【行业资讯】金属表面处理技术——钝化处理

一、什么是钝化

钝化，是指活性金属或合金在特定介质作用下，其化学活性显著降低，呈现出类似贵金属的稳定性。这种变化是由于金属表面生成了一层致密的结构，通常形成一层肉眼难以察觉的薄膜，即钝化膜。这层膜紧密覆盖在金属表面，从而极大地改变了金属的表面状态，使金属的电极电位向正方向发生显著跃变，进而展现出耐腐蚀的贵金属特性。

铝合金表面的化学转化膜工艺主要包括铬酸盐钝化处理法和非铬酸盐钝化处理法两大类。虽然铬酸盐钝化处理法具有诸多优点，但鉴于其高毒性、致癌性以及对环境的严重污染，许多国家已对其使用和排放做出了严格限制。随着欧盟相关指令的生效，铬酸盐在金属表面处理中的应用受到了极大制约。因此，研发新型的无铬钝化工艺已成为当务之急，以替代传统的铬酸盐钝化处理法。

二、钝化原理

金属或合金在受到某些因素的影响下，其化学稳定性会显著增强，这一现象被称为钝化。当某些钝化剂，如浓HNO3、浓H2SO4、HClO3、K2Cr2O7、KMnO4等氧化剂，与金属接触时，会引发化学钝化。钝化后的金属，其电极电势会向正方向移动，从而失去如钝化铁在铜盐中无法置换铜等原有特性。

此外，电化学方法也可用于使金属钝化。例如，将Fe置于H2SO4溶液中作为阳极，通过外加电流极化阳极，并利用特定仪器将铁的电位升高到一定程度，即可实现Fe的钝化。这种由阳极极化引起的金属钝化现象被称为阳极钝化或电化学钝化。

金属处于钝化状态时，其耐腐蚀性会得到显著提升。然而，在某些情况下，如电镀和化学电源等工艺中，为了保证金属能正常参与反应而溶解，又必须避免钝化的发生。那么，金属是如何钝化的呢？其钝化机理又是什么呢？关键在于理解钝化现象是由金属相和溶液相的相互作用，还是在界面上发生的。实验证明，不断刮磨金属表面会使其电势剧烈向负方向移动，这说明钝化现象与界面密切相关。因此，可以得出结论：钝化是在一定条件下，金属与介质相互接触的界面上发生的变化所导致的。

三、钝化膜理论

金属表面的钝化膜究竟是何种结构？是作为独立相的膜，还是具有吸附性的膜？目前，这一领域存在两种主要学说：成相膜理论和吸附理论。

成相膜理论主张，在金属溶解并处于钝化状态时，其表面会生成一层紧密且覆盖性良好的固态物质。这层物质独立存在，被称为钝化膜或成相膜，它通过机械隔离的方式将金属表面与溶液分隔开，从而显著降低金属的溶解速度，使其呈现钝态。实验证明，在某些钝化金属的表面上，我们可以观察到成相膜的存在，并能测量其厚度和组成。例如，通过使用能溶解金属但不与氧化膜反应的试剂，我们可以小心地溶解掉膜下的金属，从而分离出肉眼可见的钝化膜。那么，钝化膜是如何形成的呢？当金属在阳极发生溶解时，其周围溶液层的成分会发生变化，这为钝化膜的形成提供了必要的条件。

四、钝化的分类

钝化现象在金属表面处理中占据着重要的地位，其分类方式多种多样。根据不同的标准，钝化可以被划分为多种类型。例如，按照金属在钝化过程中的行为和特性，我们可以将其分为阳极钝化和阴极钝化；而从应用角度出发，则又可分为化学钝化和电化学钝化等。这些分类方式不仅有助于我们更深入地理解钝化现象的本质，也为实际生产中的金属表面处理提供了重要的理论指导。

1、化学钝化

这是金属与钝化剂自然反应产生的钝化现象，又被称为自动钝化。在空气和一些含氧溶液中，铬、铝、钛等金属容易与氧发生反应，从而形成钝化层，这些金属因此被称为自钝化金属。利用这一特性，我们可以有效减缓这些金属的腐蚀速度。例如，钢铁常通过硝酸、重铬酸钾或亚硝酸钠等溶液进行钝化处理，以提高其耐蚀性。此外，在铁中加入易钝化金属成分，还可以冶炼出耐蚀不锈钢。

2、酸洗钝化

这一工艺主要用于清除不锈钢表面的各类污垢，如油污、锈迹、氧化皮和焊斑等。经过处理，不锈钢表面会呈现出均匀的银白色，显著提高其抗腐蚀性能。该工艺适用于各种型号的不锈钢零件、板材及其设备，具有操作简便、经济实惠的特点。此外，通过添加高效缓蚀剂和抑雾剂，该工艺还能有效防止金属过腐蚀和氢脆现象，抑制酸雾产生。

五、钝化处理

这是化学清洗过程中的一个关键步骤。在锅炉经过酸洗、水冲洗和漂洗后，金属表面虽然清洁但非常活化，容易遭受腐蚀。因此，必须立即进行钝化处理，以在金属表面形成保护膜，从而减缓腐蚀。这一处理过程对于不锈钢的全面酸洗钝化尤为重要，它能有效清除各类污垢，使处理后的不锈钢表面呈现均匀的银白色，并显著提高其抗腐蚀性能。该工艺同样适用于各种型号的不锈钢零件、板材及其设备。

1、特点

该钝化处理工艺操作简便、使用便捷，且经济实惠。通过添加高效缓蚀剂和抑雾剂，有效防止了金属出现过腐蚀和氢脆现象，同时抑制了酸雾的产生。特别适用于处理小型复杂工件，不适合涂膏的情况，相较于市场上的同类产品，其效果更佳。

2、使用方法

根据不锈钢的材质和氧化皮严重程度的不同，可以灵活调整使用方法。通常，铁素体、马氏体和镍含量较低的奥氏体不锈钢（如420、430、200、201、202、300、301等）在稀释后使用效果更佳，而镍含量较高的奥氏体不锈钢（如304、321、316、316L等）则适合用原液浸泡。处理过程中，一般常温或加热到50~60度后使用，浸泡时间根据实际情况确定，通常为3-20分钟或更长，直至表面污垢完全清除，形成均匀银白色的钝化处理膜为止。处理完成后，需用清水冲洗干净，最好再用碱水或石灰水冲洗中和。

此外，还有多种钝化液可供选择，如常温钝化的镀锌层三价铬彩色钝化剂、三价铬钝化液等，适用于钢铁镀锌后的彩色钝化处理。同时，还有不锈钢环保钝化液、酸洗钝化液等，专为不锈钢设计，具有优异的耐蚀性和环保性能。

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