处理技术。电解抛光同时也是一个电化学过程，它可以改善焊缝的粗糙度并且去除热量，但这并不是为了使表面变得光亮或光滑。

酸洗：

酸洗是指通过化学方法从不锈钢表面除去所有的高温氧化物和相邻的低铬金属层。通过焊接、热处理或者研磨到可以看到含有氧化层的地方，在氧化层下面的钢表面还有一个贫铬层。

一般来说，铬元素含量越低，不锈钢材料的耐腐蚀性越低。为了获得最佳的抗腐蚀性能，必须及时去除受损的金属层，使合金不锈钢表面具有更好的完整性。

对于有些牌号的不锈钢材料，可能需要较长的酸洗时间。在这过程中有时还会产生一些严重的颜色问题等，这通常是由于气体吹扫不良造成的。

单独的采用机械方法移除表面杂质可能会留下磨料或其他颗粒（可能影响到材料的抗腐蚀性能），而且，这种单一的机械方法通常是不足以对表面进行完全清理的。如果使用机械手段，则还需要进行化学钝化处理以获得材料最佳的耐腐蚀性。

一个良好焊接的典型例子

酸洗过程有时会使用到一些强酸，例如使用氢氟酸（HF）和硝酸（HNO3）的混合物，去除污垢层和底部铬耗尽层，以恢复其耐腐蚀性。HF和HNO3的混合物是最常见的并且通常是最有效的。值得一提的是，酸可以以凝胶或糊剂等不同的形式被使用。市售氢氟酸和硝酸的混合物大约含有高达25％的HNO3和8％的HF。酸洗解决方案还可以有效去除嵌入的污染物，如碳钢、亚铁和氧化铁颗粒等。除HNO3和HF酸混合物以外，还有许多不同的酸洗溶液可以使用，有些酸洗溶液可以用于专门的应用，但是它们的酸洗过程往往会稍慢一些。

在溶液与惰性载体混合的情况下，酸洗剂通常会被用于处理诸如焊接的选定区域。酸洗可能还会涉及到表面金属的去除以及表面视觉亮度上的改变等。

电解抛光程序是酸洗的一个有效替代方案。然而，如果在酸洗之后再进行电解抛光作为附加处理则会具有更加明显的处理效果。电解抛光处理可以使得金属表面杂质被有效去除，而且通常还会导致表面更加明亮，光滑，同时具有更好的耐腐蚀性能。

钝化处理：

钝化处理指的是用酸溶液（或凝胶形式）对不锈钢表面进行清洁处理以除去污染物并促使在刚刚产生的表面上（例如通过研磨，加工或机械损伤处理等）形成一层钝化膜。

钝化处理主要是通过溶解不锈钢表面上的所有碳钢污染物，硫化物夹杂物（可能会破坏表面）等来提升不锈钢材料的耐腐蚀性能。硝酸（HNO3）可以用来改善表面铬元素的含量，此外，一些螯合剂也具有这样的效果。

常见的钝化处理包括HNO3溶液或糊剂形式，这些试剂能够有效清洁不锈钢表面而使其不含有其他铁污染物。这些试剂配方中含有大约高达30％的HNO3，还可能含有一些其他类型的氧化剂，如重铬酸钠等。在正确使用时，HNO3处理不会影响到不锈钢材料的外观。

钝化处理通常不会导致钢表面出现明显的变化，尽管进行镜面抛光后的表面应该先进行测试。不锈钢的耐腐蚀性受抛光后表面的粗糙度的影响，随着表面粗糙度增加到大约0.5微米的Ra值以上，耐腐蚀性会显着降低。这大致与下面所讨论的320磨砂研磨的表面相对应。

钝化处理和电解抛光一样，都可以有效改善抛光表面的耐腐蚀性。

螯合剂：

金属原子或离子与含有两个或连两个以上配位原子的配位体相互作用，生成具有环状结构的络合物叫做螯合物。能生成螯合物的这种配体物质叫螯合剂，也成为络合剂。

用“螯”描述这类化合物，就是因为分子结构很像“蟹”的两个大钳子夹住金属原子或离子。所以，螯合剂的这种化学“爪子”能够有选择性的清洁不锈钢材料的表面。

一般情况下，羧酸基团-COOH是可以用作清洁剂，水软化剂和润滑剂的螯合剂的基础。螯合剂在完成清洁、软化或者润滑作用时，体系的pH值和温度必须要满足一定条件才能起到相应的作用。含有这些-COOH官能团“爪”的化学物质包括柠檬酸和草酸以及EDTA（乙二胺四乙酸）等。由于不含有毒性，柠檬酸基的配方设计使用最为广泛。

值得注意的是，利用螯合剂对相关的金属管道或者容器进行清洗的步骤是非常重要的。利用螯合剂进行清洗往往需要基于专有知识和系统之上，相比于所描述的其他方法，螯合剂对不锈钢材料进行清洗缺乏足够的标准体系。因此，螯合剂能否成功使用还需要根据具体情况来决定。

化学处理VS机械处理：

下图显示了不锈钢材料的表面平滑度和化学处理对耐腐蚀性的相对重要性。请注意，酸洗或钝化处理过，表面无光泽的36号砂砾表面比未经处理的220号砂砾表面具有更好的耐腐蚀性。