基于专利分析的线材除鳞工艺发展趋势

吴晓冰，安 超

（国家知识产权局专利局专利审查协作江苏中心，江苏 苏州 215000）

1 化学除鳞法

线材表面除鳞技术经过长期发展，目前主要有化学除鳞法和机械除鳞法。由于化学除鳞法具有较高的加工效率，因此产业上应用较多。

化学除鳞法是利用化学或者电化学的方法清除线材表面的氧化铁皮，主要分为酸洗和电解两大类。酸洗是利用酸的腐蚀作用，使氧化铁皮溶解于酸洗液中从而去除氧化铁皮。酸洗又涉及圆形酸洗、直线酸洗、震动酸洗、电解酸洗、螺旋酸洗、连续酸洗、封闭酸洗等[1]。酸洗和电解法既单独使用也经常结合在一起使用。下面基于专利检索文献，分别对以酸洗为主的除鳞方法和以电解为主的除鳞方法，进行发展脉络的梳理，为线材表面处理提供参考。

2 电解除鳞法

电解除鳞一般是在装满电解液的容器中进行，直接通电进行除鳞，主要装备如图1 所示。

图1 电解除鳞示意图（JP27581788A）

1977 年美国提交的专利申请US19780886572A，采用了电极非接触方式进行除鳞。该公司在随后的1978 年又提交了专利申请US19790078512A，采用在硫酸盐中进行电解的方式除鳞。发展到1981年，日本提交专利申请JP16493081A，重点对于此前未过多设计的电解加速进行了研究，其采用置于电解槽中的管状电极并连接DC 电源，外侧设置模具将线材上粘连的多余的鳞皮移出。此后，日本于1988 年申请专利JP27581788A，如图1 所示，采用旋转轮作为正极，电极板作为阴极，对线材进行电解抛光，该过程对线材表面的鳞皮清除较为彻底。发展到1994年，日本申请专利JP17450494A，将线材卷整个置于内置中性电解溶液的电解槽中进行电解除鳞，并采用悬挂装置对线材的位置进行定位。该方法相比于之前的在线电解法，电解效率大大提高，但是电解质量稍有下降。1999 年日本申请专利JP18136399A，采用一对对向电极均设置于线材上侧，并设置多个并列的电解槽，线材依次通过多个电解槽进行除鳞，大大提高了除鳞质量。

3 酸洗除鳞法

酸洗除鳞法一般采用硫酸、盐酸和/或氢氟酸和水配置成溶液，通过化学反应将线材表面的氧化铁皮进行溶解。日本在这方面做了较多研究，下面对其发展脉络作重点分析。

1975 年日本申请专利JP9363875A，首次记载了化学酸洗对线材进行除鳞的技术方案，采用常规酸洗液对线材进行除鳞处理。1991年，加拿大提交申请CA2054633A，提出酸洗后进行水洗，并采用温和碱洗相结合的方式进行除鳞，对酸洗残留液进行了一定处理。1993 年日本专利申请JP27940693A，采用对线材卷进行整体酸洗除鳞的方法，对线材卷的悬挂角度进行了详细分析，以及1994 年提交申请JP27940693A，酸洗过程中搅拌流化，然后在中性溶液中进行清洗，清洗过程喷入气体，该过程通过充分搅拌，提高了酸洗除鳞的质量和效率。随后1995 年同一个公司又提交申请JP9595995A，对气体量和线材残留氧化物之间的关系做了详细的相关性分析，进一步给出酸洗过程中吹入气体的必要性以及具体操作应用参数。1998 年日本提交专利申请JP2219898A，采用一排多个酸洗池，并采用橡胶防漏垫防止酸洗液渗漏，进一步提高了酸洗效率。2011 年中国提交专利申请CN201110148100A，针对之前酸洗除鳞液中存在氟化物，对环境产生较大污染的技术问题，提出一种环境污染小且能有效去除氧化铁皮的酸洗液，其采用不含氟离子的硝酸、磷酸、无机铵盐、有机含氨基化合物组成的酸洗溶液，并加入表面活性剂，促进酸蚀过程，通过有机含氨基化合物也大幅度减少氮氧化物的释放，减少了对环境的污染。此后2014 年申请专利CN201410282904A，也提出一种针对酸洗液进行改进的技术方案，进一步针对硝酸、氢氟酸和盐酸产生酸雾的问题，提出一种采用柠檬酸、草酸、三乙醇胺以及脂肪醇聚氧乙烯醚和少量硝酸等成分的酸洗溶液，减少了对环境的污染。

4 其他除鳞法

线材除鳞方法中，除了化学除鳞法以及比较常规的机械除鳞法，还出现了比较新颖的光电除鳞法，本文进行一下延伸介绍。

光电除鳞法主要采用光电手段进行除鳞，例如真空电弧除鳞法（也叫等离子体除鳞法）和激光除鳞法。这个概念出现的较晚，并且研究文献较少，目前仍属于探索阶段。

日本于1995 年提交专利申请JP4266795A 即采用真空电弧除鳞法，如图2 所示。其将线材卷绕在两个卷筒上，两个卷筒之间的线材两侧放置电极板，并均设置于真空箱内，进行电弧放电除鳞，2006年申请专利WO2007AT00046，也是采用等离子体进行放电除鳞。2014 年中国科学技术大学汤中亮的博士论文《低气压直流弧斑等离子体除鳞及其放电特性研究》，针对低气压直流电弧在除鳞中的应用开展了弧斑等离子体放电技术、等离子体放点特性和除鳞工艺研究，建立了一套低气压阴极弧斑等离子体除鳞装置，进行了柱状铜电极、球状铜电极、石墨电极等多种电极的除鳞实现，开展了样品与电极间的静态和动态除鳞研究，实现了不同尺寸样品的除鳞。

图2 光电除鳞法（JP4266795A）

5 结论

当今社会对环保的要求越来越高，因此传统化学除鳞法的发展受到限制。今后化学除鳞法的主要研究重点是优化除鳞液体的成分，降低对环境的污染。光电除鳞方法还处在研究阶段，具有较好的发展前景，相信假以时日，定能从实验阶段全面转向产业应用阶段。