2.3 浸蝕

2.3.1 什么是浸蝕？

浸蝕是將金屬工件浸入到酸、酸性鹽或緩蝕劑等溶液中，以除去金屬表面的氧化膜、氧化皮和銹蝕產(chǎn)物的過程。根據(jù)浸蝕方法的不同，可分為化學浸蝕和電化學浸蝕。依靠浸蝕液的化學作用將金屬表面的銹蝕和氧化物除去的方法，稱為化學浸蝕，也稱酸洗。將被浸蝕工件浸入到浸蝕液中，并通以直流電的浸蝕方法，稱為電化學浸蝕。

根據(jù)浸蝕的強度和用途又可分為強浸蝕、一般浸蝕、弱浸蝕和光亮浸蝕等。

（1）強浸蝕 強浸蝕采用的酸濃度比較高，它能溶去表面較厚的氧化皮和不良表面組織、碳層、硬化表層和疏松層等，達到粗化表面的目的。

（2）一般浸蝕 能除去金屬工件表面的氧化皮和銹蝕產(chǎn)物。

（3）弱浸蝕 可溶解工件表面上的鈍化薄膜，中和殘堿，使表面活化，提高鍍層與基體金屬的結合強度。

（4）光亮浸蝕 能溶解金屬工件上的薄層氧化膜，去除浸蝕殘渣和掛灰，提高工件的光澤。光亮浸蝕和化學拋光沒有嚴格的界限，僅在光亮程度上有所區(qū)別，化學拋光的要求更高一些，通常所用的化學拋光溶液都可用于光亮浸蝕。

2.3.2 常用的浸蝕劑有哪些？

常用的浸蝕劑有硫酸、鹽酸、硝酸、磷酸、氫氟酸、鉻酐以及它們的混合物等。

（1）硫酸 常溫下，硫酸對金屬氧化物的溶解能力較弱，即使提高硫酸溶液的濃度，也不能顯著提高硫酸溶液的浸蝕能力，且其質量分數(shù)達到60%以上時，對氧化皮幾乎不溶解。熱硫酸溶液對鋼鐵的浸蝕能力較強，對氧化皮有較大的剝離作用，但溫度過高時容易浸蝕鋼鐵基體，并引起氫脆。因此，對于鋼鐵件通常使用的最佳質量分數(shù)為25%，一般加熱到50～60℃。

（2）鹽酸 在常溫下，鹽酸對金屬氧化物有很強的化學溶解作用，能有效地浸蝕多種金屬，但對鋼鐵基體的溶解作用比較緩慢。因此，使用鹽酸浸蝕鋼鐵工件不易發(fā)生過腐蝕和氫脆現(xiàn)象，浸蝕后的工件表面殘渣也比較少，浸蝕質量較高。鹽酸體積分數(shù)增加時去除銹蝕的能力也隨之增加，但如果鹽酸體積分數(shù)超過20%時，對基體的溶解度迅速增加，比對氧化物的溶解速度要大得多。通常使用鹽酸的體積分數(shù)一般為20%～60%。

（3）硝酸 硝酸是多種光亮浸蝕液的重要組成部分。低碳鋼在硝酸溶液中被強烈溶解，浸蝕后的表面潔凈而均勻。中、高碳鋼和低合金鋼在上述溶液中浸蝕后，表面殘渣較多，需在堿液中進行陽極處理，才能獲得均勻、潔凈的表面。

（4）磷酸 常用作鋼鐵焊接件和組合件涂裝前去除銹蝕。磷酸浸蝕溶液一般都需要加熱，在80℃時用于鋼鐵件除銹。磷酸與硝酸、硫酸、醋酸或鉻酸混合，可用于鋼鐵、鋁、銅等金屬的光澤浸蝕。磷酸浸蝕液浸蝕后殘留在工件表面的少量溶液，能轉變?yōu)椴蝗苄粤姿猁}保護膜。

（5）氫氟酸 氫氟酸可用于鑄件和不銹鋼等特殊材料的浸蝕。質量分數(shù)為10%左右的氫氟酸對鎂及鎂合金的腐蝕比較緩慢，所以也可以用作鎂合金的浸蝕。但氫氟酸有劇毒，且揮發(fā)性很強，使用時要嚴防氫氟酸和氟化氫氣體與人體皮膚接觸，通風要良好。

（6）鉻酐 鉻酐溶液具有很強的氧化能力和鈍化能力，但對金屬氧化物的溶解能力比較低。多用于消除浸蝕殘渣和浸蝕后的鈍化處理。鉻酐有較大的毒性，能灼傷皮膚。

（7）混合物 硝酸和氫氟酸的混合液被用來去除不銹鋼、鉛、鐵基和鎳基及鈦、鋯以及某些鈷基合金上的熱處理氧化皮。但純硝酸卻能使不銹鋼和耐熱鋼等鈍化。通常硝酸和硫酸的混合溶液用作銅和銅合金的光亮浸蝕。

2.3.3 什么是緩蝕劑？

在浸蝕液中加入緩蝕劑，可以防止基體金屬過腐蝕，并可減少氫脆。其作用機理是：由于緩蝕劑能吸附在暴露的金屬活性表面上，提高了析氫的過電位，從而減緩了金屬的腐蝕。但緩蝕劑一般不能被金屬的氧化物吸附，不影響氧化物的溶解。有些緩蝕劑（如苦丁等）在金屬表面上吸附的比較牢固，清洗時不易洗凈，則會影響鍍層的結合力或抑制氧化和磷化等反應的進行，因此，浸蝕后的金屬工件應認真清洗。

緩蝕劑的種類很多，一般都是具有不同結構的有機化合物。常用的緩蝕劑有磺化動物蛋白、皂角浸出液、苦丁、硫脲、硫胺、六次甲基四胺（常用于鹽酸浸蝕液）及氯化亞錫等。目前從天然蛋白質、明膠、魚粉、棉餅水解物制成的緩蝕劑，對碳鋼在硫酸中的浸蝕具有良好的緩蝕作用。

2.3.4 什么是電化學浸蝕？

電化學浸蝕是將待處理的金屬材料放置于浸蝕液中，以金屬材料作為陽極或陰極，并通以直流電源，利用電解作用除去材料表面的氧化皮和其他腐蝕產(chǎn)物的過程。電化學浸蝕主要應用于鋼鐵材料，對非鐵金屬使用較少。電化學浸蝕的優(yōu)點是浸蝕速度較快，浸蝕液消耗量少，而且使用壽命較長。但是電化學浸蝕需要消耗電能，對形狀較復雜的工件，因浸蝕液的濃度低和分散能力不足，浸蝕效果相對較差。對于氧化層較厚且致密的工件，應先進行化學浸蝕，待氧化皮疏松后再進行電化學浸蝕。

2.3.5 電化學浸蝕有哪些種類？

電化學浸蝕可以分為陽極浸蝕和陰極浸蝕兩種方法。陽極浸蝕是將金屬工件在陽極上進行加工，并依靠金屬的電化學溶解以及金屬表面析出的氧氣泡所產(chǎn)生的機械剝離作用，去除工件表面的氧化皮。陽極浸蝕的優(yōu)點是不會發(fā)生滲氫現(xiàn)象使金屬基體發(fā)生氫脆，但浸蝕速度較陰極浸蝕慢一些，有可能引起金屬基體的過度腐蝕。對于形狀復雜、尺寸較小并且精度要求較高的工件，不宜采用陽極浸蝕。陰極浸蝕是將金屬工件在陰極上進行加工，并依靠電極上析出的大量氫氣泡對附著在金屬表面的氧化皮產(chǎn)生的機械剝離作用，以及原子態(tài)的氫將氧化皮中的金屬離子還原為金屬原子的還原作用，去除工件表面的氧化皮，陰極浸蝕中不存在電化學溶解。陰極浸蝕最大的優(yōu)點是效率高，并且金屬基體不會發(fā)生溶解，因此不改變工件尺寸。但可能會發(fā)生滲氫現(xiàn)象使金屬基體發(fā)生氫脆，同時溶液中的一些金屬雜質會附著在金屬表面，對后續(xù)的化學鍍等表面處理產(chǎn)生不利影響。

2.3.6 什么是陰極一陽極聯(lián)合電化學浸蝕？

為了克服單一浸蝕方法的不足之處，常采用陰極-陽極聯(lián)合電化學浸蝕法，即先進行較長時間陰極浸蝕后再進行短時間的陽極浸蝕。這樣不僅利用了陰極浸蝕效率高的特點，而且不會因為金屬基體發(fā)生溶解而改變工件尺寸和精度。而轉為陽極浸蝕后，不但可以將陰極浸蝕過程中沉積在工件表面上的雜質除去，還可以消除陰極浸蝕過程中產(chǎn)生的滲氫現(xiàn)象，減輕氫脆。陽極浸蝕時間較短，可以避免工件的過度腐蝕，達到最佳處理效果。

2.3.7 鋼鐵工件的化學浸蝕工藝有哪些？

鋼鐵工件的化學浸蝕工藝如表2-36所示。

表2-36 鋼鐵工件的化學浸蝕工藝

注：工藝1、2為一般有氧化皮的鋼鐵鐵酸洗工藝；工藝3、4為鑄鐵酸洗工藝，浸蝕前零件應噴砂或滾光，要求工藝4酸洗至粘的砂除凈；工藝5、6為合金鋼工藝；工藝7為表面光澤少銹并有氧化皮的碳鋼及有氧化皮的彈簧或高強度拉力鋼酸洗工藝；工藝8為有氧化皮的中高碳鋼、低合金鋼酸洗工藝；工藝9為有氧化皮的低碳鋼酸洗工藝；工藝10為經(jīng)熱處理（淬火）后的厚氧化皮鋼鐵件酸洗工藝；工藝11、12為有黑皮的鋼鐵件酸洗工藝；工藝13為有黑皮的一般鋼鐵件或沖壓件酸洗工藝；工藝14～16為光亮浸蝕酸洗工藝，可用于有氧化皮的低碳鋼、厚氧化皮的零件、厚氧化皮的中高碳鋼冷壓加工件（其中工藝15為低、中高碳鋼材料使用）；工藝17為各種鋼鐵件酸洗工藝；工藝18為含錳較高的彈簧鋼酸洗工藝；工藝19為含硅量高的彈簧鋼酸洗工藝；工藝20為含硫磷易切削鋼酸洗工藝。工藝17～20為弱浸蝕。

2.3.8 鋼鐵工件的電化學浸蝕工藝有哪些？

鋼鐵工件的電化學浸蝕工藝如表2-37所示。

表2-37 鋼鐵工件的電化學浸蝕工藝

2.3.9 鈦、鎢、鉻等金屬及其合金的電化學浸蝕工藝有哪些？

鈦、鎢、鉻等金屬及其合金的電化學浸蝕工藝如表2-38所示。

表2-38 鈦、鎢、鉻等金屬及其合金的電化學浸蝕工藝

注：工藝1、2操作方法：先化學浸蝕10～15min，再接上交流電，在40V、2A/dm²下持續(xù)10min；工藝2為6Al-4V鈦合金上鍍鎳鉻；工藝3的陰極為碳棒或鎳、鋼、鉛，先在5.4A/dm²以上的電流密度下處理至局部浸蝕停止（以氣泡停止析出為難），再在5.4A/dm²下持續(xù)15～30min，適用范圍為鈍鈦、4Al-4Mn鈦合金上氰化預鍍銅后鍍銅、鎘、銀、鎳；在用工藝5處理后，需在H₂SO₄=100g/L的硫酸溶液中浸10min；用工藝9時，先在2A/dm²下陽極浸蝕10min，再在20A/dm²下鈍化2min，最后在20A/dm²下陰極活化2～3s（該法結合力好）。

2.3.10 不銹鋼和耐熱鋼的浸蝕工藝有哪些？

熱處理后的不銹鋼和耐熱鋼表面有一層致密難溶的氧化皮，氧化皮中含有氧化鉻、氧化鎳及氧化鐵鉻。為去除氧化皮并防止基體金屬腐蝕，不銹鋼及耐熱鋼的浸蝕，包括浸蝕前松動氧化皮處理，浸蝕處理及后續(xù)清除掛灰及浸蝕殘渣等工序。不銹鋼及耐熱鋼浸蝕工藝如表2-39所示。

表2-39 不銹鋼及耐熱鋼浸蝕工藝

注：工藝5、6，以鹽酸為主要浸蝕劑，加入少量硫酸以提高其浸蝕能力，對基體腐蝕緩慢，常用于預浸蝕；工藝7比工藝6含硫酸量高，且加溫，浸蝕效率高。工藝5、6、7適用于馬氏體型不銹鋼；工藝8為HNO₃-HF型，對氧化皮有很強的溶解能力，而對基體腐蝕小；工藝9，用于精密零件的浸蝕；工藝10為HN0₃-HF-HC1型，用于氧化皮較厚的不銹鋼和耐熱鋼零件的浸蝕，光亮浸蝕，適當調(diào)整三酸的濃度可以得到一定的拋光效果；工藝8、9、10適用于奧氏體型不銹鋼。

2.3.11 銅和銅合金工件的浸蝕工藝有哪些？

銅及銅合金工件的浸蝕工藝包括一般浸蝕、光亮浸蝕和弱浸蝕工序，其工藝分別如表2-40～表2-42所示。

表2-40 銅及銅合金工件一般浸蝕工藝

注：工藝1～3為一般銅和銅合金零件酸洗工藝；工藝4為薄壁銅材酸洗工藝，工藝5為鈹青銅酸洗工藝；工藝6為銅鑄件酸洗工藝。

表2-41 銅及銅合金工件光亮浸蝕工藝

注：工藝7～9為銅和一般銅合金零件光亮浸蝕工藝；工藝10為銅、黃銅光亮浸蝕工藝；工藝11為銅、黃銅、低錫青銅、磷青銅光亮浸蝕工藝；工藝12為銅、黃銅、銅-鋅-鎳合金光亮浸蝕工藝。

表2-42 銅及銅合金工件弱浸蝕工藝

注：工藝13為銅、鈹青銅浸蝕工藝；工藝14為錫青銅浸蝕工藝；工藝15、16為薄壁銅件、銅零件浸蝕工藝。

2.3.12 鎂和鎂合金工件化學浸蝕工藝有哪些？

鎂和鎂合金工件化學浸蝕工藝如表2-43所示。

表2-43 鎂和鎂合金工件化學浸蝕工藝

注：1．工藝1-9為一般浸蝕；工藝10～11為弱浸蝕；工藝12為活化。

2．工藝1為一般鎂及鎂合金浸蝕或去除氧化膜；工藝2為鑄造毛坯浸蝕工藝，在工藝2溶液中浸蝕時，反應極為劇烈，必須嚴格控制溶液的濃度、溫度和浸蝕時間，硝酸用量不得超過30mL/L，否則容易引起零件尺寸超差和起火；工藝3用于消除變形鎂合金表面潤滑劑的燃燒殘渣；工藝4去除舊氧化皮時，還需用質量分數(shù)為5%—15%的鉻酐溶液中和；工藝5為含硅的鎂合金浸蝕工藝；工藝6為含鋁高的鎂合金浸蝕工藝；工藝7為精密零件浸蝕工藝；工藝8為一般零件浸蝕工藝；工藝9為一般鎂合金化學鍍鎳前的浸蝕；工藝10為鎂及鎂合金化學鍍鎳前弱浸蝕；工藝II為含鋁高的鎂合金化學鍍鎳前弱浸蝕；工藝12為鎂的鎂合金浸蝕后的活化。

3．浸蝕后的零件，應迅速進行氧化處理或鍍前浸金屬處理，否則極易發(fā)生腐蝕。

4．最好用鎂合金或鋁鎂合金制造浸蝕用掛具、盛具，并用絕緣材料隔離掛具與零件以免產(chǎn)生電化學腐蝕。

2.3.13 鋁及鋁合金工件的化學浸蝕工藝有哪些？

鋁及鋁合金工件化學浸蝕工藝如表2-44所示。

表2-44 鋁及鋁合金工件化學浸蝕工藝

2.3.14 鋅及鋅合金工件的浸蝕工藝有哪些？

鋅及鋅合金工件化學浸蝕工藝如表2-45所示。

表2-45 鋅及鋅合金工件化學浸蝕工藝

①為除去黃膜可在碳酸鈉或8g/L硫酸溶液中浸漬。

②零件浸漬1min并清洗，若表面有不鮮明的黃銅色澤，可在10%～70%（質量分數(shù)）鉻酐溶液中，于室溫下浸漬1min去除。

2.3.15 鋅、鎘及其合金的浸蝕工藝有哪些？

鋅、鎘及其合金的浸蝕工藝如表2-46所示。

表2-46 鋅、鎘及其合金的浸蝕工藝

注：1.工藝1、2為一般浸蝕；工藝3～8為光亮浸蝕；工藝9～10為弱浸蝕。

2.工藝6在零件浸蝕1min并清洗后，若表面有不鮮明的黃銅色澤，可在質量分數(shù)10%～20%的鉻酐溶液中，于室溫下浸漬1min去除，工藝7在浸蝕后出現(xiàn)黃膜，應于碳酸鈉或8g/L硫酸溶液中去除。

2.3.16 鉛、錫及其合金的浸蝕工藝有哪些？

鉛、錫及其合金的浸蝕工藝如表2-47所示。

表2-47 鉛、錫及其合金的浸蝕工藝

2.3.17 鈦、鎢及其合金的浸蝕工藝有哪些？

鈦、鎢及其合金的浸蝕工藝如表2-48所示。

表2-48 鈦、鎢及其合金的浸蝕工藝

注：工藝1作為工藝2、3的預浸濁。

2.3.18 一步脫脂浸蝕工藝有哪些？

當工件表面油污不太嚴重時，為簡化工序，減少設備，可采用乳化能力較強的乳化劑直接和浸蝕劑配合使用，把脫脂浸蝕工序合并在一起進行。鋼鐵工件脫脂-浸蝕一步法的工藝如表2-49所示。

表2-49 鋼鐵工件脫脂-浸蝕一步法的工藝

①OP₁₀乳化劑也可用平平加代替。

2.3.19 為什么工件要進行鈍化處理？鈍化處理工藝有哪些？

經(jīng)過脫脂浸蝕后的工件，表面活性較高，很容易生銹腐蝕。若浸蝕后不能立即進行化學鍍或其下道工序時，應進行工序間緩蝕處理，即鈍化處理，來達到防止生銹的目的。鋼、銅及銅合金鈍化處理工藝如表2-50所示。

表2-50 鋼、銅及銅合金鈍化處理工藝條件

（續(xù)）

注：經(jīng)工藝1、2處理后的鋼鐵零件，不進行水洗，直接用壓縮空氣吹干，然后烘干。但在電鍍前需要進行弱浸蝕，以去除鈍化膜。