一種液相等離子大面積金屬材料表面連續處理方法
【技術領域】
[0001]本發明開發了一種液相等離子大面積金屬表面連續處理的方法，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過程中的酸洗堿洗環節，以及電鍍及電鍍預處理環節，可以有效減少污染，降低能耗。
【背景技術】
[0002]表面清洗/沉積技術是現代工業生產中的重要環節，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其表面進行清洗或防腐處理，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鍍層的質量。
[0003]金屬表面清洗技術主要分為:機械清洗、化學清洗、噴射清洗和電解清洗等。這幾種傳統的表面清洗方法在工業中已經應用很久。脫脂、除油、酸洗、活化等步驟需要大量的有機溶劑，強酸、堿等對環境污染嚴重的溶液，生產流程極為復雜，電鍍過程中同樣加入大量的強酸堿，氰化物等劇毒物質，作業過程中的環境較為惡劣，并且每年對于使用過后的污水處理都需要投入巨大的資金，浪費大量的能源。隨著機械制造業的快速發展及現代工業生產對于經濟性、環保性、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，基于此現狀急需找到一種可以替代傳統金屬表面清洗的高效、節能、環保的新方法。
[0004]氣相等離子表面處理對工作環境的要求極高，需要精密的設備進行操作，并且很難對大面積的金屬件進行處理。普通的液相等離子體雖然技術難度更低，但是在陰極產生等離子需要極大的電流。而本發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，可對大面的金屬線材及板材進行處理，并且處理后的表面質量更為均勻。

【發明內容】

[0005]本發明主要解決對大面積的金屬板及絲進行表面處理并實現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處理方法，其特征在于設置了阻擋層，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，巨大的局部電流在陰極表面產生等離子區。在金屬鹽溶液中，產生等離子后的高能活性物質可以對被處理的材料表面進行清洗，高溫高能以及脈沖電流的震蕩可加速去除表面雜質，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:用帶有微孔的網制成的管體或者槽體制成阻擋層，阻擋層由絕緣球材料構成，在實際作業過程中，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，連接電源的負極，作為陰極電極，阻擋層的外側20mm-200mm外設置陽極管或陽極板，采用高壓脈沖等離子放電技術，在陰陽極之間加載50V-2000V的直流或脈沖電壓，由此在阻擋層內部距陰極表面0-50mm范圍內形成細小的電弧，大量的細小電弧形成等離子區；當反應發生在電解產物為氫氣與氧氣的電解液中，此等離子區域可以對陰極表面進行油污、雜質氧化物進行處理，獲得潔凈的表面。處理過程中陰極需沿其長軸方向快速運動，使陰極產生的氣泡只集中在陰極表面附近，通過溫控系統水溫控制在40-90攝氏度之間。
[0008]當反應發生在產物為金屬與氧氣的體系中，此等離子區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，可以單獨使用也可以混合使用，也可為弱酸性溶液，使用溶液電解產物為氫氣與氧氣，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可以是電暈放電、輝光放電、介質阻擋放電、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裝置進行快速運動，傳動裝置包括放軸，矯直，收軸等，對于金屬線材可以進行多排并列處理。
[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動。金屬線材及板材通過特殊的傳動裝置進行矯直，通過摩擦輪傳動進入反應區。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。并且循環溶液需要將直接注入阻擋層內部，以使得產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，與大量的絕緣性固體顆粒混合，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，因為大量絕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生等離子區。在碳酸鈉或者碳酸氫鈉溶液中，產生等離子后的高能活性物質可以對表面進行清洗，高溫高能以及脈沖電流的震蕩可加速去除表面雜質，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。本發明通過傳動裝置可對扎裝、軸裝金屬絲，卷裝金屬板材進行連續表面處理。
[0018]本發明相比于普通的液相等離子處理工藝主要有如下優勢:
[0019](I)此發明通過傳動裝置及導電裝置可對對扎裝、軸裝的金屬線材及卷裝的板材進行連續處理。
[0020](2)此發明在電解槽中加入了由大量絕緣微球構成的阻擋層，此阻擋層可以降低電解發生的速度，但在陰極局部可以減小等離子發生面積，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槽中的壓降更加集中在靠近陰極表面的區域，也起到了降低能耗的作用。
【附圖說明】
[0023]圖1是本發明處理過后的低碳鋼表面SEM照片
[0024]圖2是通過本發明在低碳鋼表面制備的Zn鍍層的SEM照片
[0025]圖3是通過本發明清洗過后的不銹鋼表面三維形貌圖
[0026]圖4通過本發明在低碳鋼絲表面沉積Zn涂層后的截面照片
[0027]圖5是本發明的設備原理圖具體實施方案
[0028]下面結合實施例對本發明的技術方案進一步說明。
[0029]實施例1
[0030]采用圖1所示的機械結構進行