金属表面处理中盐酸、硫酸、磷酸、硝酸和氢氟酸酸洗除锈原理解析

陈老表

2023-11-01 09:17

+1 取消

微信扫一扫分享给朋友

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。
图片
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。
图片
八、混合酸洗原理
酸洗除锈、除氧化皮的方法是工业领域应用最为广泛的方法。利用酸对氧化物溶解以及腐蚀产生氢气的机械剥离作用达到除锈和除氧化皮的目的。酸洗中使用最为常见的是盐酸、硫酸、磷酸。硝酸由于在酸洗时产生有毒的二氧化氮气体，一般很少应用。盐酸酸洗适合在低温下使用，不宜超过45℃，使用浓度为10%～45%，还应加入适量的酸雾抑制剂。硫酸在低温下的酸洗速度很慢，宜在中温使用，温度为50℃～80℃，使用浓度为10%～25%。磷酸酸洗的优点是不会产生腐蚀性残留物(盐酸、硫酸酸洗后或多或少会有少会有Cl-、SO42-残留)，比较安全，但磷酸的缺点是成本较高，酸洗速度较慢，一般使用浓度为10%～40%，处理温度可从常温到80℃。在酸洗工艺中，采用混合酸也是非常有效的方法，如盐酸+硫酸的混合酸、氢氟酸+硝酸的混合酸、磷酸+硫酸+硝酸的混合酸、磷酸+柠檬酸的混合酸、磷酸+硝酸+氢氟酸+乙酸的混合酸等等，最复杂的混合酸甚至八种无机酸和有机酸的混合酸。
九、超声波酸洗原理
超声波酸洗工艺是近年来发展起来的高效除锈、除氧化皮技术，其除锈原理与前面介绍过的超声波脱脂相似，只是溶液换成了酸性物质。超声波酸洗能大幅度提高酸洗效率，即使是几何形状比较复杂的工件，用低浓度的酸洗液在超声波作用下，都能达到非常满意的效果。特别是钢铁的焊接组合件在磷化前，在以磷酸为主成分的混合酸洗液中，超声波的作用下，能在短时间内将组合件上的锈蚀和焊接氧化皮除尽。这样能大大地节约生产场地，节省投资，节省工艺时间，同时也节约了资源，达到了清洁生产的目的。现在市场上有满足各种技术要求的超声波酸洗处理液销售。
十、酸洗溶液的配制
酸性溶液配制的计算公式
W=(V×A)/1000×C
式中：w——所需浓酸的质量(kg)；v——酸槽有效容积(L)；
A——配制酸的浓度(g/L)；C——浓酸的含量(%)。

关键词：表面处理、盐酸、硫酸、磷酸、硝酸和氢氟酸、酸洗、除锈

声明：说化有益·表面处理联盟网专业视角栏目旨在免费为同行提供知识共享和储存，所有文章均由业内专业人士发布(包括转帖)，文末都会标注作者，版权归作者所有。文章仅代表作者本人的观点，本站不保证文章等内容的有效性。

知识互通，携手共进，我们欢迎各方(自)媒体，机构转载，引用我们原创内容，但需严格注明来源。同时，我们也倡导尊重与保护知识产权，如发现文章内容涉及侵权，请通过在线咨询进行投诉，我们会在第一时间核实处理。