2.2 脱脂
2.2.1 脱脂的目的是什么？
金属制品在机械加工、存放或磨光与抛光过程中，都不可避免地要黏附油污，这层油污会在工件表面形成油膜，使镀层与基体结合不牢固，产生起皮、起泡等现象，是化学镀生产中产生次品的主要原因。同时油污还会污染镀液，影响化学镀溶液的性能。为了保证工件的化学镀质量，使镀层与基体结合牢固，基体材料在进行化学镀之前必须先进行脱脂处理。
黏附于工件表面的油污可分为矿物油、植物油和动物油三种类型。按油脂的化学性质又可分为可皂化油和不可皂化油两类。皂化油是由动植物制备得来的，不溶于水且密度比水轻，这些油脂能与碱作用发生皂化反应，生成溶于水的肥皂，所有的动物油和植物油均属于该类油脂；另一类为不可皂化油脂，如矿物油，它们与碱不发生作用，该类油脂一般都不溶于水，而溶于有机溶剂，例如凡士林、石蜡和各种润滑油等，均属此类。
2.2.2 常用的脱脂方法有哪些？
常用的脱脂方法包括有机溶剂脱脂、化学脱脂、电化学脱脂、擦拭脱脂、滚筒脱脂和超声波脱脂，也可将以上方法联合使用，以达到更好的效果。常用脱脂方法的特点及应用范围如表2-26所示。
表2-26 常用脱脂方法的特点及应用范围
2.2.3 如何检验脱脂是否彻底？
检验脱脂是否彻底的方法如下所述：
（1）挂水试验法 将被检查的工件放入水中，然后提起，观察挂水后水膜被油膜间断的状态。若工件表面有一层连续的水膜存在，无间断状态，即表示工件整个表面脱脂彻底；反之，脱脂不彻底，还应继续进行脱脂。但是在乳化脱脂和置换脱脂时不能使用该方法，因为表面活性剂吸附在金属或微量油膜表面，使水膜呈无间断状态，造成除尽的假象。
（2）水滴试验法 又称水珠试验法。将水珠滴于工件表面上，若工件表面脱脂不彻底，水珠便滴成球形，当工件摆动时，球形水珠立即会滚落下来；反之，当脱脂彻底时，水滴则成水膜状散布于工件表面上。
（3）酸液浸渍法 将脱脂后工件经水洗后浸入酸液中，浸渍20～30s，取出用水冲洗表面，若水膜呈无间断状态，则说明油脂已去除干净。
2.2.4 有机溶剂脱脂有何特点？
有机溶剂脱脂是利用有机溶剂能溶解油脂的物理性质，将制品表面的油污除去的一种脱脂方法。其优点是能除去各类油脂，脱脂速度快，设备简单，除特殊情况外一般不腐蚀被处理的金属，适用于锌合金或非铁金属与非金属压合的工件；缺点是脱脂不彻底，当附着在基体材料表面的有机溶剂挥发以后，其所携带的油污会在基体材料表面上少量残留，必须补充脱脂。因大多数有机溶剂价格高，具有易燃性和毒性，操作场所要装排风机。
2.2.5 脱脂常用的有机溶剂有哪些？
常用的有机溶剂有煤油、汽油、苯类、酮类、三氯乙烯、四氯化碳、酒精等，其中最有效的是三氯乙烯和四氯化碳，它们不会燃烧，可在较高温度下脱脂，脱脂效率高，其缺点是有剧毒。一般采用煤油、汽油、苯类等有机烃类溶剂进行冷态浸渍或擦拭脱脂，这些有机烃类溶剂成本低，毒性小，对大多数金属无腐蚀作用。常用有机溶剂的物理化学性质如表2-27所示。
表2-27 常用有机溶剂的物理化学性质
2.2.6 用三氯乙烯脱脂时有哪些注意事项？
在使用三氯乙烯进行脱脂时，需要注意的问题有：
1）设备密闭性良好，谨防蒸气泄露。脱脂设备底部的集液池要有足量的三氯乙烯，一般应超过加热器50mm，不高于工件托架高度。加热器不能露出液面，采用水蒸气加热，蒸汽压力不得超过0.2MPa，以控制三氯乙烯的汽化率。
2）三氯乙烯在紫外线照射下，受光、热、氧气、水的作用，会分解出剧毒的碳酞氯（即光气）和强腐蚀的氯化氢。若在铝、镁金属的催化下，这种分解作用更剧烈，因此采用三氯乙烯脱脂，应避免日光照射和带水入槽。铝、镁工件不宜采用三氯乙烯脱脂。
3）严禁在脱脂设备附近出现火种及火情。及时捞出落入槽内的铝、镁工件，槽壁应涂以富锌漆等防腐涂层，槽侧需有抽风装置。
4）三氯乙烯要避免与氢氧化钠或水中pH值大于12的任何物质接触。因为氢氧化钠与三氯乙烯一起被加热时，会产生二氯乙炔，容易发生爆炸。
2.2.7 什么是化学脱脂？化学脱脂有哪些类型？
化学脱脂是利用热碱溶液对油脂进行皂化作用和乳化作用，除去可皂化性油脂；同时利用表面活性剂的乳化作用，以除去非皂化性油脂。该方法的主要特点是设备简单，操作容易，成本低，脱脂液无毒且不易燃，能适用于一般的金属工件脱脂，但脱脂时间较长，效率低。
化学脱脂分为碱性脱脂、酸性脱脂和低温多功能脱脂等类型。
（1）碱性脱脂 这种方法的实质是依靠皂化和乳化作用，前者可以除去动植物油，后者可以除去矿物油。碱性脱脂既便宜又易操作，目前工业生产上大量使用的脱脂方法是碱性脱脂。
（2）酸性脱脂 酸性脱脂通常是由无机酸或有机酸中加入适量的表面活性剂混合配制而成，这是一种脱脂-除锈一步法工艺。金属工件在这种脱脂液中，表面上的锈蚀氧化层溶于浸蚀液中，而油污则借助于表面活性剂的乳化作用被除去，这样可同时达到脱脂和去锈的目的。该法仅适用于有少量油污的金属工件，这种工艺比较简单，设备用量少，节约占地面积、水和原材料。
（3）乳化脱脂 以表面活性剂为主体，或在煤油、汽油等一些物质中添加一些表面活性剂和适量的水，便成了具有乳化性能的脱脂液。乳化脱脂液脱脂速度快，效果好，能除去大量油脂，特别是全损耗系统用油、黄油、防锈油、抛光膏等。
（4）低温多功能脱脂 传统的高温碱性脱脂工艺存在着温度高（70～95℃）、效率低、能耗大、碱雾污染环境等缺点。为解决以上问题，现已开发出多种不同类型的低温、低浓度、高效碱性脱脂剂。
2.2.8 常用碱性脱脂工艺有哪些？
常用碱性脱脂既适合于钢铁材料，又适合于大多数非铁金属，是应用最普遍的脱脂方法。常用碱性脱脂工艺如表2-28所示。
表2-28 常用碱性脱脂工艺
（续）
①阴极脱脂和阳极脱脂交替。
②铝、镁、锌合金也适用。
③铝合金也适用，溶液中应加适量缓蚀剂和较多的表面活性剂。
2.2.9 常用酸性脱脂工艺有哪些？
常用的酸性脱脂只适用于有少量油脂的金属工件，当工件表面油脂较多时，应先用棉纱浸汽油擦洗。常用酸性脱脂工艺如表2-29所示。
表2-29 常用酸性脱脂工艺
注：工艺6为铜及铜合金脱脂工艺；工艺3、4为钢铁材料（氧化皮疏松）脱脂工艺；工艺1、2、5为钢铁材料脱脂工艺。
2.2.10 常用乳化脱脂溶液的组分是什么？
乳化脱脂有很好的可清洗性，脱脂能力强，速度快，特别适合于去除防锈油、全损耗系统用油、黄油、抛光膏等。常用乳化脱脂溶液的组分如表2-30所示。
表2-30 常用乳化脱脂溶液的组分
2.2.11 什么是电化学脱脂？
把即将进行脱脂的工件用工具悬挂在阴极或阳极上，并浸入脱脂溶液中，在电流的作用下除去表面油脂，这种脱脂的方法称为电化学脱脂或电解脱脂。电化学脱脂的溶液组成与化学脱脂的溶液类似，一般为碱性溶液，脱脂溶液的浓度可以更低些。电化学脱脂使用的是直流电源，阴极用镍板、镀镍铁板、不锈钢板等，它只起导电的作用，阳极不能使用铁板。
电化学脱脂的机理如下：当表面黏附油脂的金属工件浸入电解槽内时，碱性溶液与油脂之间的界面张力大大降低，油膜便产生裂纹。同时，由于通电使电极极化，电极与碱性溶液间的表面张力降低，溶液对金属表面的润湿性增加，碱性溶液便从油膜的裂纹处排挤油膜脱离金属表面。
2.2.12 电化学脱脂的特点和适用范围是什么？
电化学脱脂的特点是脱脂彻底，脱脂效率高，脱脂速度和效果比化学脱脂高数倍。电化学脱脂还能除去工件表面的浸蚀残渣等杂质。但是电化学脱脂中的阴极脱脂易渗氢，深孔内的油污去除不够彻底，并需有直流电源才能进行脱脂。这种方法适用于大部分工件的脱脂以及阳极去除浸蚀残渣。
电化学脱脂是工业生产常用的脱脂方法，包括阴极脱脂法、阳极脱脂法和阴-阳极联合脱脂法等，其特点及适用范围如表2-31所示。
表2-31 电化学脱脂方法的特点及适用范围
2.2.13 影响电化学脱脂效果的因素有哪些？
影响电化学脱脂效果的因素有电流密度、溶液成分和溶液温度等。
（1）电流密度 提高电流密度，可以相应提高脱脂速度和改善深孔脱脂质量。但电流密度与脱脂速度不完全成正比。电流密度过高，槽电压增高，电能消耗太大，形成的大量碱雾不仅污染空气，而且还可能腐蚀工件（钢铁件阳极脱脂和铝及铝合金阴极脱脂，都可能产生腐蚀）。电流密度一般控制在5～15A/dm2。
（2）溶液成分 pH值发生变化时发生水解，生成NaOH可维持溶液的碱度，添加浓度应低于化学脱脂液。NaOH主要起导电作用，在工艺范围内，提高NaOH浓度，可以提高电流密度，加快脱脂速度。此外，NaOH对钢铁表面有钝化作用，可以防止钢铁工件在阳极脱脂时遭受腐蚀。添加低泡表面活性乳化剂，以免产生的大量泡沫浮在溶液表面上，阻碍氢气和氧气的顺利溢出。
（3）溶液温度 溶液要求一定的温度是为了皂化作用和增加溶液的导电能力。提高温度可以降低溶液的电阻，从而提高电导率，降低槽电压。但温度过高会消耗了大量热能，造成空气污染，且也有可能腐蚀铝、锌等金属工件。合适的溶液温度通常为60～80℃。
2.2.14 电化学脱脂的工艺有哪些？
电化学脱脂的工艺如表2-32所示。
表2-32 电化学脱脂的工艺
注：工艺1阴极脱脂和阳极脱脂交替进行；工艺5铝、镁、锌也适用；工艺8铝合金也适用，溶液中应加入适量的缓蚀剂和较多的表面活性剂。
2.2.15 什么是滚筒脱脂？
滚筒脱脂是一种机械化的擦拭脱脂方法。其原理是将脱脂工件和木屑以及弱碱性溶液等一同放入滚筒内，通过旋转滚筒的作用，使工件和磨料相互磨削，达到脱脂目的。对于形状简单的工件，也可以不加木屑，直接加入脱脂溶液进行滚动脱脂。此方法适用于批量大、尺寸小而重量轻，用浸渍法脱脂易互相贴在一起或成团的工件脱脂。将这些工件放入滚筒内加上适当的磨料和脱脂液进行脱脂，效果好，成本低，操作方便。但对于易变形的薄片工件和有外螺纹的、精密度高的工件不适用。滚筒脱脂可以代替磨光、抛光去除氧化膜，降低劳动成本，提高劳动生产率。
2.2.16 滚筒脱脂前的滚光操作有何要求？
钢铁材料工件，一般应先用硫酸滚光1或2次后，再用碱液脱脂。在换碱液前，应用自来水冲洗净硫酸。铜及铜合金的滚光也是在稀酸中进行。由于锌既能溶于酸又能溶于碱，因而锌及锌合金脱脂只宜采用较稀的酸和较弱的碱，没有生锈的钢铁工件，可直接采用碱液滚筒脱脂。
常用滚光溶液配方和工艺条件如表2-33所示。
表2-33 常用滚光溶液配方和工艺条件（单位：g/L）
2.2.17 什么是常温脱脂？
常温脱脂是通过表面活性剂分子渗透到油膜与金属表面之间的界面上，取代油脂的位置，故又称为置换脱脂。这种置换过程使用温度不高，只需要较小的能量，节能效果显著。用于常温脱脂的表面活性剂，按其分子结构可分为4类：阴离子型、阳离子型、非离子型和两性离子型，如表2-34所示。
表2-34 常温脱脂用表面活性剂
2.2.18 常温脱脂有哪些注意事项？
常温脱脂时需要注意以下两点：
1）使用浓度不能太高。在常温脱脂剂中含有大量的无机碱、盐类物质，若含量过高，会使表面活性物质发生“盐析”反应，即在脱脂剂溶液表面浮出黏糊的物质，使脱脂效果变差。
2）温度不宜过高。因到了一定温度后，由于表面活性剂浊点的限制，会使表面活性分子析出，造成有效物含量下降，脱脂能力变弱。
2.2.19 什么是超声波脱脂？
超声波脱脂是将表面附着油污的工件放在脱脂溶液中进行化学脱脂、电化学脱脂或有机溶液脱脂的同时，施加一定频率的超声波振荡配合它们的作用来进行脱脂的过程。超声波脱脂不但能加快脱脂速度，而且能提高脱脂质量。超声波由超声波发生器产生，频率一般在30kHz左右，小型工件使用频率较高，大型工件使用频率较低。超声波脱脂的基本原理是空化作用，是指当超声波作用于液体时，反复产生瞬间交替的负压力和正压力，在振荡产生负压力的半个周期内，液体中产生真空空穴，溶解于溶液中的气体进入空穴中形成微小气泡。接着在正压力的半个周期内，气泡被压缩而产生破裂，瞬间产生巨大压强，对溶液产生强烈的搅拌作用，使金属表面附着的油脂脱离金属表面，并且更容易去除工件表面深凹和孔隙处的油脂。虽然脱脂过程中的化学作用主要是依靠脱脂溶液本身的性质，但超声波的引入能大大加强这些化学作用，从而显著提高脱脂的效率和质量。
2.2.20 超声波脱脂有何特点？
超声波脱脂特点是对金属基体腐蚀较小，脱脂和净化效率较普通化学脱脂和电化学脱脂高，对尺寸较小、形状复杂且表面有深凹孔的工件特别有效。使用超声波可以降低脱脂溶液的温度和浓度，并能分多步达到脱脂效果。超声波是沿直线传播的，因此难以到达被遮挡的区域，所以应使工件在脱脂槽内适当进行旋转，以使其表面上各个区域都能得到超声波的辐射，从而获得最佳的脱脂效果。超声波强化脱脂对于多孔隙的铸件、形状复杂的小型工件、压铸件以及经过抛光附有抛光膏油脂的工件，脱脂效果都优于一般脱脂方法。
2.2.21 如何控制喷淋脱脂时的出泡量？
喷淋脱脂是将脱脂剂直接喷射到工件表面进行的脱脂方法。脱脂槽中适量的泡沫有助于悬浮油污，对脱脂起到间接的促进作用，但喷淋脱脂槽的泡沫过多，会溢出槽外，导致脱脂槽液流失，液面下降，而液面过低或泡沫过多，都会影响喷射泵正常运转，影响喷射压力和流量，严重的还会停止工作。控制泡沫量的方法有以下三种：
1）添加消泡剂。消泡剂在气泡液膜表面铺展时，会自动带走临近表面层的溶液，使液膜局部变薄，直至液膜破裂。常见消泡剂的类型及特点如表2-35所示。
表2-35 常见消泡剂的类型及特点
2）选择喷淋专用脱脂剂，并对泡沫指标进行专项检查。
3）检查设备的压力和喷嘴位置、距离等是否合理。