CN111283556A - 一种金属材料表面处理工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种金属材料表面处理工艺，采用联合喷砂及防腐处理的工艺方法，它采用纳米二氧化硅胶体溶液为原料，先以纳米二氧化硅胶体溶液与喷砂磨料混合料对工件进行湿式喷砂处理，然后用纳米二氧化硅胶体溶液对工件作喷淋或者浸泡处理，干燥后完成对工件的表面处理，所述干燥为自然干燥、热风干燥或焙烧处理。所述喷砂工艺的纳米二氧化硅胶体溶液的浓度为0.2～2％，加入的量为喷料的6～10倍。所述喷淋或者浸泡处理采用的纳米二氧化硅胶体溶液的浓为0.3～5％，温度为30～90℃。本发明工艺通过简单、紧凑、合理，同时具有环保、节水的优点。

Description

一种金属材料表面处理工艺
技术领域
本发明属于金属材料表面处理技术领域，特别涉及一种金属材料涂装前处理处理工艺。
背景技术
金属材料涂装前处理，一般主要有喷砂、磷化二道工序。
喷砂是利用高速砂流的冲击作用清理和粗化基体表面的过程。工艺采用压缩空气为动力，以形成高速喷射束将喷料(铜矿砂、石英砂、金刚砂、铁砂、海南砂)高速喷射到需要处理的工件表面，使工件表面的外表面的外表或形状发生变化，由于磨料对工件表面的冲击和切削作用，使工件的表面获得一定的清洁度和不同的粗糙度，使工件表面的机械性能得到改善，因此提高了工件的抗疲劳性，增加了它和涂层之间的附着力，延长了涂膜的耐久性，也有利于涂料的流平和装饰。磷化是一种化学与电化学反应形成磷酸盐化学转化膜的过程，所形成的磷酸盐转化膜称之为磷化膜。磷化的目的主要是：给基体金属提供保护，在一定程度上防止金属被腐蚀；用于涂漆前打底，提高漆膜层的附着力与防腐蚀能力；在金属冷加工工艺中起减摩润滑使用。
但磷化工艺存在着不少缺陷，首先是磷化工艺很复杂，比如，其流程是：脱脂→除锈→水洗→表调→磷化→水洗，其次，在环保方面，磷化含锌、锰、镍等重金属离子并且含有大量的磷，铬钝化处理本身就含有严重毒性的铬，已不能适应国家对于涂装行业的环保要求。
在此背景下，近十几年来，寻找一种新型的环保、节水、低使用成本的前处理技术来替代磷化工艺已成为行业的共识。
近年来替代磷化工艺在工业应用中相对比较成熟的是硅烷化法。但还是存在工艺较复杂，涂膜质量不易控制等方面的问题。
这样，对金属材料涂装前处理，目前大部分主要还是“喷砂+磷化”模式，少量是“喷砂+硅烷化”模式。
但这二种模式，均存在着如下问题：一，工艺过程繁杂，流程较长的问题；二，喷砂与涂膜二个工序分开布置，甚至喷砂与磷化不在同一工厂的情况并不少见，过程中仅搬运、整理等的费用就不少；三，最主要的缺乏配合，重复操作，这主要是指除锈，在喷砂工序完成时，工件表面的锈蚀、油污基本已被除去，但在生产、贮运的流转过程中，工作返锈与被油脂污染的情况很常见，所以磷化(硅烷化)工艺的第一道工序便是除锈除油污，既浪费了人力物力，也增加了污染物的排放。
2011年11月09日，国家知识产权局公开了“一种涂装前硅烷表面处理设备”专利文献(公开号：202028508U)，该文献介绍了一种涂装前硅烷表面处理设备，包括预清洗槽、预脱脂槽、脱脂槽、一次水洗槽、二次水洗槽、硅烷表面处理槽、三次水洗槽、补液系统、油水分离系统、连接管路和排风系统等。从工艺设计可以看出，该专利工艺同样存在着工艺过程繁杂，流程较长，工艺工序间缺乏配合等方面的问题。
发明内容
本发明的目的在于提出一种前后工序充分协作的、简洁高效，特别是充分考虑喷砂与磷化工序的配合性的金属材料表面处理工艺。
为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种金属材料表面处理工艺，采用联合喷砂及防腐处理的工艺方法，它采用纳米二氧化硅胶体溶液为原料，先以纳米二氧化硅胶体溶液与喷砂磨料混合料对工件进行湿式喷砂处理，然后用纳米二氧化硅胶体溶液对工件作喷淋或者浸泡处理，干燥后完成对工件的表面处理，所述干燥为自然干燥、热风干燥或焙烧处理。
所述喷砂工艺采用的纳米二氧化硅胶体溶液的浓度以二氧化硅质量含量计为0.2～2％，加入的量为喷料的6～10倍。所述喷淋或者浸泡处理采用的纳米二氧化硅胶体溶液的浓度以二氧化硅质量含量计为0.3～5％，温度为30～90℃。所述喷淋或者浸泡处理采用的纳米二氧化硅胶体溶液使用后更换下的旧液，直接或经稀释后供喷砂工艺使用。
采用了上述方法，通过前后工序充分协作的、简洁高效的工艺过程，完成了金属表面涂装前的表面处理。
具体的说，本发明充分考虑了喷砂工序在改进工件机械性能的同时，高速喷射的磨料其实也能很好起到除锈去油污的功能，所以下步不再有重复的除锈、清洗步骤。同时，又考虑到被打磨、切削了表皮的“新鲜”的金属表面的高活性，所以在喷砂磨料中混入少量成膜物，这样，在喷砂阶段，就在金属表面生成初步防腐膜，既能有效防止、减缓工件的返锈，也部分分担了后工序成膜的工作。然后，紧接着的第二道工序，一方面在“新的”高活性的金属表面快速完成成膜，另一方面，在喷淋或浸泡料液循环系统中，加一个简单的过滤器，还可承担回收工件可能夹带的前一工序磨料的任务。
这样，联合考虑喷砂、成膜二工序的协作性，本发明工艺通过简单、紧凑、合理的工艺设计，用二个简单的工序，即完成了原二个场地，近十个工序的工作任务。
补充说明下，由于本发明使用环保、无毒无害的二氧化硅系成膜物，工艺过程无任何有毒有害废物排放，过程的联合又省去了原工艺大量用水清洗的工序，成膜工序旧液送喷砂工序回用又减少了工艺废水的排放，所以，环保、节水也是本发明工艺的一大优点。
具体实施方式
本发明所用的纳米二氧化硅胶体溶液，其纳米二氧化硅颗粒(即胶粒)的粒径约为2～4nm，比表面积约为700～1500m2/g，小粒径和大比表面积使其很容易在富含羟基的金属表面沉积和成膜。
本发明采用在二道工序上均使用纳米二氧化硅胶体溶液的工艺，这样既充分发挥了各工序原有的工艺特性，又强化了工序的联动性，减去了其他不必要的工序，用简单、紧凑、合理的工艺，达到了金属表面前处理的工艺要求。
实施例1
把5kg喷砂磨料与30kg含量为0.2％的纳米二氧化硅胶体溶液混合，然后按湿式喷砂机说明书规定的操作程序进行，对工件进行喷砂处理。
同时，把预先已加热至90℃，SiO2含量为0.3％的纳米二氧化硅胶体溶液连接到喷淋装置，把前述已喷砂处理的工件放置到喷嘴对应位置，开启喷淋装置，使溶液连续、完全覆盖的喷淋到整个工件上。喷淋10分钟后，关掉喷淋装置，取出工件，沥干表面残余的胶体溶液，自然晾干0.5个小时后，放90℃烘箱60分钟。
检查工件的质量，在工件表面用5％硫酸铜做点滴试验。本实施例工件的硫酸铜试验为200秒，有较好的表面防腐性，而且还有工艺简洁高效的优点。
实施例2
把4kg喷砂磨料与30kg含量为1％的纳米二氧化硅胶体溶液混合，然后按湿式喷砂机说明书规定的操作程序进行，对工件进行喷砂处理。
然后，把工件浸入预先已加热至60℃，SiO2含量为2.5％的纳米二氧化硅胶体溶液中，浸泡5分钟，取出后用N2送风吹干，放90℃烘箱60分钟。
检查工件的质量，在工件表面用5％硫酸铜做点滴试验。本实施例工件的硫酸铜试验为260秒，有较好的表面防腐性，而且还有工艺简洁高效的优点。
实施例3
把3kg喷砂磨料与30kg含量为2％的纳米二氧化硅胶体溶液混合，然后按湿式喷砂机说明书规定的操作程序进行，对工件进行喷砂处理。
同时，把预先已加热至30℃，SiO2含量为5％的纳米二氧化硅胶体溶液连接到喷淋装置，把前述已喷砂处理的工件放置到喷嘴对应位置，开启喷淋装置，使溶液连续、完全覆盖的喷淋到整个工件上。喷淋10分钟后，关掉喷淋装置，取出后沥干表面残余的胶体溶液，用热风吹干。
检查工件的质量，在工件表面用5％硫酸铜做点滴试验。本实施例工件的硫酸铜试验为290秒，有较好的表面防腐性，而且还有工艺简洁高效的优点。
实施例4
把实施例2浸泡工序使用后更换下的纳米二氧化硅胶体溶液旧液，检测其二氧化硅含量为1％的。取30kg该旧料液，加4kg喷砂磨料混合均匀，然后按湿式喷砂机说明书规定的操作程序进行，对工件进行喷砂处理。
然后，把工件浸入预先已加热至60℃，SiO2含量为2.5％的纳米二氧化硅胶体溶液中，浸泡5分钟，取出后用N2送风吹干，放90℃烘箱60分钟。
检查工件的质量，在工件表面用5％硫酸铜做点滴试验。本实施例工件的硫酸铜试验为300秒，有较好的表面防腐性，而且还有工艺简洁高效的优点。
实施例5
把实施例3喷淋工序使用后更换下的纳米二氧化硅胶体溶液旧液，检测其二氧化硅含量为2.5％的。加水稀释至二氧化硅含量为2％，取30kg，加3kg喷砂磨料混合均匀，然后按湿式喷砂机说明书规定的操作程序进行，对工件进行喷砂处理。
同时，把预先已加热至30℃，SiO2含量为5％的纳米二氧化硅胶体溶液连接到喷淋装置，把前述已喷砂处理的工件放置到喷嘴对应位置，开启喷淋装置，使溶液连续、完全覆盖的喷淋到整个工件上。喷淋10分钟后，关掉喷淋装置，取出后沥干表面残余的胶体溶液，用热风吹干。
检查工件的质量，在工件表面用5％硫酸铜做点滴试验。本实施例工件的硫酸铜试验为330秒，有较好的表面防腐性，而且还有工艺简洁高效的优点。

Claims (4)

1.一种金属材料表面处理工艺，采用联合喷砂及防腐处理的工艺方法，其特征在于是它采用纳米二氧化硅胶体溶液为原料，先以纳米二氧化硅胶体溶液与喷砂磨料混合料对工件进行湿式喷砂处理，然后用纳米二氧化硅胶体溶液对工件作喷淋或者浸泡处理，干燥后完成对工件的表面处理，所述干燥为自然干燥、热风干燥或焙烧处理。
2.根据权利要求1所述的金属材料表面处理工艺，其特征在于所述喷砂工艺采用的纳米二氧化硅胶体溶液的浓度以二氧化硅质量含量计为0.2～2％，加入的量为喷料的6～10倍。
3.根据权利要求1所述金属材料表面处理工艺，其特征在于所述的喷淋或者浸泡处理采用的纳米二氧化硅胶体溶液的浓度以二氧化硅质量含量计为0.3～5％，温度为30～90℃。
4.根据权利要求1或2或3所述的金属材料表面处理工艺，其特征在于所述喷淋或者浸泡处理采用的纳米二氧化硅胶体溶液使用后更换下的旧液，直接或经稀释后供喷砂工艺使用。
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