基于專利分析的線材除鱗工藝發(fā)展趨勢(shì)

吳曉冰，安 超

（國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作江蘇中心，江蘇 蘇州 215000）

1 化學(xué)除鱗法

線材表面除鱗技術(shù)經(jīng)過長(zhǎng)期發(fā)展，目前主要有化學(xué)除鱗法和機(jī)械除鱗法。由于化學(xué)除鱗法具有較高的加工效率，因此產(chǎn)業(yè)上應(yīng)用較多。

化學(xué)除鱗法是利用化學(xué)或者電化學(xué)的方法清除線材表面的氧化鐵皮，主要分為酸洗和電解兩大類。酸洗是利用酸的腐蝕作用，使氧化鐵皮溶解于酸洗液中從而去除氧化鐵皮。酸洗又涉及圓形酸洗、直線酸洗、震動(dòng)酸洗、電解酸洗、螺旋酸洗、連續(xù)酸洗、封閉酸洗等[1]。酸洗和電解法既單獨(dú)使用也經(jīng)常結(jié)合在一起使用。下面基于專利檢索文獻(xiàn)，分別對(duì)以酸洗為主的除鱗方法和以電解為主的除鱗方法，進(jìn)行發(fā)展脈絡(luò)的梳理，為線材表面處理提供參考。

2 電解除鱗法

電解除鱗一般是在裝滿電解液的容器中進(jìn)行，直接通電進(jìn)行除鱗，主要裝備如圖1 所示。

圖1 電解除鱗示意圖（JP27581788A）

1977 年美國(guó)提交的專利申請(qǐng)US19780886572A，采用了電極非接觸方式進(jìn)行除鱗。該公司在隨后的1978 年又提交了專利申請(qǐng)US19790078512A，采用在硫酸鹽中進(jìn)行電解的方式除鱗。發(fā)展到1981年，日本提交專利申請(qǐng)JP16493081A，重點(diǎn)對(duì)于此前未過多設(shè)計(jì)的電解加速進(jìn)行了研究，其采用置于電解槽中的管狀電極并連接DC 電源，外側(cè)設(shè)置模具將線材上粘連的多余的鱗皮移出。此后，日本于1988 年申請(qǐng)專利JP27581788A，如圖1 所示，采用旋轉(zhuǎn)輪作為正極，電極板作為陰極，對(duì)線材進(jìn)行電解拋光，該過程對(duì)線材表面的鱗皮清除較為徹底。發(fā)展到1994年，日本申請(qǐng)專利JP17450494A，將線材卷整個(gè)置于內(nèi)置中性電解溶液的電解槽中進(jìn)行電解除鱗，并采用懸掛裝置對(duì)線材的位置進(jìn)行定位。該方法相比于之前的在線電解法，電解效率大大提高，但是電解質(zhì)量稍有下降。1999 年日本申請(qǐng)專利JP18136399A，采用一對(duì)對(duì)向電極均設(shè)置于線材上側(cè)，并設(shè)置多個(gè)并列的電解槽，線材依次通過多個(gè)電解槽進(jìn)行除鱗，大大提高了除鱗質(zhì)量。

3 酸洗除鱗法

酸洗除鱗法一般采用硫酸、鹽酸和/或氫氟酸和水配置成溶液，通過化學(xué)反應(yīng)將線材表面的氧化鐵皮進(jìn)行溶解。日本在這方面做了較多研究，下面對(duì)其發(fā)展脈絡(luò)作重點(diǎn)分析。

1975 年日本申請(qǐng)專利JP9363875A，首次記載了化學(xué)酸洗對(duì)線材進(jìn)行除鱗的技術(shù)方案，采用常規(guī)酸洗液對(duì)線材進(jìn)行除鱗處理。1991年，加拿大提交申請(qǐng)CA2054633A，提出酸洗后進(jìn)行水洗，并采用溫和堿洗相結(jié)合的方式進(jìn)行除鱗，對(duì)酸洗殘留液進(jìn)行了一定處理。1993 年日本專利申請(qǐng)JP27940693A，采用對(duì)線材卷進(jìn)行整體酸洗除鱗的方法，對(duì)線材卷的懸掛角度進(jìn)行了詳細(xì)分析，以及1994 年提交申請(qǐng)JP27940693A，酸洗過程中攪拌流化，然后在中性溶液中進(jìn)行清洗，清洗過程噴入氣體，該過程通過充分?jǐn)嚢?，提高了酸洗除鱗的質(zhì)量和效率。隨后1995 年同一個(gè)公司又提交申請(qǐng)JP9595995A，對(duì)氣體量和線材殘留氧化物之間的關(guān)系做了詳細(xì)的相關(guān)性分析，進(jìn)一步給出酸洗過程中吹入氣體的必要性以及具體操作應(yīng)用參數(shù)。1998 年日本提交專利申請(qǐng)JP2219898A，采用一排多個(gè)酸洗池，并采用橡膠防漏墊防止酸洗液滲漏，進(jìn)一步提高了酸洗效率。2011 年中國(guó)提交專利申請(qǐng)CN201110148100A，針對(duì)之前酸洗除鱗液中存在氟化物，對(duì)環(huán)境產(chǎn)生較大污染的技術(shù)問題，提出一種環(huán)境污染小且能有效去除氧化鐵皮的酸洗液，其采用不含氟離子的硝酸、磷酸、無(wú)機(jī)銨鹽、有機(jī)含氨基化合物組成的酸洗溶液，并加入表面活性劑，促進(jìn)酸蝕過程，通過有機(jī)含氨基化合物也大幅度減少氮氧化物的釋放，減少了對(duì)環(huán)境的污染。此后2014 年申請(qǐng)專利CN201410282904A，也提出一種針對(duì)酸洗液進(jìn)行改進(jìn)的技術(shù)方案，進(jìn)一步針對(duì)硝酸、氫氟酸和鹽酸產(chǎn)生酸霧的問題，提出一種采用檸檬酸、草酸、三乙醇胺以及脂肪醇聚氧乙烯醚和少量硝酸等成分的酸洗溶液，減少了對(duì)環(huán)境的污染。

4 其他除鱗法

線材除鱗方法中，除了化學(xué)除鱗法以及比較常規(guī)的機(jī)械除鱗法，還出現(xiàn)了比較新穎的光電除鱗法，本文進(jìn)行一下延伸介紹。

光電除鱗法主要采用光電手段進(jìn)行除鱗，例如真空電弧除鱗法（也叫等離子體除鱗法）和激光除鱗法。這個(gè)概念出現(xiàn)的較晚，并且研究文獻(xiàn)較少，目前仍屬于探索階段。

日本于1995 年提交專利申請(qǐng)JP4266795A 即采用真空電弧除鱗法，如圖2 所示。其將線材卷繞在兩個(gè)卷筒上，兩個(gè)卷筒之間的線材兩側(cè)放置電極板，并均設(shè)置于真空箱內(nèi)，進(jìn)行電弧放電除鱗，2006年申請(qǐng)專利WO2007AT00046，也是采用等離子體進(jìn)行放電除鱗。2014 年中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)湯中亮的博士論文《低氣壓直流弧斑等離子體除鱗及其放電特性研究》，針對(duì)低氣壓直流電弧在除鱗中的應(yīng)用開展了弧斑等離子體放電技術(shù)、等離子體放點(diǎn)特性和除鱗工藝研究，建立了一套低氣壓陰極弧斑等離子體除鱗裝置，進(jìn)行了柱狀銅電極、球狀銅電極、石墨電極等多種電極的除鱗實(shí)現(xiàn)，開展了樣品與電極間的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)除鱗研究，實(shí)現(xiàn)了不同尺寸樣品的除鱗。

圖2 光電除鱗法（JP4266795A）

5 結(jié)論

當(dāng)今社會(huì)對(duì)環(huán)保的要求越來越高，因此傳統(tǒng)化學(xué)除鱗法的發(fā)展受到限制。今后化學(xué)除鱗法的主要研究重點(diǎn)是優(yōu)化除鱗液體的成分，降低對(duì)環(huán)境的污染。光電除鱗方法還處在研究階段，具有較好的發(fā)展前景，相信假以時(shí)日，定能從實(shí)驗(yàn)階段全面轉(zhuǎn)向產(chǎn)業(yè)應(yīng)用階段。