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怎么完成涂塑钢管预化学处理?

    钢管涂塑前的表面化学处理工艺,一般包括除油、除锈、磷化、钝化及综合处理等。在化学处理工艺的主要工序之间,还必须增加中和、水洗、脱水干燥等辅助工序,构成完整的涂前处理工艺流程。此外,由于废酸等污染物的排放将造成环境污染,因而需要建立相应的环境保护设施。

    化学除油是利用碱溶液、清洗液或除油溶剂,通过对油污的皂化作用、乳化作用或溶解作用去除油污。
    常用的清洗液有:水剂清洗液、碱液、溶剂汽油、航空汽油、煤油、柴油、酒精、二甲苯、三氯乙烯、二氯乙烷和三氯三氟乙烷等。传统工艺中使用的是汽油和碱液,但目前越来越多地使用水剂清洗液。若从清洗力、稳定性、缓蚀性和使用的安全性来评价,则以三氯三氟乙烷为最好。
    水剂清洗液是以清洗剂起主要清洗作用的水溶液,清洗剂占总量的4%以下,其余为水。清洗剂主要是非离子表面活性剂,目前国内已使用的有:TX一10, 6501,6503, 105, 6b4, SP一I,平平加,三乙醇胺油酸皂,741, 771, liD一2等型号的清洗剂。
    水剂清洗液的特点是清洗力强,工艺简单,能适应多种清洗方法,有较好的稳定性和缓蚀性,无毒,不燃烧,使用安全和成本低廉。缺点是泡沫多,喷洗性差,导电率低,一般需要加热使用。清洗力的大小是基于清洗剂分子对金属表面油脂污垢的润湿作用、增溶作用、乳化作用和分散作用,但清洗剂对不同金属材料和不同性质的油脂污垢的去除效果不一,需要综合选用才能达到清洗时间短和清洗质量好的目的。
    除油溶剂有.:汽油、松香水、松节油、二甲苯、三氯乙烯、三氯三氟乙烯、二氯乙烷等。其中有代表性的是三氯乙烯,它除用作溶剂液相除油外,更主要的是用作溶剂蒸气除油(即气相除油)。
    三氯乙烯和三氯三氟乙烯的除油效果均超过汽油,特别是气相清洗时,金属表面始终与气态冷凝的溶剂接触,所以清洁度很高。二氯三氟乙烯比三氯乙烯更安全,蒸气密度大,沸点低,蒸发潜热小,节省能源,缩短清洗时问,渗透力强。
    碱溶液一般以氢氧化钠为主,在大多数情况下可与碳酸钠、磷酸三钠、水玻璃等棍合使用,混合使用的效果相对较好。
    碱溶液各组分的作用如下:
    (1}氢氧化钠(NaOH ):有很强的皂化能力,能与皂化油类发生皂化反应。提高氢氧化钠的含量虽然可以加强皂化作用,但过高的含量会使皂化反应所生成的肥皂难以溶解,对除油不利,所以,除油碱溶液中的氢氧化钠浓度一般不超过100g/ L,;
    (2}碳酸钠(NaxC03)属弱碱,其水溶液在吸收空气中的CO:后,能部分转变为碳酸氢钠,对碱溶液的PH值有良好的缓冲作用。
    (3)磷酸三钠(NasPOa ' 12Hz0):属弱碱,除具有碳酸钠的作用外,还是一种乳化剂。其溶解度大、洗涤性好、能把水玻璃从钢管表面清洗掉,但易生微生物,废水排放受一定限制。
    (4)水玻璃(硅酸钠):属弱碱,有较强的乳化能力和一定的皂化能力,但容易粘附在钢管壁上,不易清洗掉。现多用表面活性剂代替。
    (5)乳化剂(OP一10):能显著降低油污与钢管壁之间的表面张力,除油效果明显,但不易从钢管壁上清洗掉。使用时必须加强清洗工作,添加量为1一3g/ Lo
    碱溶液除油的使用方法主要是浸洗和压力喷射,溶液温度so -. }o} U喷射方法适用于大批量生产、流水线作业,碱溶液浓度较小,喷射压力196kPa,除油效果较好。
    经碱溶液除油的钢管要彻底清洗,防止碱液残留在钢管表面,以免破坏塑膜涂层。
    化学除油一般在溶液加热槽中进行,适当提高溶液温度可以加速皂化反应和皂化物的溶解度,加快溶液循环速度,减少油污与管壁之间的表面张力,增强乳化效果。但温度太高会使溶液蒸发加快,污染环境,增加成本。为加快除油速度,可抖动钢管或搅拌溶液。
    酸洗除锈也称化学除锈,是借助盐酸或硫酸的化学溶解和机械剥离作用来清除钢管表面上的氧化皮和锈迹。钢管表面酸洗除锈的要求是无氧化皮和锈迹,无油污、化学污物及枯附的尘土等,表面有一定的粗糙度。酸洗除锈用酸有硫酸、盐酸、磷酸、硝酸、铬酸、氢氟酸和混合酸,最常用的是硫酸和盐酸。2.!基本原理2. 1. 1化学溶解作用
    钢管表面的氧化层(氧化皮)在酸溶液中具有溶解作用。在硫酸溶液中酸洗时,同时进行着以下化学反应
      Fe0+HxSO,TFeSOa+Hz0
    FezO,+3 HzSOa} Fez ( SOa ) a+3Hz0
    Fe30a+4HzS0a} Fez ( SOa ) s+FeSOa +4Hz0
    在盐酸中进行的是以下化学反应
    Fe0+2HCl}FeClz+I1z0
    Fe203+6HC1}2FeC13+3Hz0
    FesOa+8HC1}2FeC13+FeClz +4Hz0
    通过上述化学反应,使得氧化皮溶解于溶液中,但这个作用不太强,尤其是在硫酸溶液中。2.1.2机械剥离作用
    在酸洗过程中,酸液会从金属表面氧化层的缝隙中渗透到基体,并与基体发生如下化学反应
    Fe+Hz50a=FeSOa+Hz T或H`e+2HC1二FeClz+Hz卞
    在氧化层与金属基体之间析出的氢气泡产生很大的压应力,足以把氧化层顶裂,达到除锈目
的。这种除锈与机械剥离相似。2. 1. 3氧化还原作用
    金属表面氧化层中的氧化亚铁(Fe0)很容易溶解,但Fe}O。与FexO:却较难溶解,然而在基体与氧化层之间析出的氢具有还原高价铁的能力,其化学反应式如下
    Fe31J4+Hz}3Fe0+Hx0
    Fez03+Ha}2Fe0+HzU
    于是难溶的三价铁的氧化物就转变成易溶的二价铁氧化物,从而加快了除锈速度:    硫酸的浓度对酸洗除锈速度有较大的影响,当其浓度在25%以下时,增加浓度可以提高酸洗除锈速度;但超过25%时,随着浓度的增加,硫酸对氧化铁的溶解能力不断下降,当浓度达到60%时,由于钢铁在浓硫酸中发生钝化现象,酸洗将根本不能进行。所以,在实际生产中一般采用约20%浓度的硫酸溶液。
    盐酸浓度对酸洗除锈速度的影响是,随着盐酸浓度的增加,酸洗除锈速度也加快,但当浓度超过18%时,盐酸对金属基体的溶解速度将显著增加,且浓度过高时挥发加大。所以,实际生产中一般采用10%左右浓度的盐酸溶液进行酸洗。
    为了加快酸洗除锈速度和增强酸洗效果,有的厂家也采用10%一巧%浓度的硫酸和5%10%浓度的盐酸混合溶液对钢管进行清洗。这种混合溶液发挥了两种酸液各自的优点,缩短了酸洗时间。
    提高硫酸溶液的温度,可以增加溶液的活性、加快酸洗除锈速度。但当温度超过}o℃时,溶液对钢管金属基体的腐蚀速度加快,伴随基体的溶解,金属氢脆倾向增大。所以,实际生产中硫酸酸洗溶液的温度不超过bo}c。
    提高盐酸溶液的温度也可提高溶液的活性,但不显著。提高温度时,盐酸的挥发性增强,所产生的酸雾污染环境,所以用盐酸酸洗时一般都在室温下进行。23硫酸与盐酸的酸洗效果比较
    在硫酸酸洗过程中,硫酸铁在硫酸中溶解度较小,硫酸酸洗的化学溶解主要是对金属氧化层中氧化亚铁的溶解,三价铁的氧化物主要是靠机械剥离来完成。硫酸酸洗对金属基体的溶解度大,氢脆影响明显,除锈速度较慢,酸洗后金属表面较黑。
    在盐酸酸洗中,盐酸对二价铁和三价铁氧化物的溶解度较大,氧化皮可以得到较完全的溶解,所以盐酸酸洗主要是靠化学溶解来完成。盐酸酸洗对金属基体的溶解度小,氢脆影响较小,除锈速度快,酸洗后金属表面十净二适用于氧化铁皮较厚的钢管酸洗。
    为了改善酸洗处理环境,缩短酸洗时间,提高酸洗质量,防止产生过蚀和氢脆以及减少酸雾,叮在酸洗液中加人各种酸洗助剂,如缓蚀剂、润湿剂、消泡剂和增厚剂等。
    缓蚀剂的品种较多,大部分为有机化合物,主要有KC缓蚀剂、乌洛托品、HB一5缓蚀剂、若丁(即54牌缓蚀剂}或无机物食盐{NaCI)等。在酸洗液中加入少量(般为3 } 5g/ L)的缓蚀剂,可以显著减缓对金属中铁的溶解及氢的产生,而对除去氧化皮和铁锈却无影响。
    酸洗溶液中所用的润湿剂,大多数属非离子型和阴离子型表面活性剂。表面活性剂所具有的润湿、渗透、乳化、分散、增溶和去污等作用能改善酸洗过程,缩短酸洗时间。常用的润湿剂有:平平加、OP乳化剂、nt温一80, 601洗涤剂等,用量一般为10一12g/ L
    消泡剂和增厚剂一般用于喷射酸洗。
    酸洗除锈工艺方法主要有浸渍法、喷射法和涂酸膏法,一般选用浸渍法。在大批量生产时,采用喷射法的居多,涂酸膏法主要供单件除锈。
    浸渍酸洗法分为无机酸浸渍和有机酸浸渍两种,但大多数采用无机酸除锈。主要设备是酸洗槽,一般用15mm厚的钢板制成,其容积大小需根据工件的大小和一次同时酸洗的工件数量来确定。酸洗槽一般是2个,轮流使用。硫酸腐蚀性很强,可用环氧玻璃钢作防腐蚀材料。为了防止工件撞坏玻璃钢,可在玻璃钢外做一个木板保护层,再用3层环氧树脂保护木板。也可用花岗岩石制作酸洗槽,并用专用环氧树脂粘接,其使用寿命比钢板长,但酸洗温度应低于75 }', o
    喷射式酸洗法是用耐酸泵打出酸液,经循环酸洗器,由喷嘴喷射到工件表面,利用流体的冲击作用以及酸液与锈膜之间的化学反应,达到除锈目的。因此,影响喷射酸洗效率的主要因素是酸洗液的浓度、温度和喷射速度。喷射速度在aa}、左右较为适宜,这样既有化学浸蚀作用又有一定冲击力,可清除锈斑。喷射酸洗的效率比浸渍法高1-3倍,酸洗时间缩短I/4}1/3,节省占地面积,适用于钢管内壁酸洗。
    钢管表面经除油、除锈及清除其他污垢后使钢管表面成为清洁下净的表面。为了进一步提高金属表面与涂层的结合力及其防锈力,有必要进行磷化处理。3. 1基本原理
    钢管浸人磷酸二氢铁、磷酸二氢锰或磷酸二氢锌的酸性水溶液(稀释后的溶液pH值为1一3J,与溶液在界面上发生化学反应,生成一层紧密地附着在金属表面上的磷酸盐膜,称为磷化膜。由于钢管是铁碳合金,在磷酸作用下Fe和FeC,形成无数的原电池,在阳极区铁开始溶解成为},.e . .离子浸人溶液,在钢管表面附近的溶液中FP-离子浓度不断增高,当Fe `离子与HP04一离子及POi一离子的浓度大于磷酸盐的溶度积时,就产生沉淀,在工件表面形成磷化膜。
    钢管表面形成的磷化膜是一种闪烁有光、均匀细致、灰色、多孔和附着力强的结晶。结晶的大部分是磷酸锌,小部分是磷酸氢铁,铁、锌的比例取决于溶液的成分、磷化时间和磷化温度。适量的磷酸氢铁有利于增强磷化膜对钢管表面的附着力和防锈性。
    磷化质量在很大程度上取决于钢管表面预处理的质量,必须将钢管表面残存的油脂污垢、灰尘、氧化皮、铁锈等清除干净。
    磷化膜是不溶性的非金属薄膜,经磷化后钢管尺寸改变极小,其原有的抗拉强度、延伸率等力学性能均无变化。磷化膜虽在大气中有一定的抗蚀能力,但不宜久存,应及时涂装塑膜。3. 2磷化处理分类
    磷化处理的基本方法是浸人法和喷淋法,大型工件也可用涂刷法。喷淋法能提高磷化膜的质量。目前国内大多用浸人法磷化。