1.1　表面處理與防銹劑的分類及基本概念

1.1.1　金屬表面處理劑的分類與基本概念

金屬表面處理包括除油、除銹、磷化等基體前處理，是為金屬涂層技術、金屬防護技術做準備的，基體前處理質量對后涂層制備和金屬的使用有很大的影響。

1.1.1.1　金屬表面除油劑

金屬材料在機械加工和儲存過程中，表面通常黏附著油污，它的存在嚴重影響粘接力的形成，因此在粘接之前必須將它們全部去除。除油的方法主要有四種：堿液除油、有機溶劑除油、電解除油以及超聲波除油。常用的除油劑有：

（1）石油系除油劑　石油系除油劑主要有汽油、煤油或輕柴油等。它的作用原理主要是利用其對金屬表面油脂的溶解作用。由于這類溶劑滲透力強、脫脂性好，故一般用于粗清洗，以除去大量的油脂類污物。但在實際使用時，往往加入表面活性劑，使它具有清洗水溶性污漬的能力，有時也加入少量防銹劑，使清洗后金屬表面具有短時間的防銹能力。這類石油系除油劑，特別是汽油，由于易燃，使用時必須有充分的防火安全措施。

（2）氯代烴系除油劑　常用的氯代烴系除油劑是三氯乙烯和四氯化碳。這類溶劑的特點是對油脂的溶解能力強，但沸點低，一般為不易燃物。而且比熱容小、蒸發潛熱小，因而升溫快、凝縮也快。密度一般比空氣大，因而存在于空氣下部。由于這些特點，故可用于蒸氣脫脂。因這類溶劑價格較貴，一般需循環使用或回收使用。有些溶劑如三氯乙烯有一定的毒性，在光、空氣和水分共存時，分解產生氯化氫，易引起金屬腐蝕；與強堿共熱時，易產生爆炸等，使用時應加以注意。

（3）堿性除油劑　氫氧化鈉、碳酸鈉、硅酸鈉、磷酸鈉等，溶于水成為主要的堿性除油劑。它們的作用原理是能和油污中的脂肪酸甘油酯發生皂化作用形成初生皂，使油污成為水溶性的而被溶解去除。其中氫氧化鈉和碳酸鈉還有中和酸性污垢的作用。磷酸鈉、三聚磷酸鈉、六偏磷酸鈉等既具有清洗作用，又有抑制腐蝕的作用。硅酸鈉則有膠溶、分散等作用，清洗效果較好。堿性除油劑由于價格較低、無毒性、不易燃等特點，使用較為廣泛。在使用堿性除油劑時要注意被清洗金屬的材質，選擇適當的pH的堿液。此外，在使用堿性除油劑時，通常加入表面活性劑構成復合配方，以加強清洗作用。

1.1.1.2　金屬材料表面除銹劑

金屬材料表面除銹劑可以用機械或化學處理方法除掉金屬材料表面的銹蝕層和污染物。機械方法是工業上常用的表面處理方法之一，可以直接去除表面的污物，而且還能獲得一定的表面粗糙度，這對粘接密封十分有利。常用的方法有手工除銹、電動工具除銹和噴砂除銹等。噴砂除銹是通過壓縮空氣將砂石噴射到金屬表面，經強力摩擦與沖擊作用清除銹蝕。用于噴砂的砂料有礦砂、河砂、海砂、剛玉砂、金剛砂、石英砂、玻璃珠、金屬彈丸等。多用于大面積工件的處理。

化學除銹是將金屬在活性溶液中進行化學腐蝕處理，使其表面活化或者鈍化，進而在金屬表面形成具有良好內聚強度的表面氧化層，這對形成牢固的粘接非常有利。化學除銹又分為化學侵蝕和電化學侵蝕兩種。

1.1.1.3　金屬表面防銹劑

金屬表面防銹劑是以金屬防銹為目的而加入到各種介質如水、油或脂等中去的一類化學藥劑。習慣上分為水溶性防銹劑、油溶性防銹劑、乳化型防銹劑等。

（1）水溶性防銹劑　水溶性防銹劑可溶解在水中形成水溶液。金屬經這種水溶液處理后能防止腐蝕生銹。它們的防銹作用原理可分為三類。①金屬與防銹劑生成不溶且致密的氧化物薄膜，可阻止金屬的陽極溶解或促進金屬的鈍化，從而抑制金屬的腐蝕。這類防銹劑又稱為鈍化劑，如亞硝酸鈉、重鉻酸鉀等。在使用時，應保證足夠的用量。用量不足時，不能形成完整的氧化物薄膜，在未被遮蓋的很小的金屬表面上，腐蝕電流密度增大，易造成局部腐蝕嚴重。②金屬與防銹劑生成難溶的鹽類，從而使金屬與腐蝕介質隔離，免于銹蝕。例如：磷酸鹽能與鐵作用生成不溶性的磷酸鐵鹽；硅酸鹽能和鐵、鋁作用生成不溶性的硅酸鹽等。③金屬與防銹劑生成難溶性的配合物，覆蓋在金屬表面而保護金屬不被腐蝕。例如：苯并三氮唑與銅能生成螯合物Cu（C6H4N3）2，既不溶于水也不溶于油，因而能保護銅的表面。

（2）油溶性防銹劑　油溶性防銹劑又稱油溶性緩蝕劑。大多數為具有極性基團的長碳鏈有機化合物。其分子中的極性基團依靠電荷作用緊密地吸附在金屬表面上；長碳鏈的非極性基團則向著金屬表面外側，并能和油類互溶在一起，從而使防銹劑分子定向排列在金屬表面，形成吸附性保護膜，使金屬不受水和氧的侵蝕。按基團極性可分為五類：①磺酸鹽類，化學通式為R—SO3。一般使用的是石油磺酸的堿金屬或堿土金屬鹽類，如石油磺酸鋇、石油磺酸鈉、二壬基萘磺酸鋇等。②羧酸及其皂類，化學通式為R—COOH及（R—COO）nMm。防銹劑的羧酸有動植物油的脂肪酸，如硬脂酸、油酸等，另有氧化石油脂、烯基丁二酸等合成的羧酸，還有石油產品環烷酸等。羧酸鹽的極性比相應的羧酸強，故防銹效果較好，但油溶性較小，且遇水會水解，在油中分散時穩定性較差。③酯類，化學通式為RCOOR'。羊毛脂、蜂蠟是天然的酯類化合物，也是較好的金屬防銹劑。多元醇的酯類防銹效果很好，例如，單油酸季戊四醇酯、山梨糖醇酐單油酸酯（司盤-80），都是較好的金屬防銹劑，應用較為廣泛。④胺類，化學通式為R—NH2，例如十八胺等。胺類和有機酸生成的胺鹽或其他復合物，如油酸十八烷胺、硬脂酸環己胺等防銹效果好比單純的胺防銹效果好。⑤硫、氮雜環化合物，包括含硫或含氮的雜環及某些衍生物，均是較好的金屬防銹劑，例如，咪唑啉的烷基磷酸酯鹽、苯并三氮唑和α-巰基苯并噻唑等，其中咪唑啉類可用于黑色金屬與有色金屬防銹，苯并三氮唑等則主要用于銅材等有色金屬防銹。

（3）乳化型防銹劑　乳化型防銹劑分為兩種：一種是油的微粒在水中的懸浮液，即水包油型乳化液，通常呈乳白色；另一種是水的微粒在油中的懸浮液，即油包水型乳化液，通常是透明的或半透明的液體。乳化型防銹劑既具有防銹性能，又具有潤滑性能和冷卻性能，因此常用作金屬切削加工的潤滑冷卻液。乳化型防銹劑中的乳化劑過去常用植物油脂經皂化加工而成，目前則使用油酸三乙醇胺、磺化油或非離子表面活性劑等。為了加強防銹性能，在加水調配成乳化液時，還可加入一定量的水溶性防銹劑，如亞硝酸鈉與碳酸鈉、亞硝酸鈉與三乙醇胺等。此外，為了防止和減緩乳化液發臭變質，還可加入少量防霉劑，如苯酚、五氯酚、苯甲酸鈉等。

1.1.2　非金屬表面處理劑的分類與基本概念

木材、塑料、橡膠等一類材料是熱和電的不良導體。一般非金屬材料的機械性能較差（玻璃鋼除外），但某些非金屬材料可代替金屬材料，是化學工業不可缺少的材料。當然，人們在利用非金屬材料優勢的同時，非金屬材料表面惰性、電絕緣性等又限制了非金屬材料的廣泛應用。因此，依據不同的要求，在使用前對非金屬材料進行相應的表面處理。一般來說，非金屬材料的表面處理方式有以下幾種：

（1）機械處理　用砂紙打磨，去除表面的油污、脫膜劑、增塑劑等，然后涂膠粘接。

（2）物理處理　用電場、火焰等物理手段對被粘物進行表面處理，主要用于非極性高分子材料。

（3）火焰處理　用燃燒的氣體火焰在被粘物表面進行瞬時灼燒，使其表面氧化，得到含碳的極性表面。

（4）放電處理　在真空或惰性氣體環境中，對非金屬材料進行高壓氣體放電處理，使其表面氧化或交聯而產生極性表面，根據不同的裝置可分為電暈、接觸、輝光等放電法。

（5）等離子放電　等離子處理是用無電極的高頻電場連續不斷地提供能量，使等離子室內的氣體分子激化成帶正電離子和電子的等離子體。這些等離子體以幾百至幾千毫升/分鐘的氣流速度碰撞要處理的材料表面，使其生成極性層。

（6）化學處理　非金屬材料的化學處理是用酸、強氧化劑等將其表面的一切油污雜質清除掉，或將非極性表面通過氧化作用生成一層含碳極性物質以增強粘接效果。化學處理法常用的化學試劑有重鉻酸鈉、濃硫酸、表面活性劑、偶聯劑、氫氧化鈉等。可能存在的職業病危害因素有：砂輪磨塵、炭黑塵、重鉻酸鈉、濃硫酸、表面活性劑、偶聯劑、氫氧化鈉、機械噪聲與振動、高頻電磁場、電弧光產生的紫外線、極低頻電磁場等。在實際應用時因選擇的處理方法不同而異。

本書中主要涉及聚四氟乙烯、硅膠、木材的表面處理方法。