热喷涂准备工序之一：表面污染处理

表面净化是实施热喷涂前对基体表面进行处理的第一步工序，主要用于除去所有喷涂表面的污垢，包括氧化皮、油渍、油脂和油漆等。喷涂过程的热不能除去这些污垢，这些污垢会严重影响涂层与基体的黏结。将这些污垢去除之后，清洁的表面状态要一直保持，所有的待喷涂表面都应小心保护，当待喷零件搬运时，要使用清洁工具，以免沾染灰尘和手印，从而导致零件表面发生二次污染。

1.表面除油

一般采用机械和化学的方法除去待喷涂零件表面的油渍。

（1）蒸汽除油 通常采用蒸汽法清除零件表面的有机污垢，这是一种经济而有效的方法。工件应烘烤15～30min，以除去缝隙中及表面孔隙中的油污。像砂型铸件或灰铸铁之类的多孔材料，烘烤时间应更长一些。在蒸汽除油或清洗过程中，如果处理的物件太大，可将物件浸泡于热洗涤剂或无油溶剂中由专人进行清洗。工件表面的残余物要用机械方法清除干净。

（2）有机溶剂除油 有机溶剂除油是利用有机溶剂对两类油脂的物理溶解作用除油的。常用的有机溶剂包括：煤油、汽油、苯类、酮类、某些氯化烷烃、烯烃等。从安全性及清洗的温度方面来考虑，通常采用的是全氯乙烯与三氯乙烯和三氯乙烷按1∶1∶1（体积比）混合后的除油剂。很多的烃类溶剂是危险品，有关其用途、使用场所及处理方法等都应严格遵照厂家的使用说明来进行。生产厂家应考虑溶剂的再循环使用问题。氯化物溶剂会留有轻微的残渣，这可通过浸没洗涤法或用异丙醇及丁酯擦拭掉。

有机溶剂除油速度比较快，对金属无腐蚀（特例除外），但多数情况下除油不彻底，当附着在零件上的有机溶剂挥发后，其中溶解的油仍将残留在零件上。因此，在进行有机溶剂除油后，必须再采用化学除油或电化学除油方法进行补充除油处理才能彻底清除残留在工件上的少量油脂。

因为氯气对钛及钛合金材料有诱发裂纹的作用，因此禁止用氯化物溶剂清洗钛及钛合金零件。这类零件可选用碱洗、蒸汽吹、酸浸或挥发性溶剂洗涤等任何一种方法。如有必要，可采用上述任两种或多种方法进行复合除油。

有机溶剂除油的另一特点是有机溶剂易燃或有毒，使用时要加强防护。

有机溶剂除油比碱性溶液化学除油成本高。但若除油设备好，能对有机溶剂进行反复蒸馏，使其再生并循环使用，从而可克服成本高的缺点。如某厂油污严重的轮轴，用碱性化学除油需40～260min，但采用三氯乙烯除油只需3～5min就能满足要求。

在配方中加入少量乳化剂，如硅酸钠、皂粉、OP乳化剂、海鸥洗涤剂等表面活性剂可以除去矿物油。在碱液及乳化剂共同作用下除油效果更好。由于碱液除油的乳化作用有限，故对涂层结合力要求高或需在弱酸或弱碱电解液中进行电镀时，仅采用碱液除油是不够的。特别是零件被矿物油严重污染时，不仅处理时间长，而且除油不彻底。因此，这类零件进行碱液除油后，应采用乳化作用强的电解除油进行进一步处理，才能获得满意的去除效果。

常用有机溶剂除油方法包括以下四种：

1）浸洗法。此法将零件浸泡在有机溶剂中并不断搅拌，油脂被溶解并连同带走不溶解的污物。各种有机溶剂都可用作除油剂。

2）喷淋法。将有机溶剂喷淋到零件表面上，使油脂被溶解下来，反复喷淋直到所有油污都除净为止。除沸点低、易挥发的丙酮、汽油和二氯甲烷外，其他溶剂都可用于喷淋除油。喷淋除油最好在密封容器内进行。

3）蒸气洗法。将有机溶剂装在密闭容器底部，工件悬挂在有机溶剂上面，将溶剂加热，有机溶剂产生的蒸气在工件表面冷凝成液体，将油脂溶解并连同其他污物一起落回到容器底部，以除去工件表面的油污。

4）联合法。可采用浸洗+蒸气洗联合除油或采用浸洗+喷淋+蒸气联合除油，效果更好。采用三氯乙烯做溶剂的三槽除油工艺除油效果最好。零件在第一个槽中经加温浸泡，溶解掉大部分油脂；在第二个槽中用比较干净的溶剂除去工件上残留的油脂和污物；最后，在第三个槽中再进行蒸气除油。三氯乙烯蒸气与冷的零件表面接触时，将冷凝成液体，并溶解掉零件表面残留的油脂，然后回流到槽中。如此循环，可除去零件表面的油脂。由于三氯乙烯密度较大，故不易从槽口流出。除油槽上部应有冷却装置，用来冷凝剩余的三氯乙烯蒸气。若在第一槽底部加入超声波，可加速油脂及污物的脱离，并能将抛光膏迅速除去。若加装喷淋装置，则可快速将大颗粒灰尘、粉末等冲掉。

在进行除油时，应注意以下事项：①要加强通风、防火、防爆；②当有机溶剂中油污的混入量达到25%～30%时，应更换新溶剂，以免污染工件；③要注意防毒，因三氯乙烯在紫外线、热（＞120℃）、氧和火的作用下，特别是在铝、镁的强烈催化下，会分解出有剧毒的碳酰氯（光气）和腐蚀性强的氯化氢。因此，采用三氯乙烯除油时，要注意：要严防将水带入除油槽内；避免除油槽受日光直射和高温烘烤；当有铝、镁工件掉入槽中时，应尽快捞出；安装良好的抽风装置等。

（3）电化学除油 将挂在阴极或阳极上的金属零件浸在碱性电解液中，并通入直流电，使油脂与工件分离的工艺过程称为电化学除油。电化学除油速度远远超过化学除油，而且除油彻底，效果良好。

电化学除油基本原理是，将金属零件作为一个电极，浸没在碱性电解液中，当通入直流电时，由于极化作用，金属-溶液界面的界面张力降低，溶液很容易渗透到油膜下的零件表面，并析出大量的氢气或氧气。当它们从溶液中浮出时，会产生强烈的搅拌作用，猛烈地撞击和撕裂油膜，使吸附在零件表面的油膜被碎化成细小的油珠，迅速与工件脱离，进入溶液后成为乳浊液，从而达到除油的目的。

根据零件的极性，电化学除油可分为阴极除油与阳极除油两类：工件接阴极的称为阴极除油；工件接阳极的称为阳极除油。电化学除油是最后的除油工序。

影响电化学除油的因素包括氢氧化钠的浓度、乳化剂类型、电流密度、电解液温度以及除油方法等。氢氧化钠是强电解质，其水溶液导电能力强，浓度越高，导电能力越强，电流密度越大，除油速度越快。氢氧化钠对钢铁表面有钝化作用，可以防止钢铁零件在阳极除油时遭受腐蚀。氢氧化钠对铝、锌等金属有强烈的腐蚀作用，一般不用于这些金属的除油。

电解除油时，乳化剂的作用已降至次要地位。通常不使用OP-10、烷基硫酸钠、洗净剂6501及6502、肥皂等表面活性剂。因为它们的发泡能力强，若电解液中含上述成分，在工作时液面会被大量的氢、氧混合气体的泡沫覆盖，遇有电极接触不良产生的火花时，就会发生爆炸。因此，电化学除油的电解液中通常只加入磷酸三钠、硅酸钠等发泡能力弱的乳化剂。皂化性油脂在除油过程中生成的肥皂，也有很强的发泡能力，当液面上泡沫较多时，应先切断电源，然后再放进或取出零件，以免发生爆炸。

提高电流密度，可以提高除油速度和改善深孔内的除油质量。但电流密度过高时，会形成大量的碱雾，污染车间里的空气，还可能腐蚀零件。不仅在阳极除油时会产生腐蚀作用，铝及铝合金零件在采用阴极除油时，当电流密度过大时，也会因阴极区溶液的pH值升高而遭到腐蚀。而钢质零件则会因渗氢而增大产生氢脆的可能。合适的电流密度要保证能析出足够的气泡，才能提高除油效果，一般采用5～10A/dm²的电流密度。

提高温度可降低电解液的电阻，增加电流密度，促进皂化和乳化作用，加快除油速度，提高除油效率，节约电能。但温度过高，不仅消耗了大量热能、污染车间空气、恶化劳动条件，还有可能腐蚀铝和锌等零件。合适的温度为70～90℃。电化学除油主要是靠电解作用除油，电解液的温度可稍低于化学除油。

当金属零件接阳极时，其表面进行的是氧化过程，并析出氧气。其反应过程为

4OH^--4e=O2↑+4H2O

因此，采用阳极除油时，零件没有氢脆的危险，能除去零件表面的浸蚀残渣和某些金属的薄膜，如锡、锌、铅、铬等。但阳极除油速度比阴极除油低，且铝、锌、锡、铅、铜及其合金会受到腐蚀。当溶液碱度低、温度低和电流密度高时，特别是电解液中含有氯离子时，钢铁零件也可能遭受斑点腐蚀。

当金属零件接阴极时，其表面进行的是还原过程，并析出氢气。其反应过程为

4H₂O+4e=2H₂↑+4OH^-

阴极上析出的氢是阳极上析出氧的2倍。因此，阴极除油速度快，一般不腐蚀零件。但是，阴极上析出的氢容易渗到钢铁零件中，并引起氢脆（特别是高强钢或弹簧钢，受氢脆影响极易损坏）。经阴极除油的零件，因渗氢的影响，电镀时镀层容易起泡；若电解液中含有少量锌、锡、铅等杂质时，会在零件表面产生海绵状析出物，也将影响后续的涂层质量。为了克服以上两种方法的缺点，最好采用联合电化学除油法。

（4）超声除油 超声波是频率在16kHz以上的高频声波，向除油液中发射超声波可以加速除油过程，这种工艺方法叫超声除油。将超声波用于化学除油、电化学除油、有机溶剂除油及酸洗等，都能大大地提高效率。对形状复杂、有细孔、盲孔和除油要求高的产品，除油更有效。

超声除油的基本原理是，当向液体中发射超声波时，将使液体产生超声振荡，液体内部某一瞬间压力突然减小，接下来的瞬间压力又突然增大，如此不断反复。在压力突然减小时，溶液内会产生很多真空的、很小的空穴，溶解在溶液中的气体会被吸入空穴中，形成气泡，小气泡形成后的瞬间，由于压力增大，气泡被压破，并产生冲击波，这种冲击波能使油污脱离工件表面。气泡破裂瞬间，还会产生瞬间高温高压，将加速液体内的搅拌和流动。超声波就是利用冲击波对油膜的破坏作用及空洞现象、高温高压引起的激烈的搅拌作用强化了溶解、皂化和乳化作用，从而加速了除油过程。此外，超声波在溶液内的反射所产生的声压，也会促进搅拌作用。对于污垢积聚在狭窄的区域内的工件，比较适于采用超声波清洗。但在处理过程中会产生热量，需要长时间作业，不推荐使用易燃或易挥发的溶剂。

超声除油通常是和有机溶剂除油、化学除油、电化学除油、低温除油等方法联合使用的。除遵守相应的除油方法的工艺参数外，独立的工艺参数有两个：超声波发生器的功率和超声波加入方式。超声发生器的功率越大，除油效果越好。有资料介绍，当超声波场强度达到0.3W/cm²以上时，在1s内溶液间将发生数万次强烈碰撞，碰撞力为5～200kPa，产生非常大的能量，形成极高的液体加速度，使油污迅速除去。至于超声波加入方式，可以将超声换能器直接装在清洗槽上，也可以把换能器放在清洗槽内。采用前者，要求超声功率大；后者功率相对较小，但要通过试验，将换能器放在清洗槽内最有效的部位。

采用超声除油时，要合理选择超声波的频率和振幅等参数。参数选择合理，可抑制阴极电化学除油的渗氢作用，防止氢脆。一般形状较复杂的小零件，可用高频低振幅的超声波；表面较大的零件，则可选用频率较低的超声波（15～30kHz）。

超声波是直线传播的，与超声传播方向垂直的表面除油效果最好，为提高工件凹陷部位及背面的除油效果，最好不断旋转或翻动零件。

（5）擦拭除油 采用毛刷或抹布蘸上石灰浆、氧化镁、去污物、洗衣粉或金属除油剂在零件表面擦拭称为擦拭除油。擦拭除油不需要除油设备，操作灵活性大，不需要外加能源，成本低，可对任何零件进行除油。其缺点是手工操作，效率低，劳动条件差，故目前主要用于体积大、批量小、形状复杂，用其他方法很难处理的零件。

2.浸蚀

酸浸蚀或稀酸浸蚀，是一种比较强烈的表面净化过程，主要用于除去零件表面的油污、锈蚀产物和氧化膜等。常用浸蚀液大多是各类酸的混合物，包括硫酸、盐酸、硝酸、磷酸、铬酐和氢氟酸。而对于铝、锌等两性金属，则需采用碱性浸蚀剂。其中，氢氟酸有剧毒，且挥发性强，使用时应严防氢氟酸液和氟化氢气体接触人体，浸蚀槽最好能密封并有良好的通风装置，含氟废水不能随意排放。注意，多数浸蚀液，不仅能溶解金属氧化物，而且还能溶解金属并析出氢，会导致基体过腐蚀并引起氢脆。为了抑制基体腐蚀，并减少氢脆，常常在浸蚀液中加入缓蚀剂。常用的缓蚀剂有：硫化动物蛋白、皂荚浸出液、二磷甲苯硫脲、硫脲、尿素、六次甲基四胺和氯化亚锡等。此外，酸液中的某些杂质，如硫化物、胶体硫、磷等，虽然它们的含量只有万分之几或千分之几，但也会加速氢的扩散过程，所以浸蚀时应防止有害杂质进入浸蚀溶液中。

浸蚀过程应该是工件加工的最后一步，以减少酸所招致的危害或伴随出现的金属晶间腐蚀。酸浸时要求将零件全部浸泡在酸液中。视工件表面污垢的顽固情况及对表面清除的要求来决定浸泡的时间长短。酸浸之后，用热水冲洗、碱水浸泡，最后再用热水或蒸汽彻底清洗或吹洗。

被酸污染的表面，可浸泡在小苏打溶液或热碱溶液中进行中和清洗。相反，被碱污染的表面，可用质量分数1%的盐酸溶液，或质量分数10%的醋酸溶液进行中和清洗，然后再用清洁的水冲洗，并用压缩空气吹干。

3.擦刷

当只需进行局部清洗时，可采用手工金属丝刷或电动金属丝刷来完成，主要借助金属丝刷的划痕作用来达到清洁表面的效果。当需要清除零件表面的氧化皮、锈蚀物、油漆层、焊渣、焊接飞溅物等污染物时，需要的切削力较大，常选用刚性大的钢丝刷，并进行干式擦刷；当需要清除零件表面的浮灰时，所需切削力较小，可选用刚性小的黄铜丝、猪棕或纤维丝刷，可干刷，也可湿刷。湿刷时，若只需去除浮灰，可用自来水作为介质；如果要除油，则应采用能去除油的清洁剂。

4.烘烤

许多机器零件往往是用多孔材料制造的，如砂型铸件，这类零件往往容易吸附大量的油脂有的甚至渗入组织内部，采用清洗法不易清理干净，喷涂之前应将这些油脂去除。经过荧光渗透检查的焊接组件尤其要经过烘烤处理。对于修复件来讲，多数工况条件下都采用油润滑，其疲劳裂纹中都会有油渗入，进行喷涂修复时，其表面净化处理尤为重要。如果疲劳裂纹或磨损产生的犁沟较多、较深，应考虑采用机械加工的办法将裂纹部分切除。如果没有肉眼明显可见的裂纹，常采用炉内加热或火焰烘烤法进行处理。一般来讲，在315℃的炉中烘烤4h即可达到除油效果。一次烘烤温度不易过高，如果油污严重，可分多次烘烤。

强化和修复铸铁零件表面时，由于铸铁组织中碳含量高且以游离态的石墨形式存在，游离态的石墨会吸附在工件表面，如果不将其全部清除，将严重影响黏结底层与基体的结合，可能引起局部翘起或脱落。因此，对于铸铁零件的喷涂，应特别注意其表面粗化和预加工后的二次净化处理问题。