2.3 浸蚀
2.3.1 什么是浸蚀？
浸蚀是将金属工件浸入到酸、酸性盐或缓蚀剂等溶液中，以除去金属表面的氧化膜、氧化皮和锈蚀产物的过程。根据浸蚀方法的不同，可分为化学浸蚀和电化学浸蚀。依靠浸蚀液的化学作用将金属表面的锈蚀和氧化物除去的方法，称为化学浸蚀，也称酸洗。将被浸蚀工件浸入到浸蚀液中，并通以直流电的浸蚀方法，称为电化学浸蚀。
根据浸蚀的强度和用途又可分为强浸蚀、一般浸蚀、弱浸蚀和光亮浸蚀等。
（1）强浸蚀 强浸蚀采用的酸浓度比较高，它能溶去表面较厚的氧化皮和不良表面组织、碳层、硬化表层和疏松层等，达到粗化表面的目的。
（2）一般浸蚀 能除去金属工件表面的氧化皮和锈蚀产物。
（3）弱浸蚀 可溶解工件表面上的钝化薄膜，中和残碱，使表面活化，提高镀层与基体金属的结合强度。
（4）光亮浸蚀 能溶解金属工件上的薄层氧化膜，去除浸蚀残渣和挂灰，提高工件的光泽。光亮浸蚀和化学抛光没有严格的界限，仅在光亮程度上有所区别，化学抛光的要求更高一些，通常所用的化学抛光溶液都可用于光亮浸蚀。
2.3.2 常用的浸蚀剂有哪些？
常用的浸蚀剂有硫酸、盐酸、硝酸、磷酸、氢氟酸、铬酐以及它们的混合物等。
（1）硫酸 常温下，硫酸对金属氧化物的溶解能力较弱，即使提高硫酸溶液的浓度，也不能显著提高硫酸溶液的浸蚀能力，且其质量分数达到60%以上时，对氧化皮几乎不溶解。热硫酸溶液对钢铁的浸蚀能力较强，对氧化皮有较大的剥离作用，但温度过高时容易浸蚀钢铁基体，并引起氢脆。因此，对于钢铁件通常使用的最佳质量分数为25%，一般加热到50～60℃。
（2）盐酸 在常温下，盐酸对金属氧化物有很强的化学溶解作用，能有效地浸蚀多种金属，但对钢铁基体的溶解作用比较缓慢。因此，使用盐酸浸蚀钢铁工件不易发生过腐蚀和氢脆现象，浸蚀后的工件表面残渣也比较少，浸蚀质量较高。盐酸体积分数增加时去除锈蚀的能力也随之增加，但如果盐酸体积分数超过20%时，对基体的溶解度迅速增加，比对氧化物的溶解速度要大得多。通常使用盐酸的体积分数一般为20%～60%。
（3）硝酸 硝酸是多种光亮浸蚀液的重要组成部分。低碳钢在硝酸溶液中被强烈溶解，浸蚀后的表面洁净而均匀。中、高碳钢和低合金钢在上述溶液中浸蚀后，表面残渣较多，需在碱液中进行阳极处理，才能获得均匀、洁净的表面。
（4）磷酸 常用作钢铁焊接件和组合件涂装前去除锈蚀。磷酸浸蚀溶液一般都需要加热，在80℃时用于钢铁件除锈。磷酸与硝酸、硫酸、醋酸或铬酸混合，可用于钢铁、铝、铜等金属的光泽浸蚀。磷酸浸蚀液浸蚀后残留在工件表面的少量溶液，能转变为不溶性磷酸盐保护膜。
（5）氢氟酸 氢氟酸可用于铸件和不锈钢等特殊材料的浸蚀。质量分数为10%左右的氢氟酸对镁及镁合金的腐蚀比较缓慢，所以也可以用作镁合金的浸蚀。但氢氟酸有剧毒，且挥发性很强，使用时要严防氢氟酸和氟化氢气体与人体皮肤接触，通风要良好。
（6）铬酐 铬酐溶液具有很强的氧化能力和钝化能力，但对金属氧化物的溶解能力比较低。多用于消除浸蚀残渣和浸蚀后的钝化处理。铬酐有较大的毒性，能灼伤皮肤。
（7）混合物 硝酸和氢氟酸的混合液被用来去除不锈钢、铅、铁基和镍基及钛、锆以及某些钴基合金上的热处理氧化皮。但纯硝酸却能使不锈钢和耐热钢等钝化。通常硝酸和硫酸的混合溶液用作铜和铜合金的光亮浸蚀。
2.3.3 什么是缓蚀剂？
在浸蚀液中加入缓蚀剂，可以防止基体金属过腐蚀，并可减少氢脆。其作用机理是：由于缓蚀剂能吸附在暴露的金属活性表面上，提高了析氢的过电位，从而减缓了金属的腐蚀。但缓蚀剂一般不能被金属的氧化物吸附，不影响氧化物的溶解。有些缓蚀剂（如苦丁等）在金属表面上吸附的比较牢固，清洗时不易洗净，则会影响镀层的结合力或抑制氧化和磷化等反应的进行，因此，浸蚀后的金属工件应认真清洗。
缓蚀剂的种类很多，一般都是具有不同结构的有机化合物。常用的缓蚀剂有磺化动物蛋白、皂角浸出液、苦丁、硫脲、硫胺、六次甲基四胺（常用于盐酸浸蚀液）及氯化亚锡等。目前从天然蛋白质、明胶、鱼粉、棉饼水解物制成的缓蚀剂，对碳钢在硫酸中的浸蚀具有良好的缓蚀作用。
2.3.4 什么是电化学浸蚀？
电化学浸蚀是将待处理的金属材料放置于浸蚀液中，以金属材料作为阳极或阴极，并通以直流电源，利用电解作用除去材料表面的氧化皮和其他腐蚀产物的过程。电化学浸蚀主要应用于钢铁材料，对非铁金属使用较少。电化学浸蚀的优点是浸蚀速度较快，浸蚀液消耗量少，而且使用寿命较长。但是电化学浸蚀需要消耗电能，对形状较复杂的工件，因浸蚀液的浓度低和分散能力不足，浸蚀效果相对较差。对于氧化层较厚且致密的工件，应先进行化学浸蚀，待氧化皮疏松后再进行电化学浸蚀。
2.3.5 电化学浸蚀有哪些种类？
电化学浸蚀可以分为阳极浸蚀和阴极浸蚀两种方法。阳极浸蚀是将金属工件在阳极上进行加工，并依靠金属的电化学溶解以及金属表面析出的氧气泡所产生的机械剥离作用，去除工件表面的氧化皮。阳极浸蚀的优点是不会发生渗氢现象使金属基体发生氢脆，但浸蚀速度较阴极浸蚀慢一些，有可能引起金属基体的过度腐蚀。对于形状复杂、尺寸较小并且精度要求较高的工件，不宜采用阳极浸蚀。阴极浸蚀是将金属工件在阴极上进行加工，并依靠电极上析出的大量氢气泡对附着在金属表面的氧化皮产生的机械剥离作用，以及原子态的氢将氧化皮中的金属离子还原为金属原子的还原作用，去除工件表面的氧化皮，阴极浸蚀中不存在电化学溶解。阴极浸蚀最大的优点是效率高，并且金属基体不会发生溶解，因此不改变工件尺寸。但可能会发生渗氢现象使金属基体发生氢脆，同时溶液中的一些金属杂质会附着在金属表面，对后续的化学镀等表面处理产生不利影响。
2.3.6 什么是阴极一阳极联合电化学浸蚀？
为了克服单一浸蚀方法的不足之处，常采用阴极-阳极联合电化学浸蚀法，即先进行较长时间阴极浸蚀后再进行短时间的阳极浸蚀。这样不仅利用了阴极浸蚀效率高的特点，而且不会因为金属基体发生溶解而改变工件尺寸和精度。而转为阳极浸蚀后，不但可以将阴极浸蚀过程中沉积在工件表面上的杂质除去，还可以消除阴极浸蚀过程中产生的渗氢现象，减轻氢脆。阳极浸蚀时间较短，可以避免工件的过度腐蚀，达到最佳处理效果。
2.3.7 钢铁工件的化学浸蚀工艺有哪些？
钢铁工件的化学浸蚀工艺如表2-36所示。
表2-36 钢铁工件的化学浸蚀工艺
注：工艺1、2为一般有氧化皮的钢铁铁酸洗工艺；工艺3、4为铸铁酸洗工艺，浸蚀前零件应喷砂或滚光，要求工艺4酸洗至粘的砂除净；工艺5、6为合金钢工艺；工艺7为表面光泽少锈并有氧化皮的碳钢及有氧化皮的弹簧或高强度拉力钢酸洗工艺；工艺8为有氧化皮的中高碳钢、低合金钢酸洗工艺；工艺9为有氧化皮的低碳钢酸洗工艺；工艺10为经热处理（淬火）后的厚氧化皮钢铁件酸洗工艺；工艺11、12为有黑皮的钢铁件酸洗工艺；工艺13为有黑皮的一般钢铁件或冲压件酸洗工艺；工艺14～16为光亮浸蚀酸洗工艺，可用于有氧化皮的低碳钢、厚氧化皮的零件、厚氧化皮的中高碳钢冷压加工件（其中工艺15为低、中高碳钢材料使用）；工艺17为各种钢铁件酸洗工艺；工艺18为含锰较高的弹簧钢酸洗工艺；工艺19为含硅量高的弹簧钢酸洗工艺；工艺20为含硫磷易切削钢酸洗工艺。工艺17～20为弱浸蚀。
2.3.8 钢铁工件的电化学浸蚀工艺有哪些？
钢铁工件的电化学浸蚀工艺如表2-37所示。
表2-37 钢铁工件的电化学浸蚀工艺
2.3.9 钛、钨、铬等金属及其合金的电化学浸蚀工艺有哪些？
钛、钨、铬等金属及其合金的电化学浸蚀工艺如表2-38所示。
表2-38 钛、钨、铬等金属及其合金的电化学浸蚀工艺
注：工艺1、2操作方法：先化学浸蚀10～15min，再接上交流电，在40V、2A/dm2下持续10min；工艺2为6Al-4V钛合金上镀镍铬；工艺3的阴极为碳棒或镍、钢、铅，先在5.4A/dm2以上的电流密度下处理至局部浸蚀停止（以气泡停止析出为难），再在5.4A/dm2下持续15～30min，适用范围为钝钛、4Al-4Mn钛合金上氰化预镀铜后镀铜、镉、银、镍；在用工艺5处理后，需在H2SO4=100g/L的硫酸溶液中浸10min；用工艺9时，先在2A/dm2下阳极浸蚀10min，再在20A/dm2下钝化2min，最后在20A/dm2下阴极活化2～3s（该法结合力好）。
2.3.10 不锈钢和耐热钢的浸蚀工艺有哪些？
热处理后的不锈钢和耐热钢表面有一层致密难溶的氧化皮，氧化皮中含有氧化铬、氧化镍及氧化铁铬。为去除氧化皮并防止基体金属腐蚀，不锈钢及耐热钢的浸蚀，包括浸蚀前松动氧化皮处理，浸蚀处理及后续清除挂灰及浸蚀残渣等工序。不锈钢及耐热钢浸蚀工艺如表2-39所示。
表2-39 不锈钢及耐热钢浸蚀工艺
注：工艺5、6，以盐酸为主要浸蚀剂，加入少量硫酸以提高其浸蚀能力，对基体腐蚀缓慢，常用于预浸蚀；工艺7比工艺6含硫酸量高，且加温，浸蚀效率高。工艺5、6、7适用于马氏体型不锈钢；工艺8为HNO3-HF型，对氧化皮有很强的溶解能力，而对基体腐蚀小；工艺9，用于精密零件的浸蚀；工艺10为HN03-HF-HC1型，用于氧化皮较厚的不锈钢和耐热钢零件的浸蚀，光亮浸蚀，适当调整三酸的浓度可以得到一定的抛光效果；工艺8、9、10适用于奥氏体型不锈钢。
2.3.11 铜和铜合金工件的浸蚀工艺有哪些？
铜及铜合金工件的浸蚀工艺包括一般浸蚀、光亮浸蚀和弱浸蚀工序，其工艺分别如表2-40～表2-42所示。
表2-40 铜及铜合金工件一般浸蚀工艺
注：工艺1～3为一般铜和铜合金零件酸洗工艺；工艺4为薄壁铜材酸洗工艺，工艺5为铍青铜酸洗工艺；工艺6为铜铸件酸洗工艺。
表2-41 铜及铜合金工件光亮浸蚀工艺
注：工艺7～9为铜和一般铜合金零件光亮浸蚀工艺；工艺10为铜、黄铜光亮浸蚀工艺；工艺11为铜、黄铜、低锡青铜、磷青铜光亮浸蚀工艺；工艺12为铜、黄铜、铜-锌-镍合金光亮浸蚀工艺。
表2-42 铜及铜合金工件弱浸蚀工艺
注：工艺13为铜、铍青铜浸蚀工艺；工艺14为锡青铜浸蚀工艺；工艺15、16为薄壁铜件、铜零件浸蚀工艺。
2.3.12 镁和镁合金工件化学浸蚀工艺有哪些？
镁和镁合金工件化学浸蚀工艺如表2-43所示。
表2-43 镁和镁合金工件化学浸蚀工艺
注：1．工艺1-9为一般浸蚀；工艺10～11为弱浸蚀；工艺12为活化。
2．工艺1为一般镁及镁合金浸蚀或去除氧化膜；工艺2为铸造毛坯浸蚀工艺，在工艺2溶液中浸蚀时，反应极为剧烈，必须严格控制溶液的浓度、温度和浸蚀时间，硝酸用量不得超过30mL/L，否则容易引起零件尺寸超差和起火；工艺3用于消除变形镁合金表面润滑剂的燃烧残渣；工艺4去除旧氧化皮时，还需用质量分数为5%—15%的铬酐溶液中和；工艺5为含硅的镁合金浸蚀工艺；工艺6为含铝高的镁合金浸蚀工艺；工艺7为精密零件浸蚀工艺；工艺8为一般零件浸蚀工艺；工艺9为一般镁合金化学镀镍前的浸蚀；工艺10为镁及镁合金化学镀镍前弱浸蚀；工艺II为含铝高的镁合金化学镀镍前弱浸蚀；工艺12为镁的镁合金浸蚀后的活化。
3．浸蚀后的零件，应迅速进行氧化处理或镀前浸金属处理，否则极易发生腐蚀。
4．最好用镁合金或铝镁合金制造浸蚀用挂具、盛具，并用绝缘材料隔离挂具与零件以免产生电化学腐蚀。
2.3.13 铝及铝合金工件的化学浸蚀工艺有哪些？
铝及铝合金工件化学浸蚀工艺如表2-44所示。
表2-44 铝及铝合金工件化学浸蚀工艺
2.3.14 锌及锌合金工件的浸蚀工艺有哪些？
锌及锌合金工件化学浸蚀工艺如表2-45所示。
表2-45 锌及锌合金工件化学浸蚀工艺
①为除去黄膜可在碳酸钠或8g/L硫酸溶液中浸渍。
②零件浸渍1min并清洗，若表面有不鲜明的黄铜色泽，可在10%～70%（质量分数）铬酐溶液中，于室温下浸渍1min去除。
2.3.15 锌、镉及其合金的浸蚀工艺有哪些？
锌、镉及其合金的浸蚀工艺如表2-46所示。
表2-46 锌、镉及其合金的浸蚀工艺
注：1.工艺1、2为一般浸蚀；工艺3～8为光亮浸蚀；工艺9～10为弱浸蚀。
2.工艺6在零件浸蚀1min并清洗后，若表面有不鲜明的黄铜色泽，可在质量分数10%～20%的铬酐溶液中，于室温下浸渍1min去除，工艺7在浸蚀后出现黄膜，应于碳酸钠或8g/L硫酸溶液中去除。
2.3.16 铅、锡及其合金的浸蚀工艺有哪些？
铅、锡及其合金的浸蚀工艺如表2-47所示。
表2-47 铅、锡及其合金的浸蚀工艺
2.3.17 钛、钨及其合金的浸蚀工艺有哪些？
钛、钨及其合金的浸蚀工艺如表2-48所示。
表2-48 钛、钨及其合金的浸蚀工艺
注：工艺1作为工艺2、3的预浸浊。
2.3.18 一步脱脂浸蚀工艺有哪些？
当工件表面油污不太严重时，为简化工序，减少设备，可采用乳化能力较强的乳化剂直接和浸蚀剂配合使用，把脱脂浸蚀工序合并在一起进行。钢铁工件脱脂-浸蚀一步法的工艺如表2-49所示。
表2-49 钢铁工件脱脂-浸蚀一步法的工艺
①OP10乳化剂也可用平平加代替。
2.3.19 为什么工件要进行钝化处理？钝化处理工艺有哪些？
经过脱脂浸蚀后的工件，表面活性较高，很容易生锈腐蚀。若浸蚀后不能立即进行化学镀或其下道工序时，应进行工序间缓蚀处理，即钝化处理，来达到防止生锈的目的。钢、铜及铜合金钝化处理工艺如表2-50所示。
表2-50 钢、铜及铜合金钝化处理工艺条件
（续）
注：经工艺1、2处理后的钢铁零件，不进行水洗，直接用压缩空气吹干，然后烘干。但在电镀前需要进行弱浸蚀，以去除钝化膜。