表面预处理技术的含义及作用

在各种工件的加工生产中，表面预处理是工件制造或维修过程中的重要工序，是工件表面尺寸精度、几何精度、表面粗糙度检测，表面强化性能、力学性能检测，表面腐蚀、磨损、疲劳、划伤、黏着情况检测的前提，也是保证工件表面处理质量的关键环节。工件表面预处理的质量，直接影响零件表面分析、表面测量、表面加工、表面处理及整机或部件的装配质量，进而影响工件与整机的可靠性与寿命。随着科学现代化的发展，机械设备日益复杂，对工件表面的质量要求也越来越高。因此，提高工件表面预处理质量、效率已成为提高产品质量、劳动生产率和降低生产成本的关键之一。

表面预处理是指用机械、物理或化学等方法清除原始覆盖层，改善基体表面原始状态，为后续加工提供良好的基础表面。表面预处理又称为表面清理、表面前处理、表面预加工等。按照操作方法，表面预处理可以分为机械处理和化学（或电化学）处理两类。机械处理分为砂轮研磨、机械抛光、喷砂喷丸、其他抛光等。化学处理分为酸性脱脂、碱性脱脂、乳液脱脂、溶剂脱脂、电解脱脂、超声波脱脂、电解抛光、化学抛光等。按照工艺过程，可分为表面净化处理、表面粗化处理、表面活化处理、表面转化膜处理（磷化、氧化、钝化）等。

（1）表面净化处理 表面净化处理主要是指除去以表面尘埃、油脂、污垢等杂质为主要构成的表面物理性覆盖层，使基体表面达到必要的洁净度。在实际生产中，表面净化处理主要是指表面脱脂处理和表面除锈处理。

（2）表面粗化处理 表面粗化处理能够使基体表面达到所需的表面粗糙度，主要用于表面涂层工艺，以增加涂层与基体的接触面积，减少涂层收缩应力，产生锁扣效应，从而提高结合强度。

（3）表面活化处理 表面活化处理的目的是除去表面的氧化层、疲劳层，露出新鲜金属，使基体表面活化，提高基体表面自由能。表面活化处理主要用于表面涂层工艺，以提高基体分子与涂层分子的结合力，提高涂层结合强度。表面活化处理一般需要首先进行表面净化处理。(www.xing528.com)

（4）表面转化膜处理 表面转化膜处理是通过化学或电化学方法，使基体和溶液的界面上发生化学反应，并在基体表面形成一层附着良好的保护膜，主要包括磷化、氧化、钝化等。

基体预处理是为涂层工艺做准备的。涂层制备技术按原理分为电镀、电铸、氧化、化学镀、化学转化膜处理、热浸镀、热喷涂、热烫印、化学热处理、堆焊、物理气相沉积、化学气相沉积、离子注入、涂装、电泳、静电喷涂、激光表面处理、形成超硬膜等。不同的涂层制备技术对预处理的要求也不一样。例如，大型钢结构热喷涂锌和铝涂层时对预处理的要求是：喷砂处理，基体表面粗糙度Rz值为40～80μm，干燥、无灰尘、无油污、无氧化皮、无锈迹。而化学镀镍涂层制备对预处理的要求是：脱脂→除锈→水洗→闪镀，基体表面无油污，无锈迹，无铅、锌等污染即可，没有表面粗糙度的要求。

基体预处理质量直接影响涂层的制备和质量。例如，对有、无磷化处理的同一涂层进行盐雾试验，结果约相差1倍。由此可见，脱脂、磷化等预处理对涂层的耐蚀性起非常关键的作用。再如，在人工水晶钻石表面镀覆银层的过程中，预处理中的敏化工序若不当，则易导致银层泛黄。

基体表面预处理主要有两个目的：一是提高涂层与基体的结合强度，二是增加涂层的功能（防腐蚀、防磨损及特殊功能）。涂层与基体的结合类型（附着力）主要有：冶金结合，机械结合，吸附结合（范德华力物理吸附和共价键化学吸附），扩散结合，化学结合。某种具体的涂层与基体的结合可能是一种或多种附着力共同作用的结果，但总有一种是占主导地位的。例如，某些涂料涂层及热喷涂涂层与基体的结合以机械力为主，这就要求预处理不仅要脱脂、除锈，还要粗化基体表面。其目的是：增大涂层与基体的接触面积；增强涂层材料与基体表面的嵌合作用，以提高涂层与基体的附着力。但电镀层及有机涂料层的附着力则主要是化学吸附，所以基体表面越光滑越好。此时涂层与基体表面形成共价键而产生了吸附力，化学键合力比范德华作用力大100倍以上。其过程是涂料分子迁移至工件表面，涂料中大分子的极性基团向工件中的极性基团靠近，当距离小于0.5nm时能够相互吸引，产生范德华作用力和氢键。这里良好结合的必要条件是基体表面干净，无油、无锈，使涂料的大分子极性基团与工件中的极性基团充分“靠近”。若进一步通过磷化膜、钝化膜加强这种“靠近”，则不仅会使涂料层与工件表面键合力加强，而且还会将磷化膜的耐蚀性与涂料层的耐蚀性联合起来（不是简单的叠加），从而大大提高涂料层的耐蚀性。