淺談靜電噴涂搪瓷工藝中鋼板表面處理方法

靜電粉末噴涂法是利用粉末涂料在高壓靜電場(chǎng)下感應(yīng)帶電或摩擦帶電，并使接地的被涂物帶上與粉末涂料彼此相反的電荷。在對(duì)鋼板進(jìn)行噴涂時(shí)一定要滿(mǎn)足鋼板表面純凈以及在一定程度上受到侵蝕（變粗糙），這是制造優(yōu)質(zhì)無(wú)底釉搪瓷的必要條件。實(shí)驗(yàn)（經(jīng)驗(yàn)）確定：瓷釉與被侵蝕得疏松的金屬表面間的密著強(qiáng)度較之與光滑表面間的密著強(qiáng)度要大。合理的選擇搪瓷用鋼材是保證搪瓷質(zhì)量的重要因素之一[1]。

搪瓷用鋼板坯材表面附著有大量的油污，涂搪前必須清潔，即必須做到無(wú)油、無(wú)垢、無(wú)銹。鋼板表面預(yù)處理的目的一是清除表面的油污、氧化膜以及雜質(zhì)，以減少搪燒過(guò)程出現(xiàn)的針孔、氣泡、斑點(diǎn)異色等缺陷；二是使其表面生成新生的氧化膜層，提高表面化學(xué)活性，增強(qiáng)底釉與底材金屬的密著強(qiáng)度。因此金屬表面的預(yù)處理是獲得優(yōu)良瓷層表面和牢固界面結(jié)合的關(guān)鍵。對(duì)金屬坯體表面進(jìn)行合理的搪前處理，使其保持最大的清潔度和粗糙度，是順利進(jìn)行搪燒的重要保證。

考慮到實(shí)驗(yàn)條件的限制以及成本的原因，在實(shí)驗(yàn)室中一般采用生燒法和化學(xué)處理的方法來(lái)處理鋼板，這兩種方法不僅所需的條件比較簡(jiǎn)單，花費(fèi)的成本不高，而且在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中比較安全可行，污染小。

1 生燒法

生燒是在650～750?C的溫度下進(jìn)行的。在較低的溫度下不能保證各種油脂的完全燒掉，而當(dāng)溫度過(guò)高時(shí)，鐵坯有發(fā)生極度變形，以及形成酸洗時(shí)難以溶解的厚氧化皮的危險(xiǎn)。

為了防止形成致密的氧化皮，常常在鐵坯生燒之前用2～5%的鹽酸溶液潤(rùn)濕或噴灑，在550～750?C的溫度時(shí)鹽酸蒸汽與氧化鐵反應(yīng)而生成易揮發(fā)的氯化鐵。因此，使氧化皮變得疏松，易于從金屬的表面脫落。同時(shí)，所形成的蒸汽和氣體阻止了空氣中的氧與金屬相接觸，因而減慢金屬的氧化過(guò)程。生燒是在馬弗爐中進(jìn)行的，生燒的時(shí)間與加入鐵坯的多少、金屬的厚度及許多其它因素有關(guān)，平均在6～10min或更長(zhǎng)一些。在爐中生燒時(shí)應(yīng)該將鐵坯放在特制斜架、箱子等上進(jìn)行。鐵坯的堆放應(yīng)使每個(gè)鐵坯的各個(gè)面均能與空氣充分相接觸。

按照氧化皮的外形，很容易判別生燒的質(zhì)量。如果是用鹽酸或氯化銨溶液噴灑的，在生燒正常的情況下，則形成很薄的易于除去的紅棕色氧化皮，沒(méi)有用這種溶液噴灑時(shí)，則為暗灰色的薄膜。在鐵坯燒過(guò)的情況下，能形成厚的深灰色氧化皮，其中主要是氧化亞鐵[2]。

2 化學(xué)法

化學(xué)處理法是通過(guò)化學(xué)反應(yīng)來(lái)處理鋼板表面，以達(dá)到去除雜物和增加粗糙度的目的。鋼板化學(xué)處理的基本工序如下圖所示：

鐵坯在酸洗和水洗后還未中和之前，放到濃度為30％的HNO3溶液中約1～3min。浸酸時(shí)間的長(zhǎng)短視溶液的濃度有所不同。鐵坯浸入硝酸溶液，表面呈紅棕色，鐵坯面上的碳化鐵就溶解在溶液中，接著把鐵坯再次放入稀H2SO4溶液中除去表面上的棕色的Fe2O3，鋼板在酸洗之后是細(xì)致地水洗和中和，水洗的時(shí)間要比酸洗時(shí)間長(zhǎng)三倍。隨著在生坯上面的酸被水稀釋?zhuān)F鹽也被沖走。經(jīng)充分清洗之后再把鐵坯用中和液（一般選用1～2%的NaCO3溶液或硼砂溶液）中和處理，中和液不允許是強(qiáng)堿性的，因?yàn)槿羰窃趬A液中生成的鐵鹽就不溶解，而卻呈氫氧化鐵析出聚集在鋼板的細(xì)孔里，這樣會(huì)引起瓷層里的各種缺陷。而且中和液要時(shí)常換新，因?yàn)樗嵋豪镆恋沓隹赡芫奂谥破飞系拇罅繗溲趸F。中和液盡可能保持在沸點(diǎn)的溫度以上，這樣就加速了以后的干燥，避免了生成新的鐵銹。中和后把鐵坯再放到0.3％ NaH2PO4的溶液中處理1～2min，在均勻的干燥后于650～730℃溫度下進(jìn)行預(yù)燒。若不預(yù)燒則進(jìn)行鎳洗，NiSO4溶液的濃度為1％，溫度為75～90℃，時(shí)間為5～10min。在硫酸鎳的溶液中還添加酒石酸，其量以每100cm2鐵坯表面使用酒石酸0.015g計(jì)算。加入酒石酸的作用是控制沉積在鐵坯面上鎳層的厚度，鎳層若太厚則大大減弱金屬與瓷釉的密著作用，鎳洗后所用的中和劑為NaOH，濃度為0.15～0.2％，也可以用純堿溶液。這種工藝處理鋼板表面比較方便，而且對(duì)儀器的要求不高，比較適合在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的小型的實(shí)驗(yàn)。然而對(duì)于廠房、公司而言，這種工藝存在以下的缺點(diǎn)：(1)污染嚴(yán)重，酸液和堿液都不能直接排放，若進(jìn)行廢水處理，則成本較高；(2)這種工藝的工序較多，質(zhì)量管理比較困難，往往會(huì)因?yàn)橘|(zhì)量不過(guò)關(guān)，誘發(fā)搪瓷缺陷，尤其對(duì)需經(jīng)酸洗的銹坯更甚。另外，酸洗是坯料中氫的重要來(lái)源之一，鐵坯中含氫過(guò)多，燒成時(shí)就易產(chǎn)生冷爆；(3)在酸洗過(guò)程中，需消耗許多化學(xué)藥品；(4)酸洗中的酸蒸汽吸入人體后，會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生危害[3]。

另外，我們也選擇了工業(yè)凈洗劑來(lái)脫脂。工業(yè)凈洗劑是由表面活性劑配制成的，它能溶解油污，同時(shí)里面還添加了螯合劑、緩蝕劑等，可減少對(duì)鋼材的腐蝕，保護(hù)清潔后的鋼材表面。它們可能被強(qiáng)烈的吸附到金屬表面上，形成黏附力很強(qiáng)的疏水膜，從而可有效的防止金屬表面的腐蝕，在強(qiáng)堿條件下可以鈍化鋼材，這些添加的表面活性劑會(huì)沉積在金屬表面形成一種高阻抗膜，能夠減少洗滌過(guò)程中的金屬損耗量[4]。

以上兩種處理方法各有優(yōu)劣，生燒工藝處理過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生廢水廢氣污染。而且生燒法處理的比較徹底，通過(guò)燒油脫脂，其表面形成的氧化鐵層，一方面，它避免了酸洗過(guò)程中的吸氫，另一方面，表面的氧化鐵層能防止燒成時(shí)鐵坯的吸氫，因?yàn)樵跓蛇^(guò)程中，氧化鐵與氫會(huì)產(chǎn)生反應(yīng)，而且，通過(guò)燒油，在沖壓過(guò)程中形成的鐵坯內(nèi)應(yīng)力會(huì)減弱和消除，從而有利于提高搪瓷質(zhì)量。然而它卻造成了能源的很大浪費(fèi)。本實(shí)驗(yàn)主要采用化學(xué)法脫脂除銹，這種處理方法雖然在能源節(jié)省方面比較可取，但是如果處理不徹底將會(huì)導(dǎo)致搪瓷表面缺陷的產(chǎn)生。這在搪瓷表面缺陷的產(chǎn)生部分已經(jīng)詳述。酸洗及用某種方法除去殘?jiān)∧ぶ?，在鐵坯表面上還殘留著游離酸及鐵鹽，這些都是底釉上造成缺陷（燒損、氣泡、針孔等等）的原因，這些鹽應(yīng)該用仔細(xì)清洗的方法除去。工件去油污不徹底，工件表面不平整，鋼板水分未徹底干燥，脫脂去銹不徹底，鋼板中有揮發(fā)物放出等也是產(chǎn)生弊病的原因。

[1]徐子陽(yáng). 低溫?zé)o底釉耐酸搪瓷釉的研制 [J]. 玻璃與搪瓷，2005， 2(33):24-26

[2]德.魯?shù)婪?麥克爾著，鄭慶海，楊慶貞編譯. 瓷釉制造與搪瓷工藝 [M]. 北京：高等教育出版社，1980

[3]陳雄偉. 搪瓷燒油預(yù)處理工藝[P]. 中國(guó)專(zhuān)利：CN93111780.1

[4]徐元萍. 表面活性劑硅油對(duì)搪瓷及陶瓷光澤度的影響 [J]. 中國(guó)搪瓷，2002， 24 (3):28-33