电镀前处理中超声波清洗技术的应用 超声波清洗技术

利用超声波在液体中产生的空化效应,可以清洗掉工件表面沾附的油污,配合适当的清洗剂(除腊水),可以迅速地对工件表面实现高清洁度的处理。电镀工艺,对工件表面清洁度要求较高,而超声波清洗技术是能达到此要求的理想技术。

  超声波清洗技术的应用,可以使许多传统的清洗工艺得到简化,并大大提高清洗质量和生产效率。特别是对那些形状较为复杂、边角要求较高的工件更具有优越性。利用超声波清洗技术,还可以在很大的范围内替代强酸、强碱的作用,大大减少对和环境的污染,并改善工人的劳动环境,降低劳动强度,对保护生态环境,作出贡献。

  对几种常见的工件表面状况,用超声波清洗工艺情况简介:

  1、抛光件表面抛光膏的清洗。一般情况下,抛光膏常常采用石蜡调合,石蜡分子量大,熔点较高,常温下呈固态,是较难清洗的物质,传统的办法是采用有机溶剂清洗或高温碱水煮洗有许多弊病。采用超声波清洗则可使用水基清洗剂,在中温条件下,几分钟内将工件表面彻底清洗干净,常用工艺流程是:①浸泡→②超声波清洗→③清水(净水)漂洗。

  2、表面有油及少量锈的冷轧钢板。冷轧钢板表面一般有油、污或少量铁锈,要洗干净比较容易,但经一般方法清洗后,工件表面仍残留一层非常细薄的浮灰,影响后续加工质量,有时不得不再采用强酸浸泡的办法去除这层浮灰。而采用超声波清洗并适当的清洗液,可方便快捷地实现工件表面彻底清洁,并使工件表面具有较高的活性,有时甚至可以免去电镀前酸浸活化工序。

  3、表面有氧化皮和黄锈的工件。传统的办法是采用盐酸或硫酸浸泡清洗。如采用超声波综合处理技术,可以快捷地在几分钟内同时去除工件表面的油、锈、并避免了因强酸清洗伴随产生的氢脆问题。

  怎样使用超声波清洗?

  超声波振板可以放在一侧、两侧或底部。这时要记住,超声波的有效作用距离是900mm左右。过深的槽,将超声波放在底部效果就不好。槽子窄时,超声波振板可以放在一侧,槽子宽时,超声波振板就要放在两侧。如果清洗带有去挂灰的要求,超声波的作用距离要小得多。钢铁零件去挂灰,超声波的作用距离可以大一点,铝铁硼零件去挂灰,超声波的作用距离就要小得多。

  另外,超声波要达到一定强度才有好的效果。仅仅是清洗孔或缝中的残留物时,超声波的功率可以小一点。去挂灰时,超声波的功率要大一点。铝铁硼零件去挂灰,超声波的功率更要大。至于,超声波的频率是28kHz好,还是40kHz好,没有一个一致的说法,也有人使用120kHz频率的超声波。

  超声波除油

  将黏附有油污的制件放在除油液中,并使除油过程处于一定频率的超声波场作用下的除油过程,称为超声波除油。

  超声波是频率为16kHz以上高频声波,超声波除油是基于空化作用原理。当超声波作用于除油液时,由于压力波(疏密波)的传导,使溶液在某一瞬间受到负应力,而在紧接着的瞬间受到正应力作用,如此反复作用。当溶液受到负压力作用时,溶液中会出现瞬时的真空,出现空洞,溶液中蒸汽和溶解的气体会进入其中,变成气泡。气泡产生后的瞬间,由于受到正压力的作用,气泡受压破裂而分散,同时在空洞周围产生数千大气压的冲击波,这种冲击波能冲刷零件表面,促使油污剥离。超声波强化除油,就是利用了冲击波对油膜的破坏作用及空化现象产生的强烈搅拌作用。

  化学除油

  化学除油是利用热碱溶液对油脂的皂化和乳化作用,将零件表面油污除去的过程。碱性溶液包括两部分:一部分是碱性物质,如氢氧化钠、碳酸钠等;另一部分是硅酸钠、乳化剂等表面活性物质。碱性物质的皂化作用除去可皂化油,表面活性剂的乳化作用除去不可皂化油。化学除油具有工艺简单、操作容易、成本低廉、除油液无毒、不易燃等特点。但是常用的碱性化学除油工艺其乳化能力较弱,因此当零件表面油污中主要是矿物油时,或零件表面附有过多的黄油、涂料乃至胶质物质时,在生产上化学除油主要用于预除油,然后再进行电化学除油将油脂彻底除尽。

  (1)化学除油原理

  1)皂化作用

  皂化反应是皂化油与除油液中的碱性物质发生化学反应而生成肥皂和甘油的过程。当把带有油污的制品放入碱性除油溶液时,由于发生上述皂化反应而使油污除去。

  2)乳化作用

  矿物油或其他不可皂化油是不能用碱皂化的,但它们在表面活性剂的作用下能被乳化而形成乳浊液而除去。乳化是使两种互不相溶液体中的一种呈极细小的液滴分散在另一种液体中形成乳浊液的过程,具有乳化作用的表面活性物质称为乳化剂。加热和搅拌除油溶液都会加速油污进入溶液,可加大除油的速度,提高除油的效果,在化学除油时,一般采用较高的温度和搅拌措施。

  (2)化学除油液成分及工艺条件

电镀前处理中超声波清洗技术的应用 超声波清洗技术
  化学除油液的主要成分包括氢氧化钠、碳酸钠、磷酸钠、焦磷酸钠、硅酸钠、硼酸钠等碱或碱性盐,此外,通常还包括EDTA、柠檬酸钠等金属螯合剂和各种乳化剂等有机添加剂。

  电化学除油(电解除油)

  电化学除油又称电解除油,是在碱性溶液中,以零件为阳极或阴极,采用不锈钢板、镍板、镀镍钢板或钛板为阳极,在直流电作用下将零件表面油污除去的过程。电化学除油液与碱性化学除油液相似,但其主要依靠电解作用强化除油效果,通常电化学除油比化学除油更有效,速度更快,除油更彻底。

  (1)电化学除油原理

  电化学除油除了具有化学除油的皂化与乳化作用外,还具有电化学作用。在电解条件下,电极的极化作用降低了油与溶液的界面张力,溶液对零件表面的润湿性增加,使油膜与金属间的黏附力降低,使油污易于剥离并分散到溶液中乳化而除去。在电化学除油时,不论是制件作为阳极还是阴极,其表面上都有大量气体析出。当零件为阴极时(阴极除油),其表面进行的是还原反应,析出氢气;零件为阳极时(阳极除油),其表面进行的是氧化反应,析出氧气。电解时金属与溶液界面所释放的氧气或氢气在溶液中起乳化作用。因为小气泡很容易吸附在油膜表面,随着气泡的增多和长大,这些气泡将油膜撕裂成小油滴并带到液面上,同时对溶液起到搅拌作用,加速了零件表面油污的脱除速度。

  电化学除油可分为阴极除油、阳极除油及阴一阳极联合除油。

  阴极除油的特点是在制件上析出氢气,

  阳极除油的特点是在制件上析出氧气,与阴极电化学除油相比,其乳化能力较差,因此其除油效率较低;另一方面由于氢氧根离子放电,使阳极表面溶液的pH值降低,不利于除油。同时阳极除油时析出的氧气促使金属表面氧化,甚至使某些油脂也发生氧化,以致难于除去。此外,有些金属或多或少地发生阳极溶解。所以,有色金属及其合金和经抛光过的零件,不宜采用阳极除油。但阳极电化学除油没有“氢脆”,镀件上也无海绵状物质析出。

  由于阴极除油和阳极除油各有优缺点,生产中常将两种工艺结合起来,即阴极一阳极联合除油,取长补短,使电化学除油方法更趋于完善。在联合除油时,最好采用先阴极除油、再短时间阳极除油的操作方法。这样既可利用阴极除油速度快的优点,同时也可消除“氢脆”。因为在阴极除油时渗入金属中的氢气,可以在阳极除油的很短时间内几乎全部除去。此外,零件表面也不至于氧化或腐蚀。

  对于黑色金属制品,大多采用阴极一阳极联合除油。

  对于高强度钢、薄钢片及弹簧件,为保证其力学性能,绝对避免发生“氢脆”,一般只进行阳极除油。对于在阳极上易溶解的有色金属制件,如铜及其合金零件、锌及其合金零件、锡焊零件等,可采用不含氢氧化钠的碱性溶液阴极除油。若还需要进行阳极除油以除去零件表面杂质沉积物,电解时间要尽量短,以免零件遭受腐蚀。

  (2)电化学除油液组成及工艺条件

  对除油质量影响较大的电化学除油工艺条件是电流密度、温度与除油时间。

  电流密度的选择应保证析出足够数量的气泡,既能使油污被机械撕裂、剥离电极表面,又能搅拌溶液。提高电化学除油的电流密度可以加快除油速度,缩短除油时间,提高生产效率,但电流密度提高,阴极除油渗氢作用增大,电能消耗加剧。

  阳极除油时可适当降低电流密度以防止金属过腐蚀,所以电化学除油时电流密度一般控制在5~15A/dm2。

  温度升高能加强乳化作用,从而有利于提高除油效果,同时可以增加溶液电导,降低槽电压,节约电能。但溶液温度过高必然会引起室内碱雾弥漫,恶化环境,溶液蒸发加快。当溶液中含有较高的氯离子时还会加快零件的腐蚀。温度过低时除油效果降低,有时零件表面还可能出现锈蚀。电化学除油的溶液温度一般控制在60~80℃。

  按常规工艺,除油时间通常定为先用阴极除油3~7min,再用阳极除油0.5~2min,以此综合阴、阳极除油的优点达到对油污的彻底清除。

  注意阴极除油不能用铁板作阳极,因为铁板阳极会溶解,而污染电解液。

  由于电化学除油时,电极上不断产生的氢气和氧气具有乳化作用,故电化学除油溶液中可以少加或不加乳化剂。过多的乳化剂在液面形成的泡沫易黏附在零件表面,不易清洗,也影响电极表面气体的逸出。

  当大量析出的氢气和氧气被液面上的泡沫覆盖,一旦遇到电极与挂具接触不良引起电火花时,即引起爆炸,造成安全事故。

  浸蚀(过酸)

  浸蚀又称酸洗,是将金属零件浸入酸、酸性盐或碱溶液中,利用化学或电化学方法来除去制件表面的锈蚀物、氧化皮(膜),使制件表面处于活化状态的加工方法。根据清除氧化物的方法不同,常用的浸蚀分为化学浸蚀和电化学浸蚀两类。靠浸蚀剂的化学作用将锈、氧化物去除的方法称为化学浸蚀。

  我们常用的酸液为稀硫酸,比重在15-25之间,过酸要彻底,如果活化不彻底,表面的氧化膜没有除去,后面的镀层会因附着不好而脱皮。

  特别应该注意光面并且平面的东西,超声波,除油,电解都应该尽量分开,不能让他们互相挡到,贴住。

  锡焊部位前处理不当影响镀层结合强度

  (1)焊膏在酸、碱中很难除尽,如直接洗刷还可能造成更大面积的污染。

  防备方法:先用酒精刷两遍,然后再用石灰浆洗刷。

  (2)锡经酸、碱处理后表面会产生一层黑膜,这层黑膜上直接电镀会影响镀层的结合强度。

  防备方法:经酸、碱处理后用铜丝刷刷光,然后经弱腐蚀处理并充分清洗后即可带电入槽镀氰化铜。

  钢铁表面除油工艺

  钢铁表面除油工艺钢铁在加工、运输、储藏的过程中,表面往往会带有一些油污,例如由于防锈需要所涂的防锈油,机械加工所涂的润滑油、切屑油、抛光膏,搬运过程中污染上的汗水、沥青等。这些油污的存在会影响除锈及磷化的质量,降低涂层与基体间的结合力。漆前除油的方法有很多种,需要根据所除油污的种类及其物理化学性质来决定采取哪种方法。最常用的除油方法有碱液清洗、有机溶剂清洗、表面活性剂清洗及电化学除油等。

  1、碱液清洗除油是以碱的化学作用为主的一种清洗方法。由于使用简便,价格低廉,原材料易得,目前受到广泛运用。

  (1)碱液清洗除油对于碱液清洗法来说,在清洗动植物油脂和矿物油污时,其机理是不一样的。对于动植物油脂的碱洗来说,由于是多个高级脂肪酸的混合甘油脂,可以在碱液中发生皂化反应。因此,它的机理主要是皂化反应和溶解、乳化、分散作用。而反应生成的脂肪酸钠能溶解于水,故能达到除油的目的,并且脂肪酸钠由于带有亲水性的羟基和憎水性的烃基,又可以作为具有表面活性作用的乳化剂,通过乳化作用使未起皂化反应的残留油乳化、分散而悬浮于水中。而矿物油脂是高级烷属烃的混合物,由于其不能与碱起化学作用,因而不能单纯用碱液除去,因此在清洗时强碱应于硅酸盐、多聚磷酸盐等胶体性碱清洗剂并用,增加湿润与分散能力,靠强碱促使油污离开工作表面,靠胶体使其安定地分散在溶液中。

  碱液清洗时,常用的碱包括苛性钠、碳酸钠、硅酸钠、磷酸盐类等多种。通常根据需除油的金属及周围的环境与欲达到的目的决定采用哪种碱。对于强碱来说,可以提供更高的碱度(OH-),因而皂化反应可进行的很完全。但是它可能会腐蚀某些活泼金属,并由于其润湿性较差,用水不易清洗。对于弱碱来说,一般具有良好的润湿作用和乳化分散作用,但其提供的碱度较低,皂化反应不能进行得完全。清洗

  (2)碱清洗工艺基本工艺是:预除油(当工作表面附着的油污很厚时,通常采用这一步)→碱清洗→一次水洗(除去工件表层残留的清洗剂)→二次清洗→干燥(或转入下道工序)。

  (3)影响因素 组成由于碱洗过程是依靠皂化、乳化等多种作用,不能用某一单独的碱来达到上述性能。通常使用多种组分,有时还需添加表面活性剂等助剂。在匹配适当的情况下,方能达到最佳的综合性能。因此,碱液的组成是影响除油质量的主要因素。温度较高的温度有利于皂化反应的进行,并且由于温度较高,可以使熔点高的油污软化,有利于浸润乳化的作用。一般清洗的温度为70~100℃。碱度碱度的高低决定了皂化反应进行的程度,并且碱度高能使油污与溶液之间的表面张力降低,使油污易于乳化。机械作用在清洗过程中加入搅拌,有助于油污的去除,可以使乳化液均匀的分布,从而提高乳化的效果。其他此外,在碱液中加入适当的表面活性剂,可以降低界面张力,改善润湿性和乳化性。而在碱洗后通过水洗,可以去除残留工件表面的清洗剂,这些因素对碱洗也是十分重要的。

  2、有机溶剂清洗除油溶剂清洗主要是利用有机溶剂溶解皂化与不皂化油来去除油污。去油常用的有机溶剂为乙醇、清洗用汽油、甲苯、四氯化碳、三氯乙烯等,其中比较有效的溶剂为四氯化碳和三氯乙烯,它们不会燃烧,可在较高温度下进行除油。一般情况下,较高的温度可以增加油污在有机溶剂中的溶解。而在溶解过程中,加入机械搅拌可以使溶解更均匀、完全。在有机溶剂除油后,还必须进行补充除油。因为当溶剂在制品表面挥发后,通常还留有薄的膜,可以在后面的工序中用碱清洗除油、电化学除油等工序将其除去。

  3、表面活性剂清洗除油以表面活性剂为主所配成的清洗剂具有良好的去油污能力。主要是利用了表面活性剂表面张力低、浸透湿润性好、乳化能力强等特性。目前,表面活性剂清洗是一种广泛运用的除油方法。表面活性剂除油的过程为:利用表面活性剂易于吸附于工件一水溶液界面上并降低界面的张力的特点,表面活性剂优先润湿工件的表面,将油污与制品相隔离,从而使油膜卷离成油珠而离开制品表面。通过表面活性剂的乳化作用,在油一水界面上形成具有一定强度的界面膜,改变界面的状态,从而使油污质点分散在水溶液中,形成乳状液。或者通过表面活性剂的溶解作用,使不溶于水的油污溶于表面活性剂的胶团中,达到将油污转移到水溶液中的目的。当油一水界面膜达到一定的机械强度时,质点的碰撞不会使膜破裂,油污就不会再重新聚集起来,当油污质点被截留在溶液中时,即实现了去除油污的目的。

  4、电化学清洗除油电化学除油较常采用的是阴极除油,或者阴阳极交替使用除油。电化学反应的电解液一般使用NaOH、Na2CO3、Na3PO4及Na2SiO3等的水溶液。电化学除油的机理为:利用电化学反应在阴极上析出的氢气或阳极上析出的氧气,通过对金属制品表面的溶液进行机械搅拌,促进油污脱离金属表面。同时,金属表面的溶液不断地得到交换,有利于油污的皂化反应及乳化作用,剩余的油污在不断析出的气泡的影响下,脱离金属表面。在电化学除油的过程中,温度的影响与对化学除油的影响大致相同,并且除油时的电流密度可以保证足够的气体从制品表面析出,既能脱除油污、又能搅拌溶液,因此较大的电流密度能够提高脱油速度,但在阴极除油过程中往往伴有氢气渗入金属,以至引起氢脆的现象。通常采用阴、阳极交替除油以达到防止氢脆的目的。

  不锈钢的镀前处理

  不锈钢是由铁、镍、铬、钛等成分组成,表面容易生成一层薄而透明且附着牢固的钝化膜,此膜除去后又会在新鲜表面迅速形成,因此按一般钢铁零件的电镀工艺不能获得附着力良好的镀层。

  在不锈钢进行电镀之前,除按.一般钢铁的除油和浸蚀外,通常还需要进行活化预处理,活化处理是保证电镀层有足够附着力的重要步骤。一般的活化处理方法包括阴极活化法、浸渍活化法和镀锌活化法等。

  (1)阴极活化处理

  阴极活化处理是由于阴极表面析出氢气后,强烈的还原作用防止了氧化膜的形成,从而保持新鲜的不锈钢表面。

  (3)镀锌活化处理

  在不锈钢上镀一层很薄的金属锌,然后浸入还原性酸中,由于锌与不锈钢的电极电位不同,在介质中构成微电池使锌层腐蚀溶解,而不锈钢基体作为阴极,析出的氢气对其表面的氧化膜起还原活化作用,从而提高覆盖层的结合力。,

  镀锌活化处理的具体操作过程为:

  ①对不锈钢基体作除油处理;

  ②在500mL/L盐酸中浸蚀5~lOmin,氧化皮较厚时,在盐酸中可适量添加氢氟酸、硫酸或磷酸,并适当延长浸蚀时间;

  ③在普通镀锌槽中镀1~2min,最多不超过5min,然后在500mL/L盐酸或硫酸中退锌,再重复镀锌和退锌,即可电镀其他金属。

  

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