3.6 非鐵金屬材料涂裝前表面預處理
3.6.1 如何進行非鐵金屬表面脫脂？
同鋼鐵材料一樣，非鐵金屬制品在加工、貯運過程中粘附的油污，如不除凈將嚴重影響表面處理質量和涂層的附著力。由于非鐵金屬不像鋼鐵那樣耐強堿腐蝕，發生腐蝕的pH界限值較低，金屬腐蝕的pH值界限見表3-52。因而，宜用有機溶劑或表面活性劑法脫脂。若用堿液脫脂，應選用弱堿配方，非鐵金屬堿液脫脂配方見表3-53。
表3-52 金屬腐蝕的pH值界限
表3-53 非鐵金屬堿液脫脂配方
非鐵金屬的脫脂方法與鋼鐵材料類似，可采用堿液法、表面活性劑法和有機溶劑法進行脫脂，其具體內容參照鋼鐵材料預處理工藝。
3.6.2 如何進行非金屬表面化學除銹？
常用的幾種非金屬表面化學除銹工藝的配方見表3-54。
表3-54 常用的幾種非金屬表面化學除銹工藝的配方
（續）
① 數字為該酸的密度，單位為g/cm3。
3.6.3 鋁及其合金表面預處理包括哪些內容？
鋁在空氣中會形成致密的氧化膜，具有較好的防銹性能，相對于純鋁，鋁合金強度高但防銹性能稍差。且鋁及其合金表面光滑，不利于涂層附著。其加工過程中，也會帶來油污和灰塵，影響附著力。為了提高它們的耐蝕性，需要進行表面預處理和涂裝保護。
脫脂是表面預處理的第一道工序，要注意鋁表面不能用強堿清洗，一般采用有機溶劑和表面活性劑方法脫脂。
除去鋁及鋁合金表面銹蝕等污物時，要盡量不損傷原有完整的氧化膜，所以通常采用細砂紙或研磨膏輕輕打磨表面，必要時，采用竹片除去舊涂膜等污物。應避免使用石墨和含銅、鉛等金屬材料的底漆，因為這些物質在潮濕條件下會與鋁表面發生不良反應，但可使用含鋅的底漆，工業生產中最常用的是鋅鉻黃底漆。對于鋁及鋁合金表面，通常采用氧化方法進行防銹處理，需注意的是化學轉化后表面要在24h內涂上底漆，以免影響涂層的附著力。
3.6.4 鎂合金表面預處理包括哪些內容？
鎂合金密度小，比強度和比剛度高，是重要的航空材料之一，但鎂的化學活性很高，在潮濕和沿海地區很容易遭到腐蝕。鎂合金的天然氧化膜薄而不致密，機械強度也不高，極易被破壞而再次腐蝕，而且其氧化產物為堿性，對有機涂層有較強的破壞作用。所以涂裝前，必須將天然氧化膜全部除去。鎂合金除了表面預處理和涂裝保護外，還需增加封閉處理。
（1）油、銹及污物的清除 首先，刷洗表面的非油性污物，然后根據具體情況采用機械除銹、溶劑、堿脫脂、酸中和等方法，可以單一使用或組合使用。
（2）化學轉化處理 鎂合金的轉化，主要采用化學或電化學氧化法，在其表面形成一層薄而均勻的氧化膜，可以大大提高鎂合金的防銹能力，提高表面的耐蝕性。
（3）封閉處理 鎂合金的化學穩定性較差，尤其是在水汽存在條件下極易腐蝕，所以，在進行了化學轉化處理后，還需要封閉處理。即采用耐久、耐水、柔軟的樹脂進行浸漬，常用的材料是環氧酚醛樹脂液，封閉工藝如下：
1）干燥處理，將工件預熱到100～110℃，保溫10min，以除去微孔中的水分。
2）冷卻至60℃±10℃，浸入環氧酚醛樹脂液中，通過轉動使工件各部分全部粘滿樹脂液，從樹脂液中提出，保持15～30min，至底部不再有多余的樹脂液滴下，放入130℃±5℃烘箱烘烤15min。
3）再次冷卻至60℃±10℃，再浸入到樹脂液中，重復進行封閉操作三次，注意控制封閉膜的厚度，控制在25μm以內。對于大型物體，可以采用噴涂的方式進行封閉操作。
（4）氧化膜的去除 對于鎂合金表面不合格的氧化膜，可用化學方法去除。去膜溶液的配方及操作條件見表3-55。
表3-55 鎂合金表面處理不合格氧化膜去除溶液的配方及操作條件
3.6.5 鎂合金表面脫脂的方法有哪些？
鎂合金表面脫脂方法見表3-56。
表3-56 鎂合金表面脫脂方法
3.6.6 鎂合金表面化學轉化處理方法有哪些？
1.化學氧化法
鎂合金表面化學氧化法以鉻酸鹽酸性氧化法最為常用。常用的化學氧化法及其優缺點見表3-57，常用的鉻酸鹽酸性氧化法的溶液配方及操作條件見表3-58。
表3-57 常用的化學氧化法及其優缺點
表3-58 常用的鉻酸鹽酸性氧化法的溶液配方及操作條件
① 為質量分數。
對鎂合金的鍛造件進行化學氧化，其鉻酸鹽酸性氧化方法的工藝流程為：堿液清洗→冷水洗（去離子水）→鉻酸溶液氧化→在NaCr2O7.2H2O 180g/L和HNO3180g/L溶液中于21～32℃浸泡處理0.5～2min→取出后在空氣中停留5s→冷水淋洗→重鉻酸鹽封閉（在NaCr2O7.2H2O 120～180g/L，CaF2或MgF22.74g/L溶液中于99～100℃浸泡30min）→熱水淋洗。
若處理鎂合金鑄造件，只需在第三步（即鉻酸氧化溶液）中增加NaHF2、KHF2或NH4F215g/L即可，其余各步驟不變。
2.電化學氧化方法
電化學氧化方法又稱陽極氧化方法，其溶液配方及操作條件見表3-59。
表3-59 鎂合金電化學氧化方法的溶液配方及操作條件
① 為質量分數。
其工藝流程為：堿液清洗（選擇合適的清洗溶液，在88～100℃清洗3～10min）→冷水淋洗→陽極氧化→冷水淋洗。
對于不能應用有機物涂飾或以提高耐蝕性為目的的工件，可增加封閉處理作為其最后一個步驟。
3.6.7 鋅及鋅合金表面預處理有哪些內容？
鋅及其合金在工業上的應用主要是各種鍍鋅板和鋅鋁合金，其表面平滑，涂膜附著不牢固。又由于鋅合金壓鑄件疏松多孔，化學穩定性較差，很容易在酸、堿性溶液中腐蝕。鑄件表面存在成分偏析現象，在脫脂、活化時，會使某些偏析相優先溶解，表面產生針孔，破壞鋅面與涂層的結合力。所以，通常要進行表面預處理（轉化），以形成一個防止鋅皂形成的保護膜，增大表面粗糙度值，提高涂層附著力。
（1）油、銹及污物的清除 用磨光、拋光等方法，去除表面的非油性污物，然后用非離子型清洗劑水溶液進行脫脂，并徹底洗凈，不得殘留清洗劑，或用有機溶劑脫脂，但要注意經常更換抹布，以防止重新粘污。隨后使用鋼絲刷和砂布進行除銹，銹蝕嚴重時，可采用輕微噴砂處理。
（2）清除舊漆層 根據舊漆層的實際情況采用砂紙打磨，手工工具處理或用化學、加熱方法去除舊漆層，也可以選擇合適的脫漆劑進行脫漆。
（3）化學轉化處理 鋅及其合金的轉化，主要采用磷化及其后的鈍化。磷化膜的主要成分都是單一的磷酸鋅，磷化迅速，但會致使二次附著力較低。其鈍化膜的質量為1g/m2左右。化學轉化后的表面要在24h內涂上底漆，或涂磷化底漆，以免影響附著力。
（4）有機涂層 通常采用鋅鉻黃作底漆，或使用鋅粉底漆、鉛酸鈣底漆和磷化底漆。避免使用含石墨和鉛、銅等金屬材料的底漆和油性漆，因為這些物質或其產物在潮濕條件下，會與鋅表面發生化學反應，產生針孔，破壞涂層結合力。此外，由于鋅及鋅合金表面疏松多孔，第一道漆應稍作稀釋，一般添加總量10%～20%（質量分數）的稀釋劑，以便更好地封閉這些微孔。
3.6.8 鋅的鈍化處理方法有哪些？
鋅及其合金鈍化處理的方法很多，按其處理溶液的濃度可分為低濃度、中等濃度和高濃度鉻酸鹽鈍化處理三種。
（1）低濃度鉻酸鹽鈍化處理 這種方法的優點是溶液中含鉻量很低，可以節省大量的鉻酐，廢水中含鉻量很少，可以減少廢水處理費用，獲得的鈍化膜的質量與高濃度鉻酸鹽鈍化的質量基本相同。因而實際使用中被廣泛應用。其溶液配方及操作條件見表3-60。
表3-60 鋅及其合金低濃度鈍化溶液配方及操作條件
（2）中等濃度鉻酸鹽鈍化處理 其溶液配方及操作條件見表3-61。
表3-61 鋅及其合金中等濃度鈍化溶液配方及操作條件
（3）高濃度鉻酸鹽鈍化處理 其溶液配方及操作條件見表3-62。
表3-62 鋅及其合金高濃度鈍化溶液配方及操作條件
3.6.9 銅及銅合金的表面預處理包括哪些內容？
1.化學氧化
銅及其合金經氧化處理能在表面生成一層薄而致密、與基體結合形成牢固的氧化膜。這種氧化膜在濕度不大的大氣中具有良好的穩定性，也是有機涂膜的良好底層，可以提高涂層的耐蝕性。
2.電化學氧化
電化學氧化的溶液組成及操作條件見表3-63。
表3-63 電化學氧化的溶液組成及操作條件
實際操作時，應注意以下事項：
1）重新配制的溶液應當用銅陽極處理至淺綠色，才能進行氧化處理。
2）溶液中氫氧化鈉的濃度和氧化溫度應控制在規定范圍的上限。
3）氧化處理所需的時間應根據電解處理的實際情況來確定。
4）在氧化處理前應先預熱2～5min，然后在0.3～0.5A/dm2的電流密度下處理10～20min，再將電流密度調至規定范圍的上限，繼續處理3～5min后，才能進行氧化處理。
3.氧化膜的去除
經過氧化處理的工件，對于不合格的氧化膜可以使用下列溶液去除：
1）質量分數為10%的硫酸溶液。
2）質量分數為10%的鹽酸溶液。
3）鉻酐30～90g/L和硫酸15～30g/L的混合溶液。
實際使用時，可以根據實際情況合理選擇。
4.鈍化處理
銅合金也可以在鉻酸或重鉻酸鹽溶液中鈍化處理，形成鈍化膜，提高其防護能力。銅及其合金鈍化溶液的配方及操作條件見表3-64。
表3-64 銅及其合金鈍化溶液的配方及操作條件
對于不合理的鈍化膜，可以用下列溶液去除。
1）質量分數為10%的硫酸溶液。
2）質量分數為10%的鹽酸溶液。
3）200～400g/L的氫氧化鈉溶液。
3.6.10 銅及銅合金化學氧化方法有哪些？
銅及其合金可以在含氧化劑的堿溶液中或銅氨溶液中化學氧化，也可以在堿性溶液中陽極氧化。
1.銅氨溶液處理
銅氨化學氧化溶液的配方和操作條件見表3-65。
表3-65 銅氨化學氧化溶液的配方及操作條件
① 為質量分數。
為了保證銅合金表面的氧化膜質量，銅合金工件氧化前應進行表面預處理。其處理溶液的配方及操作條件見表3-66。
表3-66 黃銅氧化預處理溶液的配方及操作條件
同時，為了提高氧化膜的質量，應注意：①氧化時使用的家具不可使用純銅制造，應用鋁、鋼、黃銅制造；②氧化處理的時間應合理控制；③氧化后的工件應清洗干凈，并在100～110℃下烘干30min。
2.過硫酸鹽堿性溶液氧化處理
過硫酸鹽堿性溶液氧化處理的溶液配方和操作條件見表3-67。
為了提高銅合金表面處理氧化膜的質量，應注意以下事項：
1）純銅工件可以直接在上述溶液中進行氧化處理。而銅合金則應先鍍上3～5μm的銅層后再進行處理。
2）氧化處理時，應控制好溶液的組分和濃度。
3）合理控制溶液的溫度。
4）在氧化過程中，應不斷攪拌。
5）氧化后的工件應清洗干凈并烘干處理。
表3-67 過硫酸鹽堿性溶液氧化處理的溶液配方及操作條件
3.6.11 怎樣定量評定表面可視清潔度？
鋼材表面的可視清潔度主要指其表面銹蝕、氧化皮等的清潔狀況。其定量評定方法一般有兩種：
1）第一種方法是利用氧化皮和鐵電阻不同的特點，采用電阻測量儀測定處理后的表面與探頭（直徑1mm的球形筆狀電極）之間的過渡電阻，通過各點的平均值判斷表面清潔度。
2）第二種方法為硫酸銅法，其內容是將硫酸銅溶液刷在處理后的鋼板表面，除銹完全的部分呈金屬銅的顏色，而大于0.5mm殘留氧化皮的部分呈暗色，從而判斷表面的清潔程度。
還可利用帶有藍色過濾器的光線反射測量儀進行表面清潔度。為了能正確、方便地評定鋼材在除銹之后的表面處理質量，我國有相應的國家標準GB/T 8923.1—2011、GB/T 8923.2—2008和GB/T 8923.3—2009。
3.6.12 怎樣評定二次除銹表面的可視清潔度？
為了能正確評定二次除銹的質量等級，全國船舶標準化技術委員會發布了標準CB/T 3230—2011《船體二次除銹評定等級》。
該項船舶專業標準將二次除銹前鋼材表面狀態分為三類（即：W—涂有車間底漆的鋼材經焊接作業后，重新銹蝕的表面；F—涂有車間底漆的鋼材經火工矯正后，重新銹蝕的表面；R—涂有車間底漆的鋼材，因暴露或擦傷而重新銹蝕，或附有白色鋅鹽的表面），然后根據以不同方式除銹之后鋼材表面清潔程度，將二次除銹質量分為若干等級。其質量等級對應關系見表3-68。
表3-68 二次除銹質量等級對應關系
3.6.13 怎樣評定鋼材的表面粗糙度？
為了定量地描述和比較噴射除銹后鋼材表面的粗糙特性，我國制定了GB/T 13288—1991《涂裝前鋼材表面粗糙度等級的評定（比較樣塊法）》。
表面粗糙度基準樣塊由四個具有不同粗糙度的部分組合而成，其值和誤差見表3-69。
表3-69 ISO比較樣塊各部分表面粗糙度
注：1.表中G樣塊為噴射棱角砂類磨料而獲得的表面粗糙特征的樣塊。
2.S樣塊為噴射丸類磨料而獲得的表面粗糙特征的樣塊。
3.粗糙度參數Ry是根據ISO 8503—4用觸針法測量的粗糙度參數，Ry系指“最大峰-谷”高度。
3.6.14 如何劃分表面粗糙度等級？
表面粗糙度等級劃分見表3-70。
表3-70 表面粗糙度等級劃分
3.6.15 表面粗糙度的評定步驟是什么？
1）清除被測工件表面的浮灰和碎屑。
2）根據所用磨料的類型，選擇比較樣塊G或S的四個部分依次進行對比，必要時可使用放大倍數不大于7倍的放大鏡觀察。
3）按表3-70所示的定義確定其等級。
除上述方法外，還可直接采用數字式表面輪廓儀、帶有探針和千分尺的測量儀或彈簧測微計直接測量，或截取樣塊后用顯微鏡直接觀察。
3.6.16 怎樣進行鋼材表面可溶性鹽分和灰塵的評定？
鋼材表面存在灰塵，對于其涂層的質量有一定的影響；鋼鐵件經過除銹處理以后，表面還會殘存無色的鐵鹽、氯化物等可溶性鹽，這些可溶性鹽在腐蝕坑的底部會破壞基體與涂層的結合。為了更好地檢測和評定其清潔程度，國際標準ISO8502給出了一系列檢測鋼材表面可溶性鹽和灰塵的評定。
（1）可溶性鹽的評定 對經過噴射除銹后的鋼材表面殘留的可溶性鐵鹽的檢測方法及其評定結果可參照ISO 8502—1-2001標準。對存在于已除過銹的鋼材表面上可溶性氯化物的檢測方法可參照ISO 8502—2-2005標準。
（2）灰塵的評定 鋼材表面灰塵粘污程度的檢測方法及其評定標準可參照ISO 8503—3-1992標準。該標準把鋼材表面灰塵顆粒大小和灰塵粘污程度分別分為6個等級。