脱脂方法优化策略：温度和剂型影响测定结果

电镀上脱脂方法包括有机溶剂脱脂和水溶液脱脂。

1.有机溶剂脱脂

基于有机物中相似相溶的原理，使用烃类有机溶剂去除油污。例如汽油、煤油、甲苯、四氯化碳、三氯乙烯等短链烃类，有较好的脱脂效果。其中三氯乙烯是目前应用最多的脱脂剂。图1-1所示为三氯乙烯脱脂示意图。

脱脂时镀件先进入第一个槽内脱脂，这时镀件上70%的油脂被去除，然后转入第二个槽继续脱脂。第三个槽属于蒸汽脱脂，几乎达到98%～99%的脱脂率。三个槽中都安装有通风装置。由于三氯乙烯在光照、热、氧气的联合作用下易产生有毒的光气，所以脱脂槽要设置在避光的地方。当三氯乙烯中的油污达到25%～30%时要更换新液。

2.水溶液脱脂

由于有机溶剂成本高、有毒、废水处理困难，所以人们大多使用水溶液脱脂方法。即使使用了有机溶剂脱脂，工件表面仍然残留少量油污，不能直接电镀。水溶液脱脂分为化学脱脂和电解脱脂两种：

（1）化学脱脂 化学脱脂根据溶液的pH值分为碱性脱脂、酸性脱脂及中性脱脂。

1）碱性脱脂。这类脱脂剂根据脱脂时使用的温度分为高温脱脂、中温脱脂和低温脱脂。目前市场上大多采用中温脱脂和低温脱脂。

中温脱脂剂属于乳化脱脂，脱脂时表面活性剂将油污乳化后去除，使用温度在40～70℃之间。乳化脱脂原理如图1-2所示。

图1-1 三氯乙烯脱脂示意图

图1-2 乳化脱脂原理示意图

a）润湿油污 b）将油污乳化 c）脱脂结束

中温脱脂剂又称为乳化脱脂剂，其成分中含有碱、无机盐和表面活性剂。表面活性剂是乳化脱脂的主要成分。常用的品种有平平加、OP乳化剂等。可按下述配方自己配置。

氢氧化钠 10～20g/L

碳酸钠 10～40g/L

磷酸钠 20～60g/L

水玻璃 0～50g/L

OP-10 5～10g/L

操作温度 40～70℃

脱脂时间 油污除净为止

此配方适用于钢铁件脱脂，如果用于铜及其合金件可将火碱浓度降低到5～10g/L。

若用于铝及其合金件则去除火碱即可。在镀镍时最好不使用水玻璃，由于水玻璃难以清洗，易造成镀层结合力下降。

由于20世纪70年代的中东石油危机，西方国家开发了低温脱脂技术。经过四十余年的发展，低温脱脂技术已基本成熟。笔者本人从20世纪80年代便从事低温脱脂技术研究，已有三十余年，并开发出几种低温脱脂剂产品。从市场反馈情况来看，用户反映良好。这说明低温脱脂技术已基本成熟。

低温脱脂属于置换型脱脂，不发生化学反应，而是物理反应。脱脂原理可能是：溶液中渗透力很强的表面活性剂分子从油脂的细小缝隙中渗透到金属表面，并沿着表面向四处继续扩散。在扩散过程中部分表面活性剂吸附在金属表面上。在油污与金属之间形成了一层吸附层，将油污与金属分开，表面活性剂取代了油污的位置。在水的浮力作用下，由于油污较轻，所以就浮出水面，达到了去油的目的。所以低温脱脂又称为置换脱脂。在置换脱脂剂中由于选用了特殊表面活性剂组合，而不会与油污发生乳化反应。所以表面活性剂在脱脂过程中只是在金属表面吸附上一层后便不再消耗，只有带出损失了。这样，脱脂剂的使用寿命要比乳化型脱脂剂的寿命长就不难理解了。图1-3所示为置换脱脂原理示意图。

图1-3 置换脱脂原理示意图

a）表面活性剂分子进入油膜缝隙 b）进入金属表面 c）将油污与金属隔离 d）表面活性剂分子取代油膜

经过三十多年的使用，总结出低温脱脂工艺具有以下优点：

①使用温度低，节能十分明显。一般油脂的去除在室温下即可。当适当提高温度后，可使脱脂速度明显加快。测定结果表明，每提高10℃，脱脂速度提高1倍。

②溶液使用寿命长。测定结果表明置换脱脂剂比乳化型脱脂剂使用寿命至少长1倍以上。

③不会造成二次污染。脱脂后油污会漂浮在液面上，当镀件从脱脂槽中提出液面时，金属表面不会遭到漂浮油脂的污染。笔者曾经做过试验：将镀件从漂有10mm厚的油层内取出脱脂后，做镀亮镍层结合力试验，结果证明结合力合格。

低温脱脂也有不足之处，它不能在低温时去除抛光膏类等含有石蜡类油脂，也不能使用高温，因为过高的温度会使表面活性剂浮出。

由于低温脱脂技术大多保密，至今还没有公开配方发表。不过市场上有一些产品出售。下面介绍两种较好的产品，供读者参考。

①988型低温除油粉。配方如下：

使用浓度 30～60g/L

操作温度 10～50℃

适用油脂 大多数油脂

适用金属 钢铁件、铜及合金件、铝及合金件

脱脂方法 浸泡、超声波

生产商 北京欣普雷技术开发有限公司

注：988是个系列产品。988A适用于镀镍工艺，988B适用于有色金属上拉伸油的去除，988C适用于去除钢铁件上的重油，988D为无磷低温去油剂。

②YB-5常温脱脂剂。配方如下：

使用浓度 80～100g/L(www.zuozong.com)

使用温度 室温

适用金属 各种金属

生产商 上海有机研究所

笔者在试验中发现，硅酸盐在置换型脱脂剂中似乎没有形成硅胶的风险，经笔者多次将铁件在含有硅酸盐的脱脂剂中脱脂后，做电镀镍的结合力试验，没有发现结合力不好的现象。究其原因，可能与表面活性剂分子在金属表面的特性吸附有关。硅酸盐在高温和中温脱脂剂中经常会造成电镀结合力不好的现象。人们普遍认为是硅酸盐不易清洗，带入酸洗中形成硅胶所致。

2）酸性脱脂。酸性脱脂的效率远不如碱性脱脂，但在金属表面油污较少时可以使用酸性脱脂，既去除了油污又能去除氧化膜，俗称二合一脱脂。实际上酸是不能去油的，只是在酸与氧化皮反应时析出的气体将油膜撕裂后漂起。所以，油污较多的镀件不能使用酸性脱脂。下面介绍一个典型的酸性脱脂配方：

硫酸 100～200g/L

OP-10 5～10g/L

硫脲 2～4g/L

操作温度 10～30℃

在上述配方中，硫酸起去除氧化皮的作用，OP-10是乳化剂，起去油的作用，硫脲是缓蚀剂，抑制硫酸对铁件的腐蚀。此配方也可以使用盐酸，但缓蚀剂应换成六次甲基四胺。

3）生物脱脂技术。由于环境保护压力日甚，对脱脂废水中的化学耗氧量（COD）要求越来越严，国外发明了生物脱脂技术。

生物脱脂的机理是：自然界中存在的一些微生物具有将有机物分解成二氧化碳的能力。将这种微生物用来作脱脂剂的一部分，让其分解从金属表面剥离下来的油脂，并分解成二氧化碳和水，以达到减少COD排放的目的。

从金属表面脱脂下来的油污呈长碳链状的微粒或微团。这些微粒或微团先是被真菌或细菌撕裂成更小的微粒或微团，然后继续分解成二氧化碳、氮气及水溶性物质，分解过程中，要不断地通入氧气（空气）以供细菌使用。嗜氧菌不断繁殖，并抑制厌氧菌的生长。

这种化学品与生物技术的结合保证了脱脂剂性能的稳定，获得了最佳的工艺性能和极长的溶液寿命，降低了废水的排放量。

生物脱脂技术也不是万能的，它对焦油或木焦油类油脂分解能力较差，对三氯乙烯类溶剂没有分解能力。

生物脱脂适用于低温操作，温度在40～50℃最好，过高的温度不适于细菌的生长。

国内市场上有安美特的产品出售。国内研制的产品还未见报道。

（2）电解脱脂 电解脱脂是通电去除油污的一种方法。根据镀件所处的位置又有阳极脱脂、阴极脱脂和换向脱脂三种。

电解脱脂的原理与化学脱脂不同，它是通过电解过程中电极反应时生成的气体作用及化学反应的联合作用去除油污的。所以，电解脱脂的速度快得多。

电解脱脂剂的组成与化学脱脂剂有所不同。它除了必须使用碱性物质外，还必须含有能络合金属离子，使之不被镀出的物质，同时还要含有能抑制碱雾的成分。

电解反应中生成的氢气比氧气多了一倍，所以阴极脱脂要比阳极脱脂快。但是氢原子在生成氢气前会渗透到铁件晶格中，造成氢脆，影响铁件的疲劳强度。所以人们采用换向脱脂的方法解决了这一难题。在换向脱脂时，要先进行阴极脱脂，然后再进行阳极脱脂。

电解脱脂是在钢槽中进行的，镀件作阴极时称为阴极脱脂，镀件作阳极时，称为阳极脱脂。对极一般采用不锈钢。

在电解脱脂时，有色金属一般不采用阳极脱脂，而采用阴极脱脂。钢铁件大多采用混合脱脂方法。

下面举出两个电解脱脂的工艺：

1）钢铁件电解脱脂工艺：

火碱 20～30g/L

纯碱 10～20g/L

硅酸钠 0～30g/L

焦磷酸钠 10～20g/L

平平加O 2～5g/L

操作温度 60～70℃

电流密度 5～10A/dm²

2）铜及其合金件电解脱脂工艺：

纯碱 20～30g/L

三聚磷酸钠 10～20g/L

硅酸钠 10～20g/L

OP-10 2～4g/L

操作温度 40～60℃

电流密度 3～7A/dm²

表1-1中给出了几种市售电解脱脂粉的相关数据。

表1-1 几种市售电解脱脂粉的相关数据

注：1—北京欣普雷技术开发有限公司；2—厦门宏正化工有限公司；3—中国美坚化工集团有限公司；4—广州二轻研

究所。