浅谈几种环保型金属表面的处理工艺

2014-04-09单鑫

黑龙江科学 2014年4期

单鑫

（哈尔滨市燃气压力容器检验所，哈尔滨 150090）

金属表面处理是一个与各行业的发展密切相关的工艺技术，在过去几十年里，关于金属表面处理的技术发展速度飞快，出现了化学镀、电镀、表面清洗、磷化、喷涂等高科技工艺，然而在发展技术的同时，很多的科研机构和厂家都忽略了处理工艺的环境保护，使得在金属表面处理作业中产生的环境污染问题不能得到预防，无法做到事前控制，而是出现对环境、人体的危害之后采取事后的补救措施。一方面容易造成不良的社会影响，另一方面对企业来说也不经济，因此在提倡绿色生产以及循环经济的今天，发展环保型金属表面处理工艺无疑具有重大的现实意义。

1 水性防腐涂层

在金属表面进行涂刷溶剂型涂料可以获得较为致密的涂层，但由于溶剂挥发会导致VOC超标，不符合环保的要求，因此应当取代。在实际工作中，用粉末涂料涂装的方式可以有效降低有机溶剂的含量，并且成本较低，但是涂层的致密度不够，因此限制了其实际应用效果。近年来，水性涂料用在金属表面防腐涂层成为一种趋势，由于水性涂料不含对人体有害的溶剂，并且成膜性好，施工简单，对设备和工艺条件要求不高，因此可广泛推广。目前较为成功的成膜配方有水性丙烯酸氨基固化体系，固含量为40%的羟基乳液以及全甲醚化水性氨基树脂。对于水性涂层的制备，可以采用手工涂刷的方式，也可采用喷涂工艺，其中手工涂刷的均匀性略差，但能保证不漏涂，因此可用在结构较复杂的金属工件中。喷涂较为均匀，但是对拐角等隐蔽部位的处理效果不好，因此比较适合工件结构简单的场合。

2 金属表面硅烷化处理

硅烷化处理是一种在传统磷化的基础上改进后形成的一种无污染的表面处理工艺，其主要原料为有机硅烷，可广泛用于各种金属的表面处理，当前关于金属表面硅烷化处理工艺的研究较多，发展速度很快。与磷化工艺相比，硅烷化处理在过程中不需要加热，只需常温即可进行，因此节省了燃料，与此同时也就间接降低了燃料燃烧过程产生的空气污染，并且在整个工艺过程中没有重金属离子的参与，也不产生沉渣，因此对环境和人体无害，工艺成本较低，是普通磷化处理成本的20%以下。因此在世界各国已经普遍认为硅烷化处理是代替传统磷化处理的重要技术之一。

在用硅烷化工艺进行金属表面处理时，可以在金属表面形成一层致密的保护膜，并且与金属表面之间的附着力也较强，这主要是因为硅烷含有两种不同的官能团，其中一个官能管可与金属等无机物表面的羟基发生反应形成共价键，因此结合力较大，而另一个官能团能与树脂形成共价键，因此使树脂与金属表面能够紧密结合，再加上合理的涂装工艺（如喷涂、刷涂、滚涂、浸泡等）就使得在金属表面能够形成一层均匀、致密并牢固的保护膜，达到耐腐蚀、氧化的目的。

3 无氰化镀铜工艺

电镀铜一般用于铸模、镀镍、镀铬、镀银和镀金的打底，在对金属表面镀铜时，一般传统的镀液内都要含有氰化物，而氰化物对人体来说是有剧毒的物质，一旦泄露到环境中也会对环境造成严重的污染，因此，国内外一直在致力于寻求一种无氰化镀铜工艺，使镀铜的过程能够达到无害化、环保的要求。本文提供一种无氰电镀铜工艺，即按照CuCl2与H2O质量比为28:100配制氯化铜溶液，并经活性炭处理，然后在70℃，600mL水中加入250g的 NCBC990U(粉体)，充分搅拌后加入 100mL NCBC990M(浅黄色液体)，然后用KOH调节pH值至6～8，将两种溶液混合均匀并加入去离子水至溶液总体积达到1000mL后加热到80℃，然后自然降温到50℃，待镀液澄清透明后经过滤，电镀时，将镀液加热至反应温度，电解15～30min后可作为电镀液使用，进行电镀操作。实验证明这种无氰化电镀的镀层较为均匀，并且达到整个工艺过程的无害化。

4 铝材无黄烟光亮清洗工艺

在铝材的光亮清洗工艺中一般是采用磷酸、硫酸、硝酸的混合酸液中，加热至一定的温度后进行的，因此在清洗的过程中会产生大量的酸雾、黄烟。黄烟的成分为氮氧化物，对环境造成一定的污染，并且对操作人员的身体健康也有害，随着科技的发展，目前人们普遍采用不加硝酸，而添加一种特殊的添加剂的方式。国内目前生产这种添加剂的厂商有黄岩精细化工厂和佛山吉力达表面处理材料厂等，添加剂的成分未知，但已经证实这种工艺在清洗过程中无黄烟产生，更加环保。

5 不锈钢的无害酸洗钝化

对不锈钢等进行表面的酸洗钝化可以清除工件表面的锈迹、油污、氧化层、污垢等，使其一方面可以变为均匀的银白色，美观大方，另一方面通过酸洗钝化大大提高不锈钢工件的抗腐蚀性能。近年来，人们研究出一种环保型的酸洗钝化工艺，其酸液配方为柠檬酸4%(质量分数)、氧化剂X5%(体积分数)、乙醇2.5%(体积分数)、温度40℃、钝化时间60min，经钝化处理后不锈钢表面抗腐蚀性显著增加，并且操作简单，人体直接接触也无害。