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金属表面处理中盐酸、硫酸、磷酸、硝酸和氢氟酸的酸洗原理解析

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一、盐酸酸洗原理


  盐酸是氯化氢气体的水溶液,15℃时氯化氢在水中溶解度最大,可生成42.5%的盐酸。市售盐酸浓度在30%~37%。盐酸除锈主要特点如下:

  在常温下,盐酸对金属氧化物的浸蚀能力较强,溶解钢铁等基体金属的速度较慢。因此用盐酸除锈时,引起腐蚀和氢脆的危险较少。浸蚀后工件表面残渣少、质量高。

  盐酸的去锈能力几乎与其浓度成正比。但浓盐酸易挥发,尤其高温下挥发快,容易腐蚀设备、污染环境,因此盐酸的浓度一般不超过15%。超此浓度时,酸雾较大,操作困难。多数情况下,室温操作最高使用温度不超过40℃。

  盐酸对其他金属的腐蚀作用如下:

  (1)铝:易被盐酸腐蚀;

  (2)锌、镁:易被盐酸腐蚀;

  (3)铜:只有在氧化条件下才被盐酸腐蚀;

      (4)18~8CrNi不锈钢:被盐酸腐蚀。


二、硫酸酸洗原理


  硫酸是三氧化硫的水合物,工业硫酸浓度一般为98%,硫酸水溶液对热的稳定性好,在除锈中广泛应用,其特点如下:
  室温下,硫酸溶液去除金属氧化物的能力较差。提高浓度也不能提高硫酸的浸蚀能力,当溶液中硫酸浓度超过40%时,对氧化铁的溶解能力降低很多;浓度超过60%时,几乎不能溶解氧化铁。因此,实际除锈应用中,硫酸的浓度应控制在100g/L~250g/L。
  提高温度可大大提高硫酸的除锈能力。硫酸不易挥发,故适宜在较高温度下除锈。热硫酸可有效剥离金属基体上的氧化皮,但温度过高,易过度腐蚀钢铁,并引起氢脆。为避免这些危害,硫酸除锈液可在50℃~60℃之问使用,最高温度不超过75℃,同时还要加缓蚀剂。
  浓硫酸与硝酸混合使用时,可提高工件表面光泽和浸蚀质量,并降低硝酸对铜、铁基体的腐蚀速度。
  在除锈过程中,积累的腐蚀产物(铁盐)会令硫酸对金属的浸蚀能力降低,除锈后工件表面残渣增加、质量降低,故硫酸溶液中含铁量应控制在60g/L以下。
  硫酸对其他金属的浸蚀情况如下:
  (1)钢:易溶于10%浓度的硫酸,但对80%浓度的硫酸有耐蚀性;
  (2)锌、镁:易溶于各种浓度的硫酸中;
  (3)锡:对稀硫酸有耐蚀性;
  (4)镍:常温下对浓度在80%以下的硫酸有耐蚀性;
  (5)铜:一般情况下不被硫酸溶解,只有在热硫酸中才被氧化而溶解。


三、硝酸酸洗原理


  工业上使用的硝酸浓度一般为65%的水溶液。它与盐酸、硫酸一起为除锈中广泛应用的三种酸。其特点如下:
  硝酸酸洗剂氧化性强,极易挥发。同金属作用时,会放出大量有害的氧化氮类气体(有毒)及大量热能,对人体腐蚀性很大。操作时必须穿戴好全部防护用具,硝酸槽及其后的水洗槽都应有抽风、冷却及降温装置,要十分注意安全。
  低碳钢工件在浓度为30%的硝酸溶液中,溶解很激烈,浸蚀后表面洁净、均匀。中、高碳钢和低合金钢工件在浓度为30%的硝酸溶液中浸蚀后,表面残渣较多,需经清洗后立即在碱液中进行阳极处理,才能获得较均匀、洁净的表面。钢铁工件在浓硝酸中会生成氧化亚铁膜,因此有良好的耐蚀性。
  对其他金属的除锈性能:
  (1)铝:高纯铝在形成氧化膜被钝化后,在室温无论对稀硝酸还是浓硝酸均有较好的耐蚀性;
  (2)铜:可被所有浓度的硝酸溶解;
  (3)镁、锌:易被硝酸溶解;
  (4)锡、铅:易被稀硝酸腐蚀溶解;
  (5)18~8NiCr不锈钢:在80℃以上温度对各种浓度的硝酸均有耐蚀性。


四、磷酸酸洗原理


  纯磷酸是无色透明的固体。工业用磷酸是浓度为85%的水溶液。与前述三种强酸相比,磷酸酸性较弱。由于磷酸一氢盐与正磷酸盐难溶于水,故其浸蚀能力弱,是中等强度的无机酸。磷酸除锈特点如下:
  (1)因其浸蚀能力弱,故要升温操作。温度一般控制在40℃~80℃范围。
  (2)磷酸浓度一般控制在20%~45%范围内,视工件锈蚀程度定。
  磷酸除锈的最大优点是:残留在工件表面的少量溶液能与基体(工件)反应生成不溶性磷酸盐保护膜,适于焊接件、组合件涂漆前的除锈。浓磷酸与一定比例的硝酸、硫酸、醋酸或铬酐混合,可用于铝、铜、钢铁等金属的光泽浸蚀。


五、氢氟酸酸洗


  氢氟酸是一种弱酸,酸的强度与甲酸相似。市售的氢氟酸一般浓度为30%~50%。氢氟酸除锈主要特点如下:
  (1)能溶解含硅的化合物,对铝、铬等金属的氧化物也有较好的溶解能力,常用来浸蚀铸件、不锈钢等工件。
  (2)对钢、铁工件,低浓度氢氟酸即可用于除锈。浓度为70%的氢氟酸水溶液对钢铁有钝化作用。
  (3)浓度在10%左右的氢氟酸,对镁及其合金的腐蚀较弱,故常用于镁制工件的浸蚀。
  (4)铅一般不被氢氟酸腐蚀;镍在浓度大于60%,的氢氟酸水溶液中具有耐强陛。
  氢氟酸有剧毒,且挥发性强,使用时严防人体接触氢氟酸液和氟化氢气体,浸蚀槽最好能密封并有良好通风装置,含氟废水经处理后才可排放。


六、铬酐酸洗原理


  铬酐水溶液为铬酸(H2CrO4)和重铬酸(H2Cr2O7):
  CrO3+H2O—H2CrO4—H2Cr2O7+H2O
  铬酐除锈特性如下:重铬酸有极强的氧化性及钝化能力,常和硝酸一样被当作氧化剂使用。对金属氧化物的溶解能力较低,一般多用于清除浸蚀残渣和浸蚀后的钝化处理。
  铬酐有毒,使用时经常要求在封闭系统中进行。含铬污水要严格处理。
  大多数金属与铬酸接触均可形成铬酸盐膜而钝化不被腐蚀,只有锡和镍被铬酸缓慢腐蚀。


七、有机酸酸洗原理


  有机酸酸洗剂的酸性一般均较弱,单独使用难以除锈和除氧化皮,在无机酸的除锈液中,有机酸常作为添加剂起到加速除锈及延长除锈剂寿命的作用。例如,草酸和氨基磺酸对氢氧化铁有较好的溶解力,螫合金属离子的能力很强,常作为添加剂使用。


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