材料表面處理方法

1、表面處理方法 常用的表面處理方法主要有脫脂處理法、機(jī)械處理法和化學(xué)處理法三大類。 選擇表面處理法應(yīng)考慮多種因素，其中主要 包括：（1）表面污染物的種類。如動(dòng)物油、 植物油、礦物油、潤滑油、臟土、流體、無機(jī)鹽、水份、指紋等。（2）污染物的物理特性。 如污染物的厚度、緊密或疏松程度等。（3）膠接材料的種類。如鋼材料可用堿溶液，而處 理黃銅、鋁材料時(shí)應(yīng)考慮選用腐蝕性較小的溫和溶液。（4）需要清潔的程度。（5）清洗 液的清潔能力和設(shè)備情況。（6）危險(xiǎn)性和價(jià)格成本等?，F(xiàn)對(duì)常用的表面處理方法介紹如 下。一、脫脂處理法（一）溶劑脫脂法 有機(jī)溶劑能有效地除去表面上的油污。對(duì)于清洗 脫脂所用的有機(jī)溶劑要求能具有

2、如下的性能：（1）溶解污物的能力強(qiáng)；（2）比熱或潛熱 低；（3）不燃；（4）無毒；（5）化學(xué)性能穩(wěn)定，對(duì)處理表面呈惰性；（6）沸點(diǎn)較低；（7）在氣態(tài)時(shí)比空氣重，在液態(tài)時(shí)也有較大的密度；（8）具有低表面張力等。能滿足上 述所要求的有機(jī)溶劑事實(shí)上并不存在。因此必須按照具體情況，選擇較為合適的溶劑種類。 通常采用的有機(jī)溶劑有：丙酮、苯、甲苯、二甲苯、三氯乙烯、四氯化碳、醋酸乙酯、香蕉 水、汽油等。對(duì)于大批量的連續(xù)生產(chǎn)的膠接件，最好采用三氯乙烯蒸汽浴除油脂。采用溶 劑脫脂也容易出現(xiàn)部分污染物憑借溶劑全面擴(kuò)散的現(xiàn)象。在這種場合，應(yīng)經(jīng)常更換溶劑并反 復(fù)清洗。一般應(yīng)采用少量多次的方法去除油脂。另外，采用溶劑

3、脫脂時(shí)，一定要有必要的 晾干時(shí)間，否則由于溶劑殘留在膠接件表面上而使其膠接強(qiáng)度下降。對(duì)于大面積的膠接件 表面，可采用從上至下或從左到右一個(gè)方向擦拭，反復(fù)進(jìn)行，直至無油污為止。也有一些采 用溶劑除油脂后，再用除垢劑進(jìn)行沖洗。由于許多有機(jī)溶劑均為易燃物質(zhì)，因此在用這些 溶劑去除油脂時(shí)，必須遵守易燃易爆物操作的有關(guān)規(guī)定。如果把溶劑脫脂與超聲波脫脂合 并使用，則其處理效果更好。表2示出了鋼的溶劑脫脂處理及與超聲波脫脂處理并用的 效 果。表2溶劑脫脂的處理效果處理方法未處理甲苯脫脂庚烷脫脂丁酮脫脂抗剪強(qiáng)度 比較值（）28 93 93 94醋酸乙酯脫脂 三氯乙烯脫脂 甲基三氯甲烷，超聲波5min脫脂 甲

4、基三氯甲烷，超聲波13 min脫脂甲基三氯甲烷，超聲波20min脫脂（二）高溫脫脂及 除積炭100 100 110 113 114此方法一般用于使用過的膠接件脫脂除油處理。由于膠接件長 期使用，表面容易吸附或沉積油污，在膠接前如不除盡油污，在膠粘劑與膠接件表面之間 便會(huì)形成一個(gè)油膜隔離層，從而嚴(yán)重影響膠接強(qiáng)度。對(duì)于這些膠接件，如允許采用高溫處 理時(shí)，可將它們置于200-250C的電熱鼓風(fēng)干燥箱中。如膠接件太大，無法加入電熱鼓風(fēng) 干燥箱，則可采用幾個(gè)紅燈或噴燈局部加熱，使膠接件表面及周圍的油脂滲出，然后用干凈 棉紗揩擦，再用溶劑除油。必須指出，在用溶劑除油時(shí)，溶劑一定要與火源隔開，以防發(fā) 生意外

5、。對(duì)于返修的舊制件，如果上面沉積有堅(jiān)韌的積炭薄層，則在膠接修補(bǔ)前必須將積 炭仔細(xì)除去。積炭一般由燃燒產(chǎn)物、金屬氧化物、塵埃、油脂及其膠質(zhì)油泥沉積物等復(fù)雜 成份組成。清除積炭的方法可分為機(jī)械處理和化學(xué)處理兩種。但無論使用什么方法，都需 事先除油脫脂。機(jī)械處理主要用手工工具刮除，如用鋼絲刷、銅絲刷、刮刀、風(fēng)動(dòng)工具等 清除。必要時(shí)先將制件在煤油中浸泡一段時(shí)間，然后用磨料等清除?；瘜W(xué)處理又分為堿性 熔鹽浴法和溶液處理法兩種。堿性熔鹽浴的配方如下：氯化鈉5氫氧化鈉6.5硝酸鈉30 將上述混合物熔融，再將制件在250C下置于上述熔融浴中處理，處理時(shí)間視具體情況而 定。溶液處理法清除積炭的配方及工藝條件如下

6、：配方1氫氧化鈉配方2碳酸鈉配 方3氫氧化鈉10 配方4碳酸鈉1.9水玻璃0.9軟皂1水100處理?xiàng)l件：90-95C， 2-4h。處理對(duì)象：鋁。（三）化學(xué)脫脂如果條件許可，對(duì)膠接件最好采用化學(xué)脫脂法。 在化學(xué)脫脂法以及在后面所述的化學(xué)處理法的配方中所用的水，均為軟 水或純水，即用一 般容易得到的蒸餾水來配制處理溶液。洗滌用水采用自來水。鋼材的化學(xué)脫脂法所用的溶 液配方如下：配方1硅酸鈉10 配方2氫氧化鈉10碳酸鈉50硅酸鈉50水1000 將膠接件在上述溶液中于80-100C下處理30min，然后水洗、干燥。水洗時(shí)必須要多次 充分沖洗，將膠接件表面上殘留的堿液洗滌干凈，否則將會(huì)影響膠接強(qiáng)度。另

7、外，對(duì)鋁合金及巴氏合金等膠接材料，嚴(yán)禁用氫氧化鈉溶液水煮脫脂去油。（四）超聲波脫脂 通常的 表面處理方法很難將雜質(zhì)從復(fù)雜結(jié)構(gòu)部件的細(xì)縫、低洼等死角處清除出來。在這種場合，超 聲波可較理想地解決重格酸鈉30磷酸鈉30氫氧化鈉30水1000將膠接件在上述溶 液中于80-100C下處理10-15min，然后水洗、干燥。水40二甲酚皂液50處理?xiàng)l件： 室溫，24h，或60-85C，4。處理對(duì)象：鋼。2磷酸鈉1水玻璃0.8軟皂1水100重 格酸鉀0.3表面活性劑0.5處理?xiàng)l件：80-95C，1-2h。處理對(duì)象：鋼、鋁。2.5碳酸鈉 3.5水玻璃0.15軟皂2.5水100處理?xiàng)l件：80-95C，1-2h。

8、處理對(duì)象：鋼、鑄鐵。問 題。超聲波是通過高頻發(fā)生器與換能器的結(jié)合而由電振動(dòng)能轉(zhuǎn)變來的機(jī)械振動(dòng)能。采用超 聲波脫脂時(shí)，在干凈的液體中放入 換能器，又在它的附近放入處理的制件。當(dāng)超聲波的頻 率為20-5000HZ時(shí)，已有足夠高的能量對(duì)流體進(jìn)行翻動(dòng)，同時(shí)在表面相的界面上產(chǎn)生很大 的機(jī)械沖刷力將雜質(zhì)從壁上撕掉或沖擊出來，因此大大加快了清掃污物的速度。此法比較適 用于小型的復(fù)雜部件。如果凈化的部件較大，則頻率就應(yīng)相應(yīng)降低。在大多數(shù)情況下，一 般部件放在功率為20W/cm2的超聲波中處理20-60S后，就能得到足夠清潔的表面。使用 液體要經(jīng)常更換，以免在清潔的部件表面上形成污染膜。二、機(jī)械處理法機(jī)械處理法

9、是工 業(yè)上常用的處理方法之一。主要有機(jī)械打磨和機(jī)械噴砂兩種方法。（一）機(jī)械打磨法通常 先用鋼絲刷刷去膠接表面松散的氧化層，然后用砂輪、砂布、砂紙或粗銼進(jìn)行打磨加工，使 膠接表面得到一定的粗糙度。機(jī)械打磨法適用于大部分材料。表3-5分別示出了國產(chǎn)水 砂紙、木砂紙和鐵砂布的型號(hào)和粒度號(hào)數(shù)的對(duì)照情況，供使用時(shí)參考。機(jī)械打磨法簡便易 行，化費(fèi)很省，但在實(shí)際操作時(shí)難以得到相同的重復(fù)結(jié)果，操作的重演性和均勻性較差，因 此通常只在要求不高的場合使用。表3國產(chǎn)水砂紙型號(hào)與粒度號(hào)數(shù)對(duì)照型號(hào)磨料粒度 號(hào) 上海產(chǎn)品 數(shù) 天津產(chǎn)品 180 100 120 220 120 150 240 150 160 280 180

10、 180 320 220 220 400 240 260 500 280 600 320 -表4國產(chǎn)木砂紙型號(hào)與粒度號(hào)數(shù)對(duì)照 型號(hào)磨料粒度 上海產(chǎn)品 號(hào)數(shù) 天津產(chǎn)品 00 0 1 80 100 3/2 60 80 2 46 60 5/2 36 46 3 30 36 4 20 30 150 120 160 140表5國產(chǎn)鐵砂布型號(hào)與粒度號(hào)數(shù)對(duì)照型號(hào)磨料粒度號(hào)上海產(chǎn)品數(shù)天津產(chǎn)品 0000 000 220 200 180 180 00 150 160 0 120 140 1 100 100 2 60 60 3 36 36 4 24 30（二）機(jī)械噴砂法通常，不會(huì)因機(jī)械噴砂而影響裝配尺寸和光潔度的膠接

11、件，以及在使用中耐磨蝕性 要求不高的膠接件，均可采用機(jī)械噴砂法。在進(jìn)行噴砂前，最好先用溶劑去除油污，這樣 噴砂后膠接表面特別干凈。機(jī)械噴砂法既快又好，膠接強(qiáng)度均勻穩(wěn)定，操作也很簡單，其 中特別對(duì)銅合金、鋁合金和鋼材的膠接效果最佳。但機(jī)械噴砂法也有一定的局限性。例如， 對(duì)于薄膜材料、軟質(zhì)多孔材料、電鍍后的零件、精密零件及大型零件等都不宜采用。一般， 機(jī)械噴砂法用于中等或稍小的一些膠接件以及較 粗糙的膠接件等。另外，噴干砂粉時(shí)的粉 塵較大，對(duì)操作工人的身體健康會(huì)造成危害，因此必須注意勞動(dòng)保護(hù)。機(jī)械噴砂法又可分 為干法和濕法兩種。干法是單純用磨料進(jìn)行噴砂，一般用于化學(xué)處理法難以處理的合金， 以及在表

12、面上有較多鱗片和氧化物的場合。干法噴砂后殘留在表面上的細(xì)粉磨料應(yīng)用干凈 的壓縮空氣或氮?dú)獯祪?。濕法是將磨料、液體和空氣混合在一起使用。它的主要優(yōu)點(diǎn)是能 控制和減少粉塵飛揚(yáng)，并且可以用噴霧淋洗的方法除去噴砂表面上的殘留物。機(jī)械噴砂法 能使膠接表面產(chǎn)生圓的或凹凸不平的形狀，其深度與膠接材料的性質(zhì)，磨料的特性、大小以 及所用的噴砂壓力等有關(guān)。其中，磨料的特性和大小是最重要的因素。例如，用尖銳的切 割式磨料時(shí)，噴砂效果最好。這類磨料包括剛玉砂、金剛砂、石英砂等。而圓球形磨料， 如玻璃珠、金屬彈等的效果較差。因?yàn)閳A球形磨料將使表面產(chǎn)生交疊的金屬粒子層，這些 疏松的金屬粒子層依附在金屬基體上，使膠接性能不

13、佳。表6列舉了這兩種磨料膠接性能 的比較。表7是幾種金屬噴砂處 理時(shí)的磨料大小范圍。為了簡便，除鋁材之外的所有金 屬表面，均可用干凈的、尺寸為0.25-0.40mm大小的鋼礫或鐵礫磨料噴砂0.5min左右，即 可完成噴砂處理。對(duì)鋁材，只能用砂子或剛玉磨料作噴砂處理。用噴砂處理非金屬材料時(shí)， 較軟的非金屬材料（如某些熱 塑性塑料）不適宜用粗磨料去增加它的膠接強(qiáng)度，因?yàn)樵谲?質(zhì)材料表面上的凹凸和容易產(chǎn)生內(nèi)聚性破壞，以致辭大大降低膠 接強(qiáng)度。表6玻璃珠與 石英磨料膠接效果的比較被膠接件材料膠粘劑醛酚-橡膠鋁合金改性環(huán)氧磨料玻璃 珠石英砂玻璃珠石英砂表7噴砂磨料大小范圍膠接材料鋼鋁黃銅黃銅不銹鋼 三、

14、化學(xué)處理法化學(xué)處理法是將膠接件在室溫或更高溫度下浸入堿液、酸液或某些無機(jī)鹽 溶液，除去其表面疏松氧化物和其他污物。對(duì)于某些較活潑的金屬，在處理后還需適當(dāng)鈍 化”處理，以獲得牢固和穩(wěn)定的膠接表面?；瘜W(xué)處理法具有高效、經(jīng)濟(jì)、質(zhì)量穩(wěn)定和能大面 積使用的特點(diǎn)。它除能粗化、清潔表面，還可以產(chǎn)生一種耐化學(xué)反應(yīng)的表面層，提高膠接 件使用的耐久性。對(duì)于一些易氧化的金屬和諸如聚四氟乙烯之類的非極性材料，從快速、可 靠和提高膠接強(qiáng)度的角度考慮，化學(xué)處理法尤其是一種最為簡便的方法。表8列舉了鋁 合金材料用不同表面處理方法處理后膠接強(qiáng)度的比較情況。從表中可知，化學(xué)處理可以獲得 最高的膠接強(qiáng)度。表8鋁合金表面處理與膠接

15、強(qiáng)度的關(guān)系處理方法未處理脫脂處 理 脫脂，噴砂處理陽極化處理 脫脂、重格酸鈉、硫酸處理脫脂、噴砂、重格酸鈉、硫酸 處理（注）膠粘劑為含有填料的雙組份環(huán)氧樹脂膠必須根據(jù)不同的膠接材料采用不同的化 學(xué)處理方法。處理時(shí)間、處理溫度不同，得到的膠接強(qiáng)度也不同。化學(xué)處理法的不足之處 在于大部分處理液具有一定的腐蝕作用，并可能產(chǎn)生有害氣體，因此在操作時(shí)必須注意通風(fēng) 和勞動(dòng)保護(hù).抗剪強(qiáng)度（MPa ） 3.1 5.9 9.3 13.6 19.3 21.7方法干法濕法干法濕法 濕 法 磨料大?。ㄌ?hào)數(shù)）80-100 140-325 80-100 140-325 140-325 剝離強(qiáng)度（N/cm ） 18-54

16、108-162 0-27 180-270四、涂底膠法在膠接表面涂底膠有以下幾種作用：1、保護(hù)作用使 膠接面保持清潔，防止受腐蝕或污染，延長已處理好的表面的存放時(shí)間。2、改善膠接性能 如彈性底膠與環(huán)氧樹脂膠配合，就能改善脆性。環(huán)氧樹脂膠所用的彈性底膠有氯丁橡膠、丁 腈橡膠、聚硫橡膠等。3、固定膠膜或工件定位4、改善表面的粘附性這里主要是指涂布 一層偶聯(lián)劑。偶聯(lián)劑能使膠液與膠接材料這間形成化學(xué)鍵，從而使膠接強(qiáng)度和對(duì)環(huán)境作用 的抵抗能力大大提高。但使用不宜用得太多，因?yàn)椴粌H偶聯(lián)劑一般較為昂貴，而且太多了會(huì) 導(dǎo)致辭整個(gè)膠層的耐熱性會(huì)有所下降。表9示出了偶聯(lián)劑對(duì)膠接強(qiáng)度的影響情況，從表 中所列的情況來看

17、，偶聯(lián)劑可使膠接強(qiáng)度提高1倍之多。目前，常用的偶聯(lián)劑主要是各類 硅氧烷，除此以外還有格的絡(luò)合物、磷酸酯、有機(jī)酸類及有機(jī)胺類等。表9偶聯(lián)劑對(duì)膠接 強(qiáng)度的影響膠粘劑類型聚氨酯環(huán)氧樹脂酚醛-丁月青偶聯(lián)劑類型KH-550 KH-570 KH-580 與未用偶聯(lián)相比強(qiáng)度提高倍數(shù)2.8-7.5 1.6 2.1-3.3塑料表面處理方法塑料可分為熱塑性塑 料和熱固性塑料兩大類。在通常情況下，熱固性塑料要比熱塑性塑料容易膠接。但它們的表 面能量均低于玻璃、陶瓷、金屬等親水性材料，而且它們表面常會(huì)粘附脫模劑或逸出增塑 劑，因此不易為膠粘劑所浸潤，從而影響膠接強(qiáng)度。因此，一般均需對(duì)塑料進(jìn)行表面處理。 由于塑料的品種

18、眾多，各種性能差別很大，因此表面處理的方法也就很不相同。以下介紹 幾種常見的塑料表面處理方法。方法1本方法主要適用于聚乙烯、聚丙烯、聚異丁烯、 聚氯乙烯、過氯乙烯。上述塑料的脫脂溶劑為丙酮和丁酮。脫脂后，進(jìn)行氧化焰處理：先 用砂布使其粗化，將其置于氧化焰上燒3-5s，連續(xù)三次。再用30%的氫氧化鈉溶液， 65-70C浸漬3-5min，用冷水沖洗，然后用下述溶液活化，65-70C浸漬5-10min:格酸10 濃硫酸10 20濃硫酸水50 40水340經(jīng)水洗，再在下述溶液中70-75C氧化5-7min： 重格酸鉀方法2本方法適用對(duì)象同上。在下述溶液中于20C下處理90min：重格酸 鈉方法3本方法

19、適用于對(duì)象同上。在電暈放電活化的下述任一氣體中進(jìn)行暴露處理：（1）干空氣，15min； （2） 一氧化氮，10min； （3）濕空氣，5min；（4）氮?dú)庵校?min。處理后應(yīng)在15min內(nèi)進(jìn)行膠接。方法4 5硫酸（d=1.84 ） 100水8用冷水洗凈后， 在室溫下干燥。然后在70-75C的熱水中洗滌5-7min，用蒸餾水洗凈后在65-70C干燥。 本方法適用于聚苯乙烯及其改性品種，如ABS和AS等。噴砂或砂布打磨后脫脂。脫脂 溶劑：丙酮、無水乙醇。脫脂后在格酸溶液中60C下浸漬20min。方法5本方法適 用于尼龍。脫脂溶劑：丙酮、無水乙醇、醋酸乙酯、丁酮，在表面涂一層10%的尼龍-苯酚 溶

20、液，在60-70C保持10-15min，然后用溶劑擦凈（或者再在表面涂一層間苯二酚-甲醛 底膠），立即膠接。方法6本方法適用于滌綸薄膜。脫脂溶劑：丙酮、無水乙醇。脫 脂后，在80C的氫氧化鈉溶液中浸漬5min，然后在氯化亞錫溶液中浸漬5s。方法7本 方法適用于聚甲醛和其它縮醛類聚合物。脫脂溶劑:丙酮、丁酮。在120C下干燥處理1h， 再在下述溶液中120C下浸漬5min：對(duì)甲苯磺酸方法8本方法適用于聚四氟乙烯及 其它碳氟聚合物。脫脂溶劑：三氯乙烯、苯、甲苯、丙酮、丁酮、環(huán)已酮。脫脂后在下述 溶液中室溫下浸漬30min：氫氧化鈉方法9本方法為輻射誘導(dǎo)接枝法。適用對(duì)象同上。 采用高能射線如鉆-60

21、射線或2000以下的紫外光，在苯乙烯單體存在下，使氟塑料表面產(chǎn) 生輕微降解，在鏈端產(chǎn)生活 性中心，形成一層透明的接枝共聚物。用此法處理后顏色不變， 電性能不下降。方法10本方法為氟化烴-鈦聚合物法。適用對(duì)象同上。在含有四丁基鈦 酸酯、全氟辛酯和水的溶液中浸漬，使表面形成烷基-鈦-氧和全氟支鏈聚合物的薄膜層。方 法11本方法適用于對(duì)象同上。將精萘128g溶解于1000ml四氫呋喃（或乙二醇甲醚、 乙二醇二甲醚、二氧六環(huán)）中，在攪拌下于2h內(nèi)緩緩加入金屬鈉23g，溫度嚴(yán)格控制在 3-5C。加完后繼續(xù)攪拌使溶液呈藍(lán)黑色為止。在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，將聚四氟乙烯放入處理5min， 然后取出，用冷水沖洗，再用蒸餾

22、水洗凈，暖空氣烘干。本方法穩(wěn)妥可靠，膠接強(qiáng)度高， 是目前氟塑料表面處理中用得最多的方法。方法12本方法適用對(duì)象同上。將氟塑料脫 脂后，表面涂上一層環(huán)氧樹脂膠，在370C加熱10min，再在400C加熱5min，使膠層 熔入氟塑料表面，然后進(jìn)行膠接。橡膠表面處理方法一般的橡膠材料表面都比較光滑， 需要經(jīng)機(jī)械處理或化學(xué)處理增加其粗糙度，才能達(dá)到較高的機(jī)械強(qiáng)度。橡膠可分為天然橡 膠和合成橡膠兩大類。合成橡膠又可分為氯丁橡膠、氯磺化聚乙烯橡膠、丁苯橡膠、丁基橡 膠、乙丙橡膠、丁月青橡膠、聚硫橡膠、聚氨酯橡膠、硅橡膠和氟橡膠等品種。其中，硅橡 膠和氟橡膠分子結(jié)構(gòu)飽和，化學(xué)惰性大，表10已二烯蜜胺8然后室

23、溫下晾干。1二氧六 環(huán)10全氯乙烯200經(jīng)冷水和熱水洗滌后，用熱空氣干燥。面能低，較難膠接。目前，通 常采用涂一層硅烷類處理劑的方法。方法1本方法為研磨法。對(duì)天然橡膠，用刷子輕 輕研磨，吹去細(xì)粒，再用甲苯或丙酮擦拭。對(duì)合成橡膠，先用甲醇洗凈表面，隨后用細(xì)砂 皮研磨，再以甲醇洗凈，干燥。方法2本方法為硫酸法。對(duì)天然橡膠，在濃硫酸中浸 漬10-15min，待硬的表面生成后，用蒸餾水洗凈（或先以5-10%的氨水浸漬5min后再洗 凈），在室溫下干燥。再把橡膠彎折，使表面產(chǎn)生細(xì)裂縫，經(jīng)增加表面積，提高膠接強(qiáng) 度。對(duì)合成橡膠，先用甲醇擦拭，再在濃硫酸中浸漬10-15min，然后用蒸餾水洗凈。再用 28%的氨溶液，于室溫下浸漬5-10min，再用蒸餾水洗凈。并且反復(fù)彎折，使表面產(chǎn)生細(xì) 裂縫。方法3本方法適用于硅橡膠。經(jīng)木銼適當(dāng)粗化表面后脫脂。再于1%的四氯化硅 烷的甲苯溶液中處理10min后晾干。或者，經(jīng)粗化、脫脂后，用5-10%的鈦酸叔丁酯的 二氯乙烷溶液涂刷，在空氣中晾干?；蛘撸?jīng)粗化、脫脂后，涂一層下述溶液：乙烯基三 乙