Perché il meticoloso processo di pretrattamento delle superfici metalliche è così cruciale? Nel campo della lavorazione dei metalli, ottenere una superficie liscia e incontaminata non è solo un fattore estetico, ma garantisce durata e prestazioni. Questo articolo approfondisce le complessità dei metodi meccanici, chimici ed elettrochimici per preparare le superfici metalliche a ulteriori lavorazioni. I lettori scopriranno come queste tecniche migliorano le proprietà dei materiali, rendendo i metalli pronti per la fase successiva di produzione o finitura. Immergetevi per scoprire come il pretrattamento può fare la differenza nella qualità e nella durata del metallo.
Il termine "pretrattamento superficiale" si riferisce al trattamento meccanico, chimico o elettrochimico dei materiali e dei loro prodotti prima di essere sottoposti a lavorazione superficiale. Questo processo viene eseguito per purificare, irruvidire o passivare la superficie, rendendola pronta per il successivo trattamento o adattamento della superficie.
Il pretrattamento delle superfici metalliche comprende i seguenti metodi:
Il livellamento della superficie comprende diversi metodi, tra cui: lucidatura meccanica, lucidatura chimica, lucidatura elettrolitica, rullatura, spazzolatura, sabbiatura e altri.
Lo specifico processo di trattamento superficiale dipende dalle condizioni delle parti e dai requisiti tecnici del lavoro.
L'obiettivo principale della lucidatura è quello di rendere liscia e piatta la superficie ruvida e irregolare delle parti metalliche. Inoltre, può anche rimuovere le bave, incrostazioni, ruggine, fori di sabbia, scanalature, bolle e altre imperfezioni superficiali su parti metalliche.
La lucidatura viene eseguita con una mola elastica collegata a una smerigliatrice. La superficie di lavoro della mola è ricoperta da particelle abrasive che agiscono come piccoli taglienti. Quando la mola ruota ad alta velocità, la superficie del pezzo metallico viene delicatamente premuta contro la superficie di lavoro della mola, facendo sì che le parti sollevate della superficie vengano tagliate e diventino lisce e piatte.
La lucidatura può essere utilizzata su tutti i materiali metallici e la sua efficacia dipende dalle caratteristiche dell'abrasivo, dalla rigidità della mola e dalla velocità di rotazione della stessa. Gli abrasivi comunemente utilizzati per la lucidatura sono il corindone artificiale e lo smeriglio. Il corindone artificiale, composto da allumina 90-95% e dotato di un certo livello di tenacità, è ampiamente utilizzato per la sua minore fragilità e per il maggior numero di spigoli e angoli delle sue particelle.
Fig. 1 macchina di lucidatura
Fig. 2 Al2O3 abrasivo (400X)
Gli abrasivi possono essere classificati in diversi gradi in base alla dimensione delle particelle. La dimensione delle particelle degli abrasivi è solitamente determinata dal numero di fori per unità di superficie (centimetro quadrato) in un setaccio. Più alto è il numero di setacci, più piccoli sono i fori. La dimensione delle particelle è rappresentata dal numero di abrasivi che possono passare attraverso il setaccio. Più abrasivi passano, più fine è la dimensione delle particelle, mentre meno abrasivi sono, più grossolana è la dimensione delle particelle.
La Tabella 1 evidenzia le caratteristiche e gli usi degli abrasivi più comuni. La tabella 2 elenca le velocità delle mole più appropriate per la lucidatura di diversi tipi di abrasivi. materiali metallici.
Tabella 1 Caratteristiche e usi degli abrasivi comuni
| Nome dell'abrasivo | Smeriglio artificiale (SiC) | Corindone artificiale (A2O3) | Smeriglio naturale | Sabbia silicea (SiO2) |
| Durezza minerale / Durezza Mohs | 9.2 | 9 | 7~8 | 7 |
| La robustezza | Fragile | Relativamente resistente | Tenacia | Tenacia |
| forma | Affilato | Rotondo | cilindro | Rotondo |
| Dimensione delle particelle / mm (maglia) | 0.045~0.800（24~320） | 0.053~0.800（24~280） | 0.063~0.800（24~240） | 0.045~0.800（24~320） |
| Aspetto | Cristallo viola nero lucido | Grana nera da bianca a grigia | Sabbia grigio-rossa o nera | Sabbia da bianca a gialla |
| Scopo | Viene utilizzato principalmente per lucidare metalli a bassa resistenza (come ottone, bronzo, alluminio, ecc.) e metalli duri e fragili (come ghisa, acciaio per utensili al carbonio, acciaio ad alta resistenza). | Viene utilizzato principalmente per lucidare metalli ad alta resistenza con una certa tenacità (come l'acciaio bonificato, la ghisa malleabile e l'acciaio verde al manganese). | Utilizzato per la lucidatura di metalli generici | Materiali per la smerigliatura e la lucidatura di uso generale, utilizzati anche per la sabbiatura e la laminazione |
Tabella 2 Velocità ottimale della mola per la lucidatura di diversi materiali metallici
| Tipo di materiale | Acciaio, nichel, cromo | Rame e leghe di rame, argento e zinco | Alluminio e leghe di alluminio, piombo e stagno | ||
| Velocità lineare dell'abrasivo / (M/s) | 18~30 | 14~18 | 10~14 | ||
| Velocità adatta / (R / min) | Diametro della mola / mm | 200 | 2850 | 2400 | 1900 |
| 250 | 2300 | 1900 | 1530 | ||
| 300 | 1880 | 1500 | 1530 | ||
| 350 | 1620 | 1530 | 1090 | ||
| 400 | 1440 | 1190 | 960 | ||
2.1 Lucidatura meccanica
La lucidatura è un tipo di processo di smerigliatura. Alcuni ritengono che funzioni "strappando" gli atomi dallo strato superficiale del pezzo, facendo sì che lo strato inferiore diventi immediatamente liscio grazie all'azione della tensione superficiale prima di solidificarsi. Altri ritengono che la lucidatura sia il risultato della tensione superficiale. Durante la processo di lucidaturaIl calore generato dall'attrito può ammorbidire o addirittura fondere la superficie, rendendo questo processo più che una semplice lucidatura meccanica.
Durante la lucidatura, lo strato superficiale del metallo viene fuso ma si solidifica rapidamente in uno stato amorfo a causa dell'elevata conduttività termica del metallo del substrato. Prima della solidificazione, la superficie diventa liscia grazie agli effetti combinati della tensione superficiale e dell'attrito dell'agente lucidante.
I pezzi che richiedono un alto grado di finitura dovrebbero essere sottoposti a una lucidatura fine dopo il processo di lucidatura iniziale.
La lucidatura meccanica viene eseguita utilizzando un agente lucidante sulla ruota di lucidatura di una macchina lucidatrice. L'agente lucidante può essere una pasta lucidante o un liquido lucidante. Il primo è una miscela di abrasivo lucidante e di un adesivo, come l'acido stearico o la paraffina. Il secondo è una miscela di abrasivo e un'emulsione di olio o acqua.
La ruota di lucidatura, ruotando ad alta velocità, rimuove le lievi irregolarità del pezzo e gli conferisce una lucentezza a specchio. La lucidatura meccanica viene utilizzata non solo per il pretrattamento della superficie prima della placcatura, ma anche per la finitura del rivestimento dopo la placcatura per migliorare la finitura superficiale.
È importante notare che la lucidatura meccanica è diversa dalla lucidatura. Durante la lucidatura, i trucioli di metallo evidenti vengono tagliati, mentre la lucidatura meccanica non comporta una perdita significativa di metallo. L'alta temperatura generata dall'attrito tra la ruota di lucidatura rotante ad alta velocità e il pezzo in lavorazione provoca una deformazione plastica della superficie metallica, colmando leggere irregolarità.
Inoltre, la ripetuta rimozione della sottilissima pellicola di ossido o di altri composti formatasi sulla superficie metallica sotto l'influenza dell'atmosfera circostante produce una superficie piatta e lucida.
2.2 Lucidatura chimica
La lucidatura chimica è un tipo di corrosione chimica controllata. È un metodo di lavorazione dei metalli che prevede l'incisione del metallo in una soluzione lucidante specifica, che rende la superficie piatta e brillante dissolvendo selettivamente il metallo.
Rispetto ad altre tecniche di lucidatura, la lucidatura chimica presenta i vantaggi di un'attrezzatura semplice, di un costo ridotto, di un funzionamento facile, di un'elevata efficienza e di non essere influenzata dalla forma e dalla struttura dei pezzi. Inoltre, rispetto alla lucidatura elettrolitica, la lucidatura chimica non richiede una fonte di energia e può essere utilizzata per lavorare pezzi con forme complesse. Tuttavia, l'efficienza produttiva è maggiore, ma la qualità della lavorazione superficiale è inferiore a quella della lucidatura elettrolitica.
La lucidatura chimica è un tipo di processo elettrochimico simile a quello della lucidatura elettrolitica. La reazione della lucidatura chimica appartiene all'incisione di una microbatteria nel processo elettrochimico. Pertanto, il principio della lucidatura chimica è simile a quello della lucidatura elettrolitica.
Durante il processo di dissoluzione chimica, sulla superficie del metallo si genera una pellicola di ossido che regola la velocità di diffusione nel processo di dissoluzione continua. Le parti convesse della superficie si dissolvono più velocemente a causa del sottile spessore del film di ossido, mentre le parti concave si dissolvono più lentamente.
Sulla superficie delle parti in acciaio si formano costantemente una pellicola di ossido passivo e una pellicola di ossido, con la prima più forte della seconda. A causa della micro-disuniformità della superficie, le parti micro-convesse si dissolvono per prime, a una velocità maggiore rispetto alle parti concave. La dissoluzione della pellicola e la formazione della pellicola avvengono contemporaneamente, ma a velocità diverse.
Di conseguenza, il rugosità della superficie del pezzo in acciaio viene livellato, ottenendo una superficie liscia e brillante. La lucidatura chimica può rimuovere efficacemente lo strato di danno superficiale causato dalla lucidatura meccanica, in quanto ha un forte effetto dissolvente sulla superficie.
2.3 Lucidatura elettrolitica
L'elettrolucidatura consiste nel porre il pezzo in lavorazione come anodo e nel condurre l'elettrolisi in una soluzione specifica. Durante il processo, le micro-profondità della superficie del pezzo hanno un'alta densità di corrente e si dissolvono rapidamente, mentre la densità di corrente in corrispondenza dei micro-recessi è bassa e la dissoluzione è lenta. Il risultato è una superficie piatta e brillante.
L'elettrolucidatura è comunemente utilizzata per la finitura decorativa di parti come l'acciaio al carbonio, l'acciaio inossidabile, l'alluminio e il rame, nonché per la finitura superficiale di alcuni utensili o per la creazione di superfici altamente riflettenti e campioni metallografici.
La soluzione di lucidatura all'anidride cromica dell'acido fosforico è ampiamente utilizzata per i materiali in ferro e acciaio e contiene componenti come l'acido fosforico, l'acido solforico, l'anidride cromica e additivi come inibitori della corrosione, brillantanti e addensanti. Il catodo è tipicamente di piombo e la tensione di alimentazione può essere di 12V.
Negli ultimi anni, con la crescente domanda di prodotti in acciaio inossidabile, è aumentata anche la richiesta di soluzioni di lucidatura elettrolitica. Per evitare l'inquinamento ambientale causato dalle soluzioni di lucidatura elettrolitica contenenti acido fosforico e anidride cromica, la Cina si è impegnata a sviluppare soluzioni di lucidatura elettrolitica dell'acciaio inossidabile rispettose dell'ambiente e ha compiuto progressi significativi.
La Tabella 3 presenta la composizione della soluzione e le condizioni di lavorazione di diverse nuove soluzioni per la lucidatura elettrolitica dell'acciaio inossidabile. Le formule 1 e 2 della tabella non utilizzano l'anidride cromica, risolvendo così il problema dello scarico delle acque reflue e fornendo un agente di lucidatura elettrochimica non inquinante e rispettoso dell'ambiente.
Tabella 3 Composizione della soluzione e condizioni di processo della soluzione ecologica per l'elettrolucidatura dell'acciaio inossidabile
| Composizione della soluzione e condizioni di processo | Ricetta 1 | Ricetta 2 | Ricetta 3 |
| Acido fosforico (H3OP4,85%) /%S Acido solforico (H2SO4,98%) /ido nitrico (HNO3) /% acido perclorico /ido acetico glaciale acqua (H2O)additivo | 40~50 15~20 indennità Destrina corretta | 20~30 20~30 indennità Quantità adeguata di glicerolo | 10~15 8~10 indennità Piccola quantità di additivi |
| Temperatura / ℃Densità di corrente / (A / dm)2)Tempo / min | 60~70 20~30 3~5 | 65~70 15~30 3~8 | Alta temperatura 10~30 3~5 |
Rispetto alla lucidatura meccanica, l'elettrolucidatura livella la superficie lucidata attraverso la dissoluzione elettrochimica, non lasciando alcuno strato di deformazione sulla superficie ed evitando la miscelazione di sostanze estranee. Inoltre, il processo di elettrolisi provoca la precipitazione di ossigeno, formando una pellicola di ossido sulla superficie lucidata, che ne migliora la resistenza alla corrosione.
L'elettrolucidatura è utile anche per i pezzi di forma complessa, i fili, le lamiere sottili e le parti piccole, difficili da lucidare meccanicamente. Oltre a livellare, l'elettrolucidatura può anche rimuovere le inclusioni superficiali e rivelare difetti come crepe, fori di sabbia e inclusioni sulla superficie dei pezzi.
La rullatura è un metodo comunemente utilizzato per la preparazione della superficie prima della placcatura o per la modifica della superficie dopo la placcatura per grandi quantità di piccoli pezzi. La lucidatura per laminazione è un processo in cui i pezzi e gli abrasivi sono collocati insieme in una macchina a tamburo o a campana per la rettifica per laminazione. rimuovere le bave, rugosità e ruggine dalla superficie dei pezzi e ottenere una superficie liscia.
Oltre agli abrasivi, durante il processo di laminazione vengono spesso aggiunti reagenti chimici come acidi o alcali. In questo modo, il processo di laminazione serve a rimuovere bave, asperità e ruggine mentre i pezzi e gli abrasivi rotolano insieme, oltre al ruolo dei reagenti chimici.
La Fig. 3 è il diagramma schematico della calandra.
Fig. 3 Schema della calandra
La lucidatura a rullo può eliminare le macchie d'olio e le incrostazioni di ossido sulla superficie dei pezzi e produrre una superficie lucida. Può sostituire parzialmente o completamente la lucidatura e la levigatura, ma è adatta solo per grandi quantità di pezzi con requisiti di bassa rugosità superficiale.
La laminazione può essere suddivisa in metodo a secco e metodo a umido. Il metodo a secco utilizza abrasivi come sabbia, smeriglio, vetro rotto e cuoio, mentre il metodo a umido utilizza come abrasivi sfere d'acciaio, pietre frantumate, segatura, soda, polvere di tè, ecc.
La velocità di rotazione durante la laminazione dipende dalle caratteristiche dei pezzi e dalla struttura del tamburo; in genere varia da 15 a 50 giri/min. Se la velocità è troppo alta, la forza centrifuga impedisce ai pezzi di sfregare l'uno contro l'altro nel tamburo, riducendo l'efficacia della laminazione. D'altra parte, se la velocità è troppo bassa, l'efficienza è ridotta.
In presenza di una grande quantità di macchie d'olio o di ruggine sulla superficie dei pezzi durante la laminazione, è necessario procedere prima allo sgrassaggio e all'incisione. Se la macchia d'olio è minima, è possibile aggiungere una piccola quantità di sostanze alcaline o emulsionanti come carbonato di sodio, sapone o polvere di baccello di sapone per la laminazione. Per i pezzi con superfici arrugginite si può aggiungere acido solforico o cloridrico diluito. Dopo la laminazione dei pezzi nel mezzo acido, la soluzione acida deve essere risciacquata immediatamente.
La spazzolatura è una tecnica di lavorazione delle superfici che utilizza una ruota di spazzolatura fatta di materiali come fili metallici, peli di animali o fibre naturali o sintetiche. Questo metodo è utilizzato principalmente per rimuovere contaminanti superficiali come ossidazione, ruggine, scorie di saldatura, vecchie vernici e altri detriti. Inoltre, la spazzolatura viene utilizzata anche per rimuovere le bave lasciate sui bordi di un pezzo dopo la lavorazione.
Le ruote a spazzola più comunemente utilizzate sono in filo d'acciaio o in filo d'ottone. Se il materiale del pezzo da lavorare è duro, è opportuno utilizzare una mola a filo d'acciaio ad alta rigidità e una velocità elevata. Al contrario, per i materiali più morbidi, si consiglia di utilizzare una spazzola in filo di ottone.
La spazzolatura può essere eseguita meccanicamente o manualmente. Entrambi i metodi impiegano tipicamente una tecnica a umido, con l'acqua come soluzione di spazzolatura più comunemente utilizzata. In alcuni casi, per la spazzolatura dei materiali in acciaio si può utilizzare anche una soluzione di carbonato di sodio o fosfato di sodio da 3% a 5% (in massa).
Sabbiatura è un processo che utilizza aria compressa per soffiare sabbia asciutta, come sabbia di quarzo, sabbia d'acciaio o allumina, sulla superficie dei pezzi metallici per rimuovere difetti superficiali come bave, scaglie, ruggine, depositi carboniosi, scorie di saldatura, residui di sabbia di stampaggio, residui di sale, vecchie pellicole di vernice e sporco.
Questo metodo è comunemente utilizzato per la pulizia della superficie dei pezzi, ad esempio per rimuovere la sabbia residua e gli strati di carbonio elevato sulle fusioni e per eliminare la ruggine e le incrostazioni sulle saldature.
Sabbiatura e il lavaggio acido sono entrambe tecniche utilizzate per la rimozione della ruggine. Tuttavia, mentre il lavaggio con acidi può far penetrare l'idrogeno all'interno delle parti in acciaio, aumentando stress interno e riducendo la plasticità, la sabbiatura non provoca infragilimento da idrogeno.
Dopo la sabbiatura, i pezzi realizzati in acciaio ad alto tenore di carbonioL'acciaio ad alta resistenza o materiali come l'ottone, l'acciaio inossidabile e l'alluminio possono avere una migliore adesione dei rivestimenti o degli strati di ossido. I pezzi cromati e rivestiti sono in genere puliti con la sabbiatura. Gli accessori delle macchine utensili e gli strumenti di misura sono spesso lucidati con la sabbiatura prima di essere sottoposti a trattamento di bianco latte. cromatura.
La sabbiatura è un metodo efficace per il pretrattamento delle superfici. È in grado di rimuovere completamente dalle superfici metalliche impurità quali scaglie di ossido, ruggine, vecchie pellicole di vernice e macchie di olio, ottenendo un colore uniforme del metallo e una rugosità uniforme della superficie. Questa rugosità può migliorare la forza di adesione tra il rivestimento anticorrosione e il metallo di base e aumentare la resistenza alla corrosione del metallo.
La sabbiatura è comunemente utilizzata nei trattamenti di rivestimento a spruzzo termico e di irruvidimento della plastica. Altre tecniche di irruvidimento delle superfici sono la filettatura, la zigrinatura, l'irruvidimento a scintilla elettrica e altre ancora.
Esistono due tipi di sabbiatura: a secco e a umido. La sabbiatura a umido utilizza abrasivi mescolati con acqua per formare una malta; all'acqua viene in genere aggiunto un inibitore di corrosione per prevenire la ruggine dei metalli. La sabbiatura a secco è efficace ma produce una superficie ruvida, genera una grande quantità di polvere e fa sì che l'abrasivo si rompa più facilmente. La sabbiatura a umido, invece, ha un impatto ambientale minimo, può avere un effetto decorativo e protettivo sulla superficie e viene spesso utilizzata per lavorazioni più precise.
L'incisione è un processo utilizzato per rimuovere la ruggine, le incrostazioni di ossido (formatesi durante la fusione, la forgiatura, la laminazione e il trattamento termico) e altri prodotti di corrosione dalla superficie di un pezzo. Ciò avviene attraverso l'uso di soluzioni acide, che hanno una forte capacità di dissolvere gli ossidi metallici. Di conseguenza, l'incisione viene anche chiamata decapaggio.
Per alcuni metalli non ferrosi può essere utilizzata l'incisione alcalina. La rimozione di una grande quantità di ossidi e di una struttura superficiale scadente è nota come mordenzatura forte, mentre la rimozione di una sottile pellicola di ossido sulla superficie del pezzo per prepararlo alla galvanoplastica è definita mordenzatura debole.
Gli acidi inorganici, come l'acido solforico, l'acido cloridrico, l'acido nitrico, l'acido fosforico e l'acido fluoridrico, sono tipicamente usati per decapaggio dell'acciaio. Si possono utilizzare anche acidi organici, come l'acido acetico, l'acido grasso e l'acido citrico. L'azione degli acidi organici è blanda e l'acido residuo non ha effetti collaterali significativi. Inoltre, la superficie del pezzo è pulita dopo il trattamento e ha meno probabilità di arrugginire.
Gli acidi organici, pur avendo il vantaggio di non provocare effetti collaterali significativi, hanno un costo elevato e una bassa efficacia di rimozione della ruggine, per cui vengono utilizzati soprattutto per la pulizia delle incrostazioni di ruggine all'interno dei contenitori delle apparecchiature elettriche e di altri componenti con requisiti particolari.
Gli acidi inorganici, invece, hanno un'elevata efficienza di rimozione della ruggine, una velocità elevata, un'ampia gamma di fonti di materie prime e un costo contenuto. Tuttavia, se la concentrazione degli acidi inorganici non è adeguatamente controllata, il metallo può diventare "eccessivamente corroso" e l'acido residuo è altamente corrosivo. Se la soluzione acida non viene pulita a fondo, l'effetto del rivestimento ne risente.
Per rallentare la corrosione e infragilimento da idrogeno di metalli, è necessario aggiungere alla soluzione di rimozione della ruggine una quantità adeguata di tamponi, come rutina, urotropina e tiourea.
(1) Principio del decapaggio
Lo scopo dell'acido nel decapaggio è quello di sciogliere e rimuovere meccanicamente gli ossidi dalla superficie del pezzo. Ad esempio, l'acido solforico reagisce con gli ossidi di ferro (FeO, Fe3O4) formando solfato ferroso e solfato ferrico.
L'acido solforico reagisce con il ferro della matrice attraverso le lacune della scaglia di ossido, causando la dissoluzione del ferro e il rilascio di idrogeno. La reazione tra l'acido solforico e il ferro della matrice accelera il tasso di dissoluzione chimica riducendo il solfato di ferro a bassa solubilità in solfato ferroso ad alta solubilità. L'idrogeno prodotto sotto la scaglia di ossido crea anche effetti meccanici di top cracking e stripping sulla scaglia di ossido, migliorando l'efficienza del decapaggio.
Tuttavia, la reazione tra l'acido solforico e la matrice di ferro può provocare un'eccessiva corrosione della matrice e modifiche delle dimensioni del pezzo. Questi sono gli svantaggi dell'uso dell'acido solforico nel processo di decapaggio.
L'evoluzione dell'idrogeno durante il processo di decapaggio può anche provocare la permeazione di idrogeno nel pezzo, causando l'infragilimento da idrogeno.
L'acido cloridrico scioglie principalmente gli ossidi. Reagisce con l'ossido di ferro per formare cloruro ferroso e cloruro ferrico, entrambi ad alta solubilità. Di conseguenza, l'effetto di stripping meccanico dell'incisione con acido cloridrico è meno pronunciato di quello dell'acido solforico.
Per le incrostazioni di ossido sciolte, la mordenzatura con acido cloridrico è rapida e la corrosione della matrice e la permeazione di idrogeno sono minori. Tuttavia, per le incrostazioni di ossido strette, si consuma una grande quantità di acido quando si utilizza solo l'acido cloridrico. Per ottenere l'effetto di strippaggio meccanico dell'idrogeno si utilizza spesso una soluzione acida mista di acido cloridrico e acido solforico.
L'acido nitrico viene utilizzato principalmente per il trattamento dell'acciaio ad alta lega e spesso viene miscelato con l'acido cloridrico per il trattamento dei metalli non ferrosi. L'acido nitrico ha una forte capacità di dissolvere gli ossidi di ferro e la solubilità del nitrato ferroso e del nitrato ferrico è elevata, con una reazione minima di evoluzione dell'idrogeno.
Quando viene utilizzato nell'acciaio inossidabile, l'acido nitrico non causa la corrosione della matrice grazie alle sue proprietà passivanti. Tuttavia, quando viene utilizzato nell'acciaio al carbonio, è necessario affrontare il problema della corrosione della matrice.
L'acido fluoridrico viene utilizzato principalmente per la rimozione di sostanze che contengono silicio, come gli elementi di lega in alcuni tipi di acciaio inossidabile e di acciaio legato, scorie di saldatura miste nelle saldature e sabbia di stampaggio residua sui getti.
La combinazione di acido fluoridrico e nitrico viene spesso utilizzata per trattare l'acciaio inossidabile, ma l'acido fluoridrico è estremamente corrosivo e deve essere maneggiato con cautela.
L'acido nitrico rilascia nitruri tossici e può essere difficile da smaltire, quindi occorre prestare particolare attenzione per evitare danni al corpo umano.
L'acido fosforico ha una buona solubilità per l'ossido di ferro ed è meno dannoso per il metallo perché forma uno strato di fosfato insolubile in acqua (pellicola fosfatante) sulla superficie del metallo, che aiuta a prevenire la corrosione.
Inoltre, costituisce un eccellente strato di base prima della verniciatura. È comunemente usato per rimuovere la ruggine dai pezzi di precisione, ma il costo dell'acido fosforico è relativamente alto.
Quando l'acido fosforico viene utilizzato per la rimozione della ruggine, la funzione principale è quella di trasformare le incrostazioni di ossido e la ruggine in Fe (H2OP4) 3 e FeHPO insolubile in acqua4 e Fe3 (PO4) 2.
La diffusione dell'idrogeno è un processo debole.
Quando si utilizza l'acido fosforico per il decapaggio, la quantità di idrogeno prodotta è circa 1/10 - 1/5 di quella prodotta con l'acido cloridrico o l'acido solforico. Inoltre, la velocità di diffusione e penetrazione dell'idrogeno è pari alla metà di quella degli ultimi due acidi.
Gli acciai inossidabili e gli acciai legati hanno una composizione complessa e una struttura densa per le loro incrostazioni di ossido, che ne rendono difficile la rimozione nella derattizzazione soluzione per l'acciaio al carbonio ordinario. A questo scopo si utilizza in genere una miscela di acidi.
Quando si decapano acciai legati che contengono titanioè necessario aggiungere acido fluoridrico.
Le scaglie di ossido spesse e dense formatesi con il trattamento termico possono essere "sciolte" in una soluzione alcalina calda e concentrata contenente un forte ossidante, e quindi incise con una miscela di acido cloridrico e nitrico, o acido solforico e nitrico.
(2) Additivo per decapaggio
È fondamentale utilizzare un inibitore di corrosione nella soluzione di decapaggio. L'opinione generale è che un inibitore di corrosione possa formare una pellicola di adsorbimento o una pellicola protettiva insolubile sulla superficie del metallo base in una soluzione acida.
La formazione di questa pellicola avviene attraverso una reazione elettrochimica quando il ferro metallico entra in contatto con l'acido, che carica la superficie del metallo. L'inibitore di corrosione, essendo una molecola polare, viene attratto dalla superficie del metallo e forma una pellicola protettiva, impedendo così l'azione continua dell'acido sul ferro e raggiungendo l'obiettivo di inibire la corrosione.
Dal punto di vista elettrochimico, il film protettivo formato non solo blocca in modo significativo il processo di polarizzazione anodica, ma favorisce anche la polarizzazione catodica, inibisce la produzione di idrogeno e rallenta il processo di corrosione.
Le incrostazioni di ossido e la ruggine non adsorbono le molecole polari dell'inibitore di corrosione per formare una pellicola, perché interagiscono con l'acido attraverso un'azione chimica ordinaria e non hanno alcuna carica sulla loro superficie.
Pertanto, l'aggiunta di una determinata quantità di inibitore di corrosione alla soluzione derubricante non influisce sulla sua efficacia.
Per valutare l'efficacia dei vari inibitori di corrosione, è fondamentale determinare la loro efficienza di inibizione della corrosione.
L'efficienza dell'inibizione della corrosione può essere determinata confrontando la perdita di peso [g / (m2 - h)] di un campione con e senza l'inibitore di corrosione nello stesso mezzo e nelle stesse condizioni.
La quantità specificata di diversi inibitori di corrosione utilizzati nelle varie soluzioni acide varia.
Con l'aumento della temperatura della soluzione di lavaggio acida, l'efficacia di inibizione dell'inibitore di corrosione diminuisce o addirittura viene completamente meno.
Pertanto, ogni inibitore di corrosione ha una specifica temperatura di esercizio consentita.
Gli agenti umettanti utilizzati nelle soluzioni di decapaggio sono per lo più tensioattivi non ionici e anionici, mentre i tensioattivi cationici sono usati raramente. Questo perché i tensioattivi non ionici sono stabili in ambienti fortemente acidi e l'unico tensioattivo anionico accettabile è del tipo acido solfonico.
L'uso di tensioattivi con proprietà di bagnatura, penetrazione, emulsione, dispersione, solubilizzazione e decontaminazione può migliorare notevolmente il processo di decapaggio e ridurre i tempi di decapaggio.
Per minimizzare la perdita di corrosione della matrice, ridurre l'impatto della permeazione di idrogeno, diminuire la nebbia acida e migliorare l'ambiente di lavoro, è consigliabile aggiungere alla soluzione di decapaggio un efficace inibitore della corrosione e della nebbia.
Tuttavia, è importante notare che l'inibitore di corrosione può formare una pellicola sulla superficie del pezzo, che deve essere pulita accuratamente. Inoltre, l'inibitore di corrosione può ridurre l'effetto di strippaggio meccanico della reazione di evoluzione dell'idrogeno.
(3) Scelta del tipo di acido, della concentrazione e della temperatura per il decapaggio
Il metodo di pulizia della superficie di un pezzo dipende dal materiale del pezzo, dalla presenza di ruggine e scaglie di ossido e dal livello di qualità di pulizia superficiale desiderato.
Per i pezzi in acciaio si usa comunemente acido solforico, acido cloridrico o una combinazione dei due.
Per sciogliere i composti contenenti silicio sulla superficie delle fusioni, l'acido fluoridrico viene aggiunto all'acido solforico o all'acido cloridrico.
La concentrazione di acido solforico è in genere di circa 20%. A questa concentrazione, la velocità di incisione delle scaglie di ossido è rapida e il danno al materiale sottostante è minimo.
La concentrazione di acido cloridrico è solitamente inferiore a 15%, poiché produce fumi quando la concentrazione supera i 20%.
All'aumentare della concentrazione di acido cloridrico, la velocità di decapaggio accelera e il tempo di decapaggio diminuisce.
La tabella 4 illustra la relazione tra il tempo di decapaggio e la concentrazione di acido per pezzi di acciaio con lo stesso grado di corrosione in acido cloridrico e acido solforico.
Tabella 4 Relazione tra la concentrazione di acido cloridrico e il tempo di decapaggio con acido solforico del ferro e dell'acciaio
| Contenuto di acido cloridrico /% | 2 | 5 | 10 | 15 |
| Tempo di decapaggio/min | 90 | 55 | 18 | 15 |
| Contenuto di acido solforico /% | 2 | 5 | 10 | 15 |
| Tempo di decapaggio/min | 135 | 135 | 120 | 95 |
| Contenuto di acido cloridrico /% | 20 | 25 | 30 | 40 |
| Tempo di decapaggio/min | 10 | 9 | / | / |
| Contenuto di acido solforico /% | 20 | 25 | 30 | 40 |
| Tempo di decapaggio / min | 80 | 65 | 75 | 95 |
Con l'aumento della temperatura, aumenta anche la velocità di decapaggio e si riduce il tempo necessario.
La tabella 5 mostra la relazione tra il tempo di decapaggio e la temperatura per pezzi in acciaio con lo stesso livello di corrosione in acido cloridrico e acido solforico.
Tabella 5 Relazione tra tempo di decapaggio e temperatura
| Contenuto acido /% | Tempo di decapaggio con acido solforico/min | Tempo di decapaggio con acido cloridrico/min | ||||
| 18℃ | 40℃ | 60℃ | 18℃ | 40℃ | 60℃ | |
| 5 | 135 | 45 | 13 | 55 | 15 | 5 |
| 10 | 120 | 32 | 8 | 18 | 6 | 2 |
(4) Processo di decapaggio di pezzi in ferro e acciaio
I metodi di decapaggio e rimozione della ruggine comprendono il decapaggio a immersione, il decapaggio a spruzzo e la rimozione della ruggine con pasta acida.
Dopo essere stato sottoposto a un trattamento di sgrassatura, il metallo impregnato e decapato viene posto in una vasca acida.
Una volta rimosse le scaglie di ossido e la ruggine, il metallo viene risciacquato con acqua e neutralizzato con un alcali per ottenere una superficie adatta alla verniciatura.
La tabella 6 fornisce informazioni sui parametri del processo di incisione forte per i pezzi in acciaio.
Tabella 6 Parametri del processo di incisione forte dei pezzi in acciaio
| Progetto | Pezzi forgiati e stampati | Parti generali in acciaio | Colata | ||
| 1 | 2 | 1 | 2 | ||
| Acido solforico concentrato / (g / L.) acido cloridrico / (g / L) acido fluoridrico / (g / L) Rodin / (g / L) Urotropina / (g / L) | 200~250 2~3 | 150~200 1~3 | 150~200 1~3 | 80~150 | 100 10~20 |
| Temperatura / ℃ Tempo/min | 40 ~ 60 fino a quando tutto è diviso | 30 ~ 40 fino a quando tutto è diviso | 1.5 | Fino alla divisione di 40-50 | 30 ~ 40 fino a quando tutto è diviso |
L'incisione elettrochimica consiste nell'utilizzare l'elettrolisi per spogliare la superficie di un pezzo, che funge da anodo o catodo, in una soluzione acida o alcalina. Il processo può anche essere accelerato dall'agitazione della soluzione, che genera idrogeno al catodo e rinnova la soluzione mordenzante sulla superficie del pezzo.
La rimozione elettrochimica della ruggine può essere classificata in mordenzatura anodica e catodica, a seconda della polarità del pezzo.
Durante l'incisione anodica, le scaglie di ossido vengono rimosse attraverso una combinazione di dissoluzione chimica ed elettrochimica del metallo del pezzo e di rimozione meccanica dell'ossigeno.
Nell'incisione catodica, le scaglie di ossido vengono rimosse principalmente per effetto meccanico della grande quantità di idrogeno generato e per l'effetto di riduzione dell'idrogeno atomico primario sull'ossido.
L'incisione anodica produce poche e grandi bolle di ossigeno con un effetto di stripping meccanico limitato, ma se dura troppo a lungo può causare un'eccessiva corrosione del metallo sottostante.
D'altra parte, l'incisione catodica riduce al minimo la corrosione del metallo, preservando le dimensioni del pezzo, ma può portare alla permeazione di idrogeno e a residui di cenere.
L'incisione anodica è lenta e corrosiva per il metallo di base, quindi è adatta solo per pezzi con una sottile scaglia di ossido. Tuttavia, non causa infragilimento da idrogeno.
D'altra parte, l'incisione catodica è rapida e non provoca una sovra-corrosione del pezzo, rendendola adatta a pezzi con pelli di ossido spesse. Tuttavia, presenta lo svantaggio della permeazione di idrogeno.
Attualmente, la maggior parte dei metodi utilizzati in Cina sono l'incisione anodica o una combinazione di incisione catodica e anodica. L'incisione elettrochimica viene utilizzata sia per l'incisione forte che per quella debole.
Rispetto all'incisione chimica, l'incisione elettrochimica è più efficace nel rimuovere rapidamente le scaglie di ossido saldamente legate alla superficie del metallo. Inoltre, è meno influenzata dalle variazioni di concentrazione dell'acido e ha un impatto minimo sul materiale sottostante.
Questo metodo è facile da usare e da gestire, ma richiede attrezzature specializzate e un maggior numero di operazioni sospese. Inoltre, vi è il rischio di una dissoluzione non uniforme delle scaglie di ossido.
I vantaggi dell'incisione elettrochimica sono la velocità di incisione, il basso consumo di acido e la scarsa influenza del contenuto di ioni ferro nella soluzione sulla capacità di incisione.
Tuttavia, questo metodo richiede un'apparecchiatura di alimentazione e consuma energia.
I pezzi con forme complesse sono difficili da incidere a causa della scarsa capacità di dispersione.
Quando le incrostazioni di ossido sono spesse e dense, devono essere pretrattate con mordenzatura chimica con acido solforico per allentare le incrostazioni di ossido prima di essere sottoposte a mordenzatura elettrochimica.
Lo sgrassaggio con solventi organici è un metodo comune per rimuovere il grasso dai materiali metallici. Funziona sfruttando le proprietà di dissoluzione fisica dei solventi organici su entrambi i tipi di oli.
La benzina e il cherosene sono solventi comunemente usati, ma il clorobenzene e il cherosene sono alternative più economiche e meno tossiche.
Lo sgrassaggio con solventi organici si caratterizza per l'assenza di calore, la velocità di sgrassaggio e l'assenza di corrosione della superficie metallica. È particolarmente indicato per la rimozione di oli minerali ad alta viscosità e ad alto punto di fusione, difficili da rimuovere con soluzioni alcaline.
Pertanto, è un pretrattamento appropriato per quasi tutte le tecnologie di trattamento delle superfici, in particolare per le parti con grave inquinamento da olio o per le parti metalliche suscettibili di corrosione da soluzioni di sgrassaggio alcaline.
Tuttavia, questo metodo non è completo e possono essere necessari metodi chimici ed elettrochimici per integrare il processo di sgrassatura. Inoltre, la maggior parte dei solventi organici è infiammabile e tossica e il costo può essere elevato.
È importante dare priorità alla sicurezza, prendere precauzioni e mantenere una buona ventilazione durante il funzionamento.
Attualmente, lo sgrassaggio chimico con una soluzione alcalina è ampiamente utilizzato nella produzione.
Sebbene il tempo di rimozione dell'olio per questo metodo sia più lungo rispetto a quello dei solventi organici, ha il vantaggio di essere non tossico, non infiammabile, di richiedere un'attrezzatura semplice e di essere poco costoso e facile da usare, il che lo rende una scelta ragionevole per la rimozione dell'olio.
Il cuore di questo metodo consiste nel rimuovere l'olio attraverso la saponificazione e l'emulsificazione. La prima rimuove gli oli animali e vegetali, mentre la seconda rimuove gli oli minerali.
Con una corretta selezione del processo, la rimozione dei due tipi di grasso non è difficile.
Tuttavia, in presenza di elevati requisiti di resistenza al legame del rivestimento, affidarsi esclusivamente a una soluzione alcalina per la rimozione chimica dell'olio dalle parti placcate potrebbe non essere sufficiente.
Ciò è particolarmente vero quando la macchia d'olio è costituita principalmente da olio minerale, in quanto richiede molto tempo per essere rimossa e potrebbe non essere completamente rimossa a causa del limitato effetto emulsionante della soluzione alcalina per la rimozione dell'olio.
In questi casi, per ottenere risultati soddisfacenti, è necessario ricorrere alla rimozione elettrochimica (elettrolitica) dell'olio con un'emulsione più forte.
La rimozione elettrochimica dell'olio, nota anche come rimozione elettrolitica dell'olio, è un processo di rimozione dell'olio che consiste nel collocare parti metalliche in un liquido di rimozione dell'olio e utilizzare le parti come anodo o catodo mentre sono collegate a una corrente continua.
La composizione della soluzione di sgrassatura elettrochimica è simile a quella delle soluzioni di sgrassatura chimica.
Come controelettrodo viene comunemente utilizzata una piastra di nichel o di ferro nichelato, che funge solo da conduttore.
L'esperienza di produzione ha dimostrato che la rimozione elettrochimica dell'olio è diverse volte più veloce di quella chimica e rimuove efficacemente l'inquinamento da olio. Ciò è dovuto al meccanismo di rimozione elettrochimica dell'olio.
La pulizia a ultrasuoni utilizza un segnale di oscillazione ad alta frequenza che viene convertito in oscillazione meccanica ad alta frequenza da un trasduttore.
L'onda ultrasonica può propagarsi efficacemente in diversi mezzi, tra cui gas, liquidi, solidi e soluzioni solide, e può trasmettere una forte energia. L'onda ultrasonica viene trasmessa al liquido di lavaggio nel serbatoio attraverso la parete del serbatoio e fa vibrare le microbolle nel liquido per riflessione, interferenza e risonanza.
Le onde ultrasoniche creano forti impatti e cavitazione sull'interfaccia, che sono alla base del lavaggio a ultrasuoni. L'efficacia del lavaggio a ultrasuoni dipende da vari fattori, tra cui il tipo di fluido detergente, il metodo di lavaggio, la temperatura e il tempo di lavaggio, la frequenza degli ultrasuoni, la densità di potenza e la complessità delle parti da pulire.
I liquidi più comuni utilizzati per la pulizia a ultrasuoni includono solventi organici, soluzioni alcaline e soluzioni detergenti a base d'acqua.
Il dispositivo di pulizia e sgrassaggio a ultrasuoni più comunemente utilizzato è costituito da un trasduttore a ultrasuoni, una vasca di pulizia e un generatore. Può anche includere componenti aggiuntivi per la circolazione del fluido di lavaggio, il filtraggio, il riscaldamento e il trasporto.
La pulizia a ultrasuoni è un metodo popolare per la sua semplicità, la velocità di pulizia e i buoni risultati.
L'uso di un detergente a bassa temperatura e ad alta efficienza per rimuovere le macchie d'olio sulle superfici metalliche non solo è altamente efficace, ma anche efficiente dal punto di vista energetico grazie alla bassa temperatura di pulizia.
La sgrassatura sottovuoto è una tecnologia di pulizia nuova ed ecologica. Utilizza un detergente a base di carburo di idrogeno, che ha un impatto minimo sulla salute umana, è meno irritante e non ha odore.
Questa tecnologia offre lo stesso livello di pulizia della trietanolamina ed è ancora più efficace del bagno alcalino. Inoltre, il detergente può essere recuperato e rigenerato.
Il dispositivo di pulizia sgrassante sottovuoto è un sistema chiuso che non inquina, ha un elevato fattore di sicurezza, è altamente produttivo e consente il carico e lo scarico automatico dei materiali, rendendolo comodo da usare.
In futuro, si prevede che la tecnologia di sgrassatura sottovuoto, con o senza lavaggio con liquidi, sarà ampiamente utilizzata.
Quando si effettuano controlli non distruttivi della superficie su componenti importanti di grandi dimensioni, come gli aerei, per rilevare cricche da fatica e danni duri, è necessario rimuovere prima il rivestimento superficiale (vernice).
I metodi tradizionali di rimozione del rivestimento includono la sverniciatura chimica o la molatura manuale con mola, ma entrambi i metodi presentano degli svantaggi. La sverniciatura chimica può corrodere e danneggiare la matrice metallica, mentre la smerigliatura con mola può danneggiare facilmente il substrato e ha un'efficienza ridotta.
Recentemente, è stato sviluppato un nuovo processo di rimozione della vernice mediante spruzzatura di plastica, che ha dato buoni risultati. Questo processo consiste nello spruzzare plastica granulare sulla superficie del pezzo ad alta velocità attraverso una pistola a spruzzo alimentata da aria compressa.
Lo strato di vernice viene sverniciato dalla bordi taglienti e gli angoli della plastica tagliando e colpendo la superficie. In questo modo si ottiene un modo efficiente di rimuovere la vernice.
La rimozione della vernice con graniglia di plastica presenta diversi vantaggi, come quello di non danneggiare il substrato o il rivestimento grazie alla durezza della graniglia di plastica, superiore a quella dello strato di vernice ma inferiore a quella del substrato o del rivestimento e dello strato superficiale anodizzato. In questo modo si ottiene anche una superficie pulita per il nuovo strato di vernice, migliorandone l'adesione. Inoltre, i pellet di plastica possono essere riciclati e facilmente separati dallo strato di vernice staccato.
La sabbiatura a ultrasuoni è un processo di sgrossatura della superficie di un substrato che prevede l'utilizzo di aria compressa per spruzzare particelle di sabbia dura ad alta velocità sulla superficie, ottenendo un effetto meccanico di raschiatura. La velocità della sabbiatura a ultrasuoni è compresa tra 300 e 600 metri al secondo ed è più efficiente della sabbiatura tradizionale, con un'efficacia da tre a cinque volte superiore.
Viene comunemente utilizzato nel pretrattamento della superficie di parti strutturali di grandi dimensioni, come la pulizia della superficie prima dell'applicazione del rivestimento a ponti, navi, caldaie e condutture. Inoltre, viene spesso utilizzato per la sgrossatura della superficie prima della spruzzatura di parti o grandi attrezzature con elevati requisiti di effetto di spruzzatura e per la pulizia delle superfici delle attrezzature con forte inquinamento naturale, come vernice, cemento e incrostazioni organiche o inorganiche.
Il trattamento di coartazione aumenta l'effetto "gancio di ancoraggio" tra il rivestimento e il substrato, riducendo le tensioni di ritiro del rivestimento e migliorando la forza di adesione tra il rivestimento e il substrato.
La sabbia utilizzata per la sabbiatura deve avere elevata durezza, densità, resistenza allo schiacciamento e basso contenuto di polvere. La dimensione delle particelle deve essere determinata in base alla rugosità superficiale richiesta. I grani di sabbia comunemente utilizzati includono sabbia di corindone (allumina), sabbia di silice, carburo di silicio e smeriglio.
Colpo di superficie supersonico pallinatura è un processo in cui proiettili supersonici vengono spruzzati sulla superficie del pezzo, provocando una deformazione plastica sulla superficie e formando uno strato di rinforzo di un certo spessore.
In qualità di fondatore di MachineMFG, ho dedicato oltre un decennio della mia carriera al settore della lavorazione dei metalli. La mia vasta esperienza mi ha permesso di diventare un esperto nei campi della fabbricazione di lamiere, della lavorazione, dell'ingegneria meccanica e delle macchine utensili per metalli. Penso, leggo e scrivo costantemente su questi argomenti, cercando di essere sempre all'avanguardia nel mio campo. Lasciate che le mie conoscenze e la mia esperienza siano una risorsa per la vostra azienda.
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