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1、表面工程技术的预处理工艺与作业环境 所有表面工程技术在工艺实施之前都必须对材料表面进行预处理，以便提高表面覆层的质量以及覆层与基材的结合强度。表面预处理称为表面调整与净化，而将采取各种加工方式使基材表面达到一定粗糙度的过程称为表面精整。大量实践证明，预处理是表面工程技术能否成功实施的关键因素之一。表面清洁度与表面粗糙度是表面工程技术预处理工艺的两个最重要指标。一方面，表面清洁度过低，不但会影响覆层的完整性、附着力、耐蚀性、装饰性和功能薄膜性能的连续性，严重时甚至不能够实施表面工程技术；另一方面，不同的表面工程技术对零件或制品表面粗糙度的要求也不同。例如，对涂装与热喷涂工艺而言，零件或制品表面需
2、要有一定程度的粗糙度。对于装饰性电镀，一般要求金属表面平整光滑，因为电镀层较薄且透明，粗糙的表面影响制品的美观。对微电子工业中各种功能薄膜的制备来说，要求基片表面达到镜面平整，否则容易损害功能薄膜的连续性。机械性清理借助机械力除去材料表面上的腐蚀产物、油污及其它各种杂物，以获得清洁表面的过程，就称为机械性清理。机械性清理工艺简单，适应性强，清理效果好，适用于除锈(包括氧化皮和其它腐蚀物)、脱脂、除型砂、去泥土和表面粗化等。1.机械磨光和抛光 机械磨光是用粘有磨料的磨光轮对金属表面进行磨削的过程。磨料颗粒直径越大，零件表面越粗糙。因此，除表面状态较好或质量要求不高的零件可一次性磨光以外，一般采用
3、磨粒颗粒直径逐渐减小的几次磨光。在磨光的最后一道工序，常在磨轮上涂上润滑剂进行研磨，以提高金属表面的平滑程度。零件经磨光后表面粗糙度的Ra值可达0.4m。表面工程技术中，抛光是气相沉积技术、离子注入技术、电镀和化学镀技术必须进行的表面预处理工艺。2.滚光和刷光 滚光是将零件放人盛有磨料和化学溶液的滚桶中，借滚桶的旋转使零件与磨料、零件与零件表面相互摩擦，以达到清理零件表面的过程。滚光可以起到除去零件表面少量的油和锈、整平金属表面的作用，使零件获得一定的表面光泽。刷光是用金属丝轮或金属丝刷，在刷光机上或用手工进行刷光的表面清理过程。其目的是为了去掉制件表面上的毛刺、氧化物、残存的油污以及浸蚀后的
4、黑膜等。一般用于小批量零件的表面预处理。3.喷砂或喷丸 喷砂或喷丸，是以压缩空气或机械离心力为动力，将石英砂、铁砂、钢珠或其它硬质材料喷射或抛射材料表面，利用冲击力和摩擦力来清理材料表面的方法。它可以用于去除金属制品表面的毛刺、氧化皮以及铸件表面上的熔渣等，也可用来清理焊接件焊缝处的残留物。喷砂不但可以清理零件表面，使表面粗化，提高涂层与基体的结合力，而且还可以提高金属材料的耐疲劳性能。脱脂 零件或制件表面上通常都存在有油污，多为各种矿物油，如机油、柴油和凡士林等，还可能有少量的动植物油脂。必须去除这些表面油污，才能保证表面工程技术的顺利实施。1.化学脱脂是利用碱与油脂起化学反应来去除材料表面
5、的油污。化学脱脂操作简便、脱脂能力强、安全可靠、易实现自动化。化学脱脂液一般由含一定数量氢氧化钠(烧碱)、碳酸钠(纯碱)、磷酸钠等药剂的水溶液，再加入一定数量的硅酸钠(水玻璃)、OP乳化剂等组成。脱脂液温度一般为6080。将金属零件浸入脱脂液中，经过一定的时间，金属表面的油污即可除掉。2.有机溶剂脱脂 有机溶剂脱脂对金属表面无腐蚀、不需要加温、脱脂速度快、效果好，特别是适合那些碱液清洗难以除净的高粘度、高熔点的矿物油，因此适合于几乎所有表面工程技术的预处理工艺，尤其是油污严重的零件或易被碱性脱脂液腐蚀的金属零件初步脱脂。但该方法脱脂不够彻底，工件表面往往剩余一层油膜，需要用化学或电化学方法进行
6、补充脱脂。溶剂脱脂的工艺包括擦洗、浸洗、喷射清洗(喷淋)、蒸气清洗和超声波清洗等方法。3.水剂脱脂 有机溶剂易燃易爆，有一定毒性，挥发性强，材料消耗多，生产成本高，因此近年来逐渐被水剂清洗所代替。水剂清洗是以水溶液作为清洗液去除待处理表面油污的清洗方法，如乳化液、表面活性剂溶液、清洗剂或金属清洗剂等。水剂清洗液不燃烧、不挥发、不污染空气、生产安全、对人体无害，而脱脂效果好、用量少、价格低，因此在工业中的应用日益广泛。为了脱脂彻底，在金属清洗剂脱脂后，往往还要进行化学脱脂或电化学脱脂。4.电化学脱脂 电化学脱脂液的组成大体上与化学脱脂液相同，但氢氧化钠、碳酸钠、磷酸钠和硅酸钠等的含量一般要低些。
7、在脱脂时，将零件挂在阴极或阳极上，由于电极的极化作用，使油和零件界面的表面张力降低，在电解时，电极上析出的氢气泡或氧气泡对油膜具有强烈的撕裂作用，使油膜变为细小的油珠，气泡上升时的机械搅拌作用又可进一步强化脱脂过程。因此，电化学脱脂比一般的化学脱脂效果好、速度快。化学浸蚀采用酸与金属材料表面的锈、氧化皮及其它腐蚀产物起反应，使其溶解而去除的工艺。与机械清理相比，它具有浸蚀速度快，生产效率高，不受工件形状限制，浸蚀彻底，劳动强度低，操作方便，易于实现机械化、自动化生产等优点。常用于化学浸蚀的酸液有盐酸、硫酸、硝酸、氢氟酞柠檬酸、酒石酸等，其中以盐酸和硫酸应用最多。化学浸蚀由于化学浸蚀在去除锈蚀物
8、的同时，对基体金属表面也有浸蚀作用，为防止金属表面的过腐蚀，在酸液中一般加入少量金属缓蚀剂。锈蚀物去净，应立即将工件取出，用清水冲洗掉余酸，然后，用碱液中和掉零件表面残余的一些酸液，最后还要用水再次清洗掉上述碱液。对于铝和锌等两性金属，浸蚀多采用碱性溶液。化学浸蚀在化学浸蚀液中加入一些惰性填料如白土、硅藻土等，配制成半流动状的稠厚膏体，可用于不便浸泡于酸液槽中的大型零部件的浸蚀，或部件的局部浸蚀。配成的膏体常温涂覆于部件上，厚度约为15mm，经过一定作用时间后检查。对于结构件的立面而言，膏体稠度宜相应调大。化学浸蚀化学浸蚀的另一种特殊方法就是电解浸蚀。作为阳极(称为浸蚀电极)，附木柄以便持取，
9、电极与浸蚀面间以厚布等棉织物隔开。工作时浸蚀零部件接于蓄电池的阴极，浸蚀电极上的布沾以电解浸蚀液。手持浸蚀电极，在通电情况下在锈面上擦拭，对锈面作阴极浸蚀。该法装备简单方便，浸蚀效率高，适合于大型制品的局部浸蚀，尤其是现场浸蚀。化学浸蚀的一般工艺过程脱脂冷水洗(2次)化学浸蚀水洗 中和水洗，水洗后如果不立即进行后续施工，工件应该进行防锈处理。电化学抛光 电化学抛光，又称电解抛光。将工件作为阳极，浸于特定的抛光介质中并通以直流电进行电解，零件表面凸起的波峰部分电流密度较大，溶解较快，而凹入的波谷部分由于受到钝化膜或添加剂的保护而溶解很少或不溶解，因此，零件表面得以整平，产生光泽效果。电化学抛光
10、绝大多数金属都能进行电化学抛光，只要选用不同成分的电解液即可。但电化学抛光成本较高而效率较低，故常常只用于机械抛光后精饰工艺。如纯铝件和不锈钢件，电化学抛光后可以得到镜面光泽。化学抛光 把零件放在合适的化学介质中，利用化学介质对金属表面的尖峰区域溶解速度比凹谷区域溶解速度快得多的特点，实现材料表面的抛光，就称为化学抛光。化学抛光适合复杂形状和各种尺寸的零件，生产效率高。但是介质使用寿命比较短，抛光质量不如电化学抛光。脱脂-浸蚀综合处理 传统的零部件表面脱脂-浸蚀工作步骤多，工艺繁杂；为简化操作步骤，提高工效，近年来发展了脱脂-浸蚀综合处理技术，又称脱脂-浸蚀“一步法”或“二合一”，即脱脂和浸蚀
11、在同一个槽中一次完成，从而节省了生产场地和设备。脱脂-浸蚀综合处理 在金属表面油污和锈蚀均不太严重的情况下，综合处理能充分发挥它的优越性，因此在工业中正得到越来越广泛的应用。综合处理的温度一般不太高，否则缓蚀剂达不到理想的效果，处理方式一般采用浸泡法。局部保护工艺零件的非喷砂表面，可采用机械夹具、胶带、纸带等进行保护；局部涂覆有机或无机涂层零件时，非涂覆面可采用不同形状和规格的纸胶带、塑料、橡胶塞等进行保护；局部电镀或氧化时，非镀覆面可采用涂装、涂蜡或包扎过氯乙烯塑料布等进行绝缘保护。局部保护工艺在不需要热扩渗层的金属表面，也要进行表面保护。例如，需防止渗碳的表面可以电镀或化学镀上一层铜。有些
12、材料在涂覆前还要进行消除应力处理。热喷涂工艺在进行金属喷涂之前要对零件进行预热处理等。2.塑料表面预处理工艺 在涂装技术中，对热固性塑料、ABS、聚苯乙烯、聚丙烯酸等塑料品种而言，只要用溶剂或清洗剂去除污物、油垢、脱膜剂等杂质，就可以得到附着性能很好的涂膜。对于聚烯烃、聚乙烯缩醛等塑料而言，它们与涂膜附着力差。通过表面氧化处理、酸处理、放电处理和紫外线处理，改变其表面的极性，就可以较大幅度地提高涂膜的附着力。3.混凝土表面预处理工艺 混凝土表面涂装的预处理工艺包括：首先要使混凝土充分干燥，使其中水的质量分数降低到8以下，pH值降到9.5以下。然后用清洁布擦净底材上的浮浆与白花，用有机溶剂擦净油
13、污，再用水泥粘浆或合成腻子填平孔穴，修补缺损部分，干后磨平。表面预处理工艺为确保表面层的质量能满足各种使用要求，必须根据不同的基体材料和不同的表面工程技术，合理地进行各种表面预处理工序。要获得理想的表面层，表面准备工序与表面工程技术实施时选择最佳工艺参数具有同等的重要性。表面工程技术的作业环境 许多表面工程技术对作业环境没有特殊要求，只要通风、清洁即可。然而，部分表面工程技术如涂装技术、气相沉积技术和表面微细加工技术对作业环境有特殊的要求。表面工程技术的作业环境 以涂装技术为例。为了在涂装过程中防止飞漆扩散污染环境，损害工人健康，防止火灾等的发生，保证涂装环境的洁净、温度等，涂装一般应在喷漆室
14、内进行。喷漆室内设有空气净化装置，强力排风装置和飞漆捕集装置。有的喷漆室还设有自动灭火装置。一般喷漆室应满足下列要求：1.喷涂时未喷到工件上的飞漆和溶剂应能迅速地排除，并能最大限度地捕集和回收，防止飞漆飞散到车间内污染环境，操作者应能处在飞漆飞散区外新鲜空气流动的地方操作。2.喷漆室内流动的空气、温度与湿度应能满足涂层质量的要求。3.喷漆室应有良好的视野和足够的照度。4.电器设备应符合防爆要求，喷漆室应有方便工人应急时及时撤离的通道和门。气相沉积技术对环境的要求对于气相沉积技术和微细加工技术等用于微电子工业的表面工程技术来说，除工艺的精细化、材料的超纯化、设备的精密化特征外，加工环境的超净化是
15、产品性能和质量的重要保障之一。而要减小玷污引起的缺陷密度，就必须净化空气，洁净加工工具和传输系统，加工过程采用超纯试剂或气体，实现低温热处理以及减少来自加工人员的污染。超净空间环境净化环境的主要措施是净化进入加工空间的空气及避免人员和设备将尘埃带人加工空间。洁净环境主要有洁净室和局部净化区两种形式。净化空气的过程有过滤、驱赶、收集尘埃几个步骤。洁净室按气流方式可分为垂直层流式、水平层流式和乱流式。无论是什么气流方式，洁净室都必须处于正气压下工作，而且收集的部分空气经过滤后将继续使用。超净空间环境局部净化是指在加工空间的某一区域进行净化处理，以便实现局部环境的高度洁净。它一般由净化工作台、净化通道、风淋室等组成。除了环境净化外，使用超纯水、超纯气体与化学试剂也是十分重要的，否则尘粒会夹杂在这些气体或者液体之中，同样达不到工艺要求。