一種液相等離子大面積金屬材料表面連續(xù)處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明開發(fā)了一種液相等離子大面積金屬表面連續(xù)處理的方法，特別是用于涂鍍前處理與金屬涂層的沉積，尤其可以替代金屬板及絲生產(chǎn)過程中的酸洗堿洗環(huán)節(jié)，以及電鍍及電鍍預(yù)處理環(huán)節(jié)，可以有效減少污染，降低能耗。
【背景技術(shù)】
[0002]表面清洗/沉積技術(shù)是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中的重要環(huán)節(jié)，在各種金屬制品表面處理中扮演著十分重要的角色。金屬部件如鋼材，在使用之前通常需要對(duì)其表面進(jìn)行清洗或防腐處理，清除金屬表面的氧化皮、防腐油、潤滑油、銹蝕等各種污染物和殘留物，以便提高材料的使用性能及后續(xù)鍍層的質(zhì)量。
[0003]金屬表面清洗技術(shù)主要分為:機(jī)械清洗、化學(xué)清洗、噴射清洗和電解清洗等。這幾種傳統(tǒng)的表面清洗方法在工業(yè)中已經(jīng)應(yīng)用很久。脫脂、除油、酸洗、活化等步驟需要大量的有機(jī)溶劑，強(qiáng)酸、堿等對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重的溶液，生產(chǎn)流程極為復(fù)雜，電鍍過程中同樣加入大量的強(qiáng)酸堿，氰化物等劇毒物質(zhì)，作業(yè)過程中的環(huán)境較為惡劣，并且每年對(duì)于使用過后的污水處理都需要投入巨大的資金，浪費(fèi)大量的能源。隨著機(jī)械制造業(yè)的快速發(fā)展及現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)對(duì)于經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性、安全性的要求，迫切需要尋找更加高效、清潔且不具損傷性的表面處理技術(shù)，基于此現(xiàn)狀急需找到一種可以替代傳統(tǒng)金屬表面清洗的高效、節(jié)能、環(huán)保的新方法。
[0004]氣相等離子表面處理對(duì)工作環(huán)境的要求極高，需要精密的設(shè)備進(jìn)行操作，并且很難對(duì)大面積的金屬件進(jìn)行處理。普通的液相等離子體雖然技術(shù)難度更低，但是在陰極產(chǎn)生等離子需要極大的電流。而本發(fā)明提出的方法可以有效解決在清洗過程中的能耗問題，可以大幅度地減小陰極表面的電流密度，可對(duì)大面的金屬線材及板材進(jìn)行處理，并且處理后的表面質(zhì)量更為均勻。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明主要解決對(duì)大面積的金屬板及絲進(jìn)行表面處理并實(shí)現(xiàn)低能耗低成本的問題。
[0006]—種液相等離子大面積金屬材料表面連續(xù)處理方法，其特征在于設(shè)置了阻擋層，阻擋層浸于金屬鹽溶液中，將被處理的材料置于在阻擋層中心作為陰極，陽極采用鉑或石墨等惰性電極材料，與大功率電源連成回路。采用高壓脈沖等離子放電技術(shù)，巨大的局部電流在陰極表面產(chǎn)生等離子區(qū)。在金屬鹽溶液中，產(chǎn)生等離子后的高能活性物質(zhì)可以對(duì)被處理的材料表面進(jìn)行清洗，高溫高能以及脈沖電流的震蕩可加速去除表面雜質(zhì)，巨大的熱量增大材料表面的粗糙度，有利于下一步的涂鍍操作。
[0007]其具體操作步驟為:用帶有微孔的網(wǎng)制成的管體或者槽體制成阻擋層，阻擋層由絕緣球材料構(gòu)成，在實(shí)際作業(yè)過程中，阻擋層完全浸入溶液之中，被處理的材料置于在阻擋層中心，連接電源的負(fù)極，作為陰極電極，阻擋層的外側(cè)20mm-200mm外設(shè)置陽極管或陽極板，采用高壓脈沖等離子放電技術(shù)，在陰陽極之間加載50V-2000V的直流或脈沖電壓，由此在阻擋層內(nèi)部距陰極表面0-50mm范圍內(nèi)形成細(xì)小的電弧，大量的細(xì)小電弧形成等離子區(qū)；當(dāng)反應(yīng)發(fā)生在電解產(chǎn)物為氫氣與氧氣的電解液中，此等離子區(qū)域可以對(duì)陰極表面進(jìn)行油污、雜質(zhì)氧化物進(jìn)行處理，獲得潔凈的表面。處理過程中陰極需沿其長軸方向快速運(yùn)動(dòng)，使陰極產(chǎn)生的氣泡只集中在陰極表面附近，通過溫控系統(tǒng)水溫控制在40-90攝氏度之間。
[0008]當(dāng)反應(yīng)發(fā)生在產(chǎn)物為金屬與氧氣的體系中，此等離子區(qū)可加速陽離子在陰極表面的還原與沉積，獲得致密的金屬涂層。
[0009]所用的絕緣球的材料為陶瓷，耐高溫塑料或其他耐高溫的絕緣材料，其尺寸范圍為1-5000微米，絕緣球的形狀為不規(guī)則的球形或其他任意形狀。
[0010]所用的溶液為:碳酸氫鈉，碳酸鈉等弱堿性溶液，可以單獨(dú)使用也可以混合使用，也可為弱酸性溶液，使用溶液電解產(chǎn)物為氫氣與氧氣，碳酸氫鈉溶液的濃度范圍為0-14%，碳酸鈉溶液的濃度為0-14%。
[0011 ] 所使用的等離子體放電技術(shù)可以是電暈放電、輝光放電、介質(zhì)阻擋放電、射頻微波放電中的一種。
[0012]所用電源可以為直流電源，脈沖電源，電源電壓范圍為0-2000V，電流范圍為0-400A，頻率為 O-lOOOOOHz，占空比為 1% -95%。
[0013]所述金屬線材及板材通過特殊的傳動(dòng)裝置進(jìn)行快速運(yùn)動(dòng)，傳動(dòng)裝置包括放軸，矯直，收軸等，對(duì)于金屬線材可以進(jìn)行多排并列處理。
[0014]所述阻擋層的厚度為5mm-100mm，陰陽極之間的距離為10mm-400mm，包裹阻擋層的材料可以為金屬，也可以為聚合物，包裹阻擋層材料表面需要有孔隙，孔隙的范圍主要隨絕緣球的尺寸決定，孔隙從100目-1000目.
[0015]此種金屬表面處理的方法主要用于冷熱乳金屬板、冷熱拔金屬絲的表面處理。
[0016]處理過程中陰極需沿其長軸方向快速運(yùn)動(dòng)。金屬線材及板材通過特殊的傳動(dòng)裝置進(jìn)行矯直，通過摩擦輪傳動(dòng)進(jìn)入反應(yīng)區(qū)。采用特制的電刷與電源陰極相連以保證處理過程大電流的需要。并且循環(huán)溶液需要將直接注入阻擋層內(nèi)部，以使得產(chǎn)生的氫氣氣泡主要集中在陰極表面，此方法主要用來限制等離子體區(qū)域的范圍靠近陰極表面，并且主要電壓降也靠近陰極表面。
[0017]本發(fā)明通過碳酸鈉、碳酸氫鈉等或各種金屬鹽溶液(硫酸鋅、硫酸鎳等)為主要介質(zhì)，與大量的絕緣性固體顆?；旌?，將需要被處理的金屬材料放入其中，置為陰極，陽極采用鉑或石墨等惰性電極材料，以防止在處理過程中的氧化。惰性電極材料與大功率電源連成回路。采用高壓脈沖等離子放電技術(shù)，因?yàn)榇罅拷^緣性固體顆粒的阻擋作用，巨大的局部電流可以在陰極表面產(chǎn)生等離子區(qū)。在碳酸鈉或者碳酸氫鈉溶液中，產(chǎn)生等離子后的高能活性物質(zhì)可以對(duì)表面進(jìn)行清洗，高溫高能以及脈沖電流的震蕩可加速去除表面雜質(zhì)，巨大的熱量增大材料表面的粗糙度，有利于下一步的涂鍍操作。在金屬鹽溶液(硫酸鋅、硫酸鎳等)中，產(chǎn)生等離子的高能可以加速金屬離子在陰極表面的還原及沉積，可以在陰極快速獲得鍍層。本發(fā)明通過傳動(dòng)裝置可對(duì)扎裝、軸裝金屬絲，卷裝金屬板材進(jìn)行連續(xù)表面處理。
[0018]本發(fā)明相比于普通的液相等離子處理工藝主要有如下優(yōu)勢(shì):
[0019](1)此發(fā)明通過傳動(dòng)裝置及導(dǎo)電裝置可對(duì)對(duì)扎裝、軸裝的金屬線材及卷裝的板材進(jìn)行連續(xù)處理。
[0020](2)此發(fā)明在電解槽中加入了由大量絕緣微球構(gòu)成的阻擋層，此阻擋層可以降低電解發(fā)生的速度，但在陰極局部可以減小等離子發(fā)生面積，有效解決了大面積金屬表面處理的問題。
[0021](3)此阻擋層并且可以阻止在陰極表面析出的氫氣的快速溢出，尤其是對(duì)金屬線材的清洗起到均勻化的作用。
[0022](4)將溶液直接注入阻擋層中，可以將溢出的氣體快速剝離，此種方法可以使反應(yīng)槽中的壓降更加集中在靠近陰極表面的區(qū)域，也起到了降低能耗的作用。
【附圖說明】
[0023]圖1是本發(fā)明處理過后的低碳鋼表面SEM照片
[0024]圖2是通過本發(fā)明在低碳鋼表面制備的Zn鍍層的SEM照片
[0025]圖3是通過本發(fā)明清洗過后的不銹鋼表面三維形貌圖
[0026]圖4通過本發(fā)明在低碳鋼絲表面沉積Zn涂層后的截面照片
[0027]圖5是本發(fā)明的設(shè)備原理圖具體實(shí)施方案
[0028]下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)一步說明。
[0029]實(shí)施例1
[0030]采用圖1所示的機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行對(duì)2