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（3）除銹粗化金屬材料在空氣中由于氧、水分及其他介質作用引起的腐蝕或變色叫做生銹或銹蝕，其腐蝕產物習慣上稱為“銹”。一般在高溫下空氣對金屬的侵蝕叫做氧化，其氧化產物稱為“氧化皮”。銹蝕和氧化皮妨礙環氧膠黏劑對被粘基體的濕潤，需要清除，露出基體的新鮮表面。為了增加粘接面積提高粘接強度，通常要求表面具有適當的粗糙度。對于金屬材料，在除銹的同時，往往也會達到粗化的目的，因此歸為一起討論。

除銹的方法有手工法、機械法、化學法、電解法、超聲波法等。

①手工除銹手工法除銹主要是依靠人力使用簡單的工具進行打磨，這些工具有砂布、砂紙、銼刀、刮刀、砂輪、鋼絲刷、不銹鋼絲刷等，通過擦、銼、刮、磨、刷等方式除去金屬表面的銹蝕并獲得適當的粗糙度。這些方法最簡單，用之最普遍，但勞動條件比較差、效率低，只適用于對粘接強度要求不太高或作為預處理的情況。

②機械除銹機械法是利用某種機械設備及工具除去金屬表面的銹蝕，這些機械有手提式鋼板除銹機、電動砂輪、風動刷、電動刷、砂帶機、除銹槍、噴砂機、磨光輪、角向磨光機等，通過摩擦與噴射金屬表面而除銹。

利用噴砂機噴射出高速砂流對金屬表面除銹粗化，是速度最快、效率最高、效果最好的一種快捷、簡便、易控的高模量材料表面處理方法，可以除掉氧化皮、銹蝕、型砂、積炭、焊渣、舊漆層等污物。噴砂機由壓縮空氣泵、儲氣罐、油水分離器、橡膠管、噴槍等組成。噴砂處理用的磨料有河砂、海砂、礦砂、石英砂、氧化鋁、金剛砂、鋼丸，普遍采用的為河砂、石英砂、鋼丸等。為了得到較均勻粗糙的表面，所用磨料應當篩選，盡量使粒度大小基本一致。磨料還應在120℃左右烘干，干燥砂粒能獲得最大的摩擦效應，并可防止濕砂對金屬表面的不良影響。

噴砂處理可分為干法噴砂和濕法噴砂。干法噴砂又分為露天噴砂和無塵噴砂，干法露天噴砂一般采用河砂或石英砂，粒度80～100目，以0.2～0.7MPa壓力的壓縮空氣噴射。可除掉鋼板表面的銹層和氧化皮，獲得粗糙度均勻的表面。干法露天噴砂簡單易行，適用于大面積的表面處理，只是粉塵濃度大，污染環境，易患矽肺，危害健康，并且砂粒也難以回收。

干法無塵噴砂是加砂、噴砂、集砂回收和工件都在密閉系統里，完全可以避免粉塵飛揚，沒有空氣污染，保護環境，砂粒回收容易，可重復使用，只是不能對大面積工件進行表面噴砂處理。

濕法噴砂比干法噴砂適應性更大，是將水和砂粒（如氧化鋁）按比例為3:1（體積）混合成砂漿，砂粒粒度140～325目，再以壓力為0.2～0.7MPa的壓縮空氣噴射。為防止噴砂處理后再生銹，預先于水中加入緩蝕劑，如亞硝酸鈉、三乙醇胺、乳化劑等，亞硝酸鈉的濃度為0.3%～0.5%，三乙醇胺為0.1%～0.3%，乳化劑為0.5%～1.0%。濕法噴砂處理的質量好，無粉塵產生，但冬天不能露天操作。

為了避免砂塵飛揚，開始采用金屬丸代替河砂或石英砂進行噴砂處理，金屬丸粒度為6～50目，廣泛用于型鋼、圓鋼、帶材、板材等的除銹處理。

應當指出，噴砂處理方便高效，但對于薄型件不宜采用，容易產生翹曲或變形。細小部位很難處理。也不適用于高彈性材料。

干冰噴砂是清垢除污的新方法，利用低溫（-73℃）的干冰細粒噴向被處理表面，使表面的污垢冷凍脆化及炸裂。當干冰細粒鉆進污垢裂縫后，隨即氣化，瞬間其體積膨脹近800倍，從而使污垢脫離被粘物表面。

③化學除銹化學法除銹就是利用化學反應方法把金屬表面的銹蝕溶解剝落，它特別適用于小型和比較復雜的工件，或者是無噴砂設備條件的情況。化學除銹的依據是金屬的銹蝕產物主要是金屬的氧化物及氫氧化物，可被酸或堿溶解，實質是一種強腐蝕。

a.鋼鐵的除銹鋼鐵表面的銹蝕主要成分是Fe₂O₃及Fe₃O₄和FeO，熱處理后的氧化皮主要是Fe₃O₄。這些鐵的氧化物都可用硫酸、鹽酸或混合酸處理除掉，其化學反應如下：

上述反應（1）和（4）進行最快。三氧化二鐵和四氧化三鐵是不大容易溶解的，只有當酸滲到鐵的表面，鐵為陽極，與氧化皮接觸處首先溶解，生成氫氣，產生壓力，才使氧化物從鋼鐵表面脫落：

同時，放出的氫氣能使三氧化二鐵和四氧化三鐵還原為氧化亞鐵，加大了在酸中的溶解度，還能加快黑色氧化皮的剝落。因而加速了除銹過程：

然而，氫氣還可滲入鋼鐵內部，引起氫脆。另外，氫氣逸出會帶酸霧，危害健康。為了消除這些不利影響，防止和減少除銹過程對金屬基體的腐蝕和氫脆，可于除銹液中加入適當的緩蝕劑。常用的緩蝕劑為：用于硫酸溶液的緩蝕劑有若丁、烏洛托品-硫脲、有機胺類、鄰二甲苯硫脲、醛胺縮合物等；用于鹽酸溶液的緩蝕劑有六次甲基四胺、松香咪唑啉、糠醛等。緩蝕劑的用量一般為1～3g/L。若丁（rodine）的主要成分為鄰二甲苯硫脲、糊精、平平加、氯化鈉。

鑄鐵件因含硅若以鹽酸除銹需加入一些氫氟酸，可加入六次甲基四胺、若丁、2-巰基苯并噻唑+OP等作緩蝕劑。

以酸除銹要控制酸的濃度、處理溫度和時間。硫酸的濃度控制在20%～25%最好，鹽酸以15%～20%為佳。硫酸溶液的溫度一般在50～60℃，鹽酸溶液的溫度一般為30～40℃。

鹽酸比硫酸溶解金屬氧化物的能力強，但硫酸發生氫脆現象比鹽酸少。

鋼鐵化學除銹的典型配方如下。

配方1：硫酸（96%） 150～250g/L

硫脲 2～3g/L

水余量

處理溫度40～60℃；處理時間1～3min。

配方2：鹽酸（38%） 150～200g/L

六次甲基四胺 1～3g/L

水余量

處理溫度30～40℃；處理時間：1～3min。

配方3：鹽酸（38%） 100g/L

氫氟酸 10～20g/L

水余量

處理溫度30～40℃；處理時間1～5min。

該配方適用于鑄件的除銹。

配方4：鹽酸 15%～18%

氫氟酸 1.0%

六次甲基四胺 0.5%

水余量

用于鋼鐵氧化皮的酸洗。

鋼鐵除銹后不能用丙酮或丁酮擦洗，而應用甲苯，因為酮類含有微量水分易引起生銹。

b.不銹鋼的除銹不銹鋼的表面有氧化鉻保護層，對酸有很強的耐蝕性，因此，常用硝酸和氫氟酸混合液除去無機和有機污物，其中硝酸的作用是使有機污物氧化分解，并使不銹鋼鈍化，而氫氟酸則對無機銹蝕有溫和的溶解作用。不銹鋼的除銹一般分為松散（動）銹蝕和除掉銹蝕兩步。如果銹層很薄，只進行第2步即可。

松散銹層的配方為：

硫酸 100g/L

鹽酸 100g/L

水余量

處理溫度55～60℃；處理時間10～15min。

除掉銹層的配方為：

硫酸 70g/L

硝酸（65%） 120g/L

氫氟酸（35%） 20g/L

水余量

處理溫度18～25℃；處理時間30～60min。

為防止對基體腐蝕，可加入少量緩蝕劑826（有機胺類）。為避免再氧化應在22%～30%的稀硝酸中進行鈍化處理，溫度為50℃:左右，時間控制在20～60min。

c.鋁及其合金除銹鋁及其合金表面的氧化膜，可用堿溶液或酸溶液除去，其中以堿溶液用得最普遍。堿溶液除銹的速度快、效率高。表面油污不嚴重時，不需要預先除油，可同時進行，但是，如果控制不嚴，容易造成基體腐蝕，而酸溶液除銹則無此弊端，不過要預先用有機溶劑除油。

常用的堿液為10%左右的氫氧化鈉溶液，溫度18～25℃，浸蝕時間0.5～1min。再于稀硝酸中20～30℃進行浸蝕鈍化0.1～0.2min。為了改善外觀，可于10%的氫氧化鈉溶液中加入2%的氯化鈉。

酸溶液的配方為：

鉻酐 65g/L

硫酸 350g/L

水余量

處理溫度60～70℃；時間0.5～20min。

鋁合金經表面處理后，膜的底部為多孔結構，頂部為須狀結構，其粘接性能顯著提高。

d.銅及其合金除銹銅及其合金的除銹通常在硫酸、硝酸和加有少量鹽酸的混合液中進行。表面有黑色氧化亞銅薄層的工件，在浸蝕前應先用10%（質量）硫酸溶液進行預浸蝕，然后再進行光亮浸蝕，光亮浸蝕的配方為：

硫酸（96%） 10～20mL

鉻酐 100～200g

水稀釋至 1000mL

處理溫度18～25℃；處理時間1～3min。

還有，銅表面用39%FeCl₃水溶液處理1min，然后用25%鹽酸水溶液浸1min，再用磷酸鈉水溶液85～90℃浸泡2min，取出后水沸15min，110℃干燥2h。可以提高銅的粘接強度。

e.鋅及其合金除銹鋅及其合金的銹蝕為白色、灰色和白色粉末的薄層，除銹配方為：

氫氧化鈉 5～10

水 1.0

處理溫度60～70℃；處理時間0.5～1.0min。

采用化學方法除銹需注意如下一些事項。

Ⅰ.除銹液一般都具有強腐蝕性，要注意安全，不得使溶液飛濺到皮膚或衣物上。

Ⅱ.除銹各步過程必須連續進行，中途不要停頓，不然會影響除銹質量和效果。

Ⅲ.除銹過程中應保持溶液濃度基本不變，水的蒸發應隨時補加。

Ⅳ.必須嚴格控制溫度和時間，以防過度腐蝕基體金屬。

Ⅴ.以熱溶液除銹時，取出后應先用熱水洗，再用冷水沖洗；于室溫進行除銹時，取出后先用冷水洗，再用熱水沖洗。清洗要徹底，不殘留酸堿液。

Ⅵ.必須注意水質的變化，這是影響處理效果的重要因素，尤其是漂洗水的純度，對處理效果影響更大。

Ⅶ.嚴禁將氧化劑、酸與酸酐放在一起，例如硫酸、鉻酐、亞硝酸鈉應分開存放，以防混合產生爆炸或燃燒。

Ⅷ.廢液要妥善處理，不能隨便排液，防止污染水體。

Ⅸ.強酸、強堿具有腐蝕性，氫氟酸毒性很大，需要注意安全，通風良好，嚴防泄漏，防止受害。

④電解除銹電解除銹就是把零件放在電解液中，通以直流電發生電化學反應除銹，基本上分為陽極除銹、陰極除銹及陰極與陽極混合除銹三種。陽極電化學除銹就是被處理的金屬作為陽極，通電后在陽極上產生的氧氣的機械力把金屬表面的銹層剝落下來。該法不發生氫脆，但使金屬基體在除銹的同時受到較大腐蝕，所以很少采用。陰極除銹是被處理的金屬作為陰極，通電后陰極上產生氫氣還原氧化鐵，使它易溶于酸液中，加上氫氣的機械力使銹層脫落，其優點是金屬基體一般不受腐蝕。但因為有氫氣產生，就存在氫脆問題。采用適當的緩蝕劑不僅可以抑制停電時金屬基體的溶解，而且能夠防止氫脆。陰極與陽極混合除銹可揚長避短。

鋼鐵陰極除銹的配方為：

鹽酸 20～25g/L

硫酸 120～160g/L

水余量

操作條件：電壓5～7V；陰極電流密度2～10A/d㎡；溫度60～70℃；時間4～7min。

⑤一步法除銹一般情況下是先除油后除銹，分兩步進行。現已有一步法除銹工藝，除油、除銹、鈍化、磷化同時完成，工藝簡單，效率很高，適用于帶有薄油輕銹工件的表面處理，而對厚油重銹的工件效果不好。

一步法除銹液是由乳化劑、除銹劑、磷化劑、鈍化劑等組成，其典型配方如下。

配方1：

硫酸 120～160g/L

氯化鈉 30～50g/L

十二烷基硫酸鈉 0.03～0.05g/L

平平加（102） 20～25g/L

硫脲 0.8～1.2g/L

水余量

處理溫度70～90℃；處理時間至銹除凈。

適用于黑色金屬除油、除銹。

配方2：

磷酸（85%） 110～180g/L

十二烷基苯磺酸鈉 20～40g/L

氧化鋅 30～50g/L

硝酸鋅 150～170g/L

氯化鎂 15～30g/L

酒石酸 5～10g/L

重鉻酸鉀 0.2～0.4g/L

鉬酸銨 0.8～1.2g/L

水余量

處理溫度70℃以下；處理時間5～15min。

適用于黑色金屬除油、除銹、磷化、鈍化。

（4）化學處理化學處理就是將被粘物放在酸、堿、鹽等溶液或絡合物中進行處理，通過化學反應使表面活化或鈍化。表面形成牢固穩定的氧化層和特殊的化學結構及表面性質，有利于產生良好的濕潤性和強勁的粘接力，提高粘接強度、耐水性、耐濕熱老化性和耐久性。例如以草酸一硫酸氧化法［草酸24（質量）份、濃硫酸20份、水200份配成處理液，于85～900℃處理至表面呈褐色］處理不銹鋼，用E-51環氧樹脂80份、PPGGE（聚丙二醇二縮水甘油醚）20份、DDS30份組成的環氧膠粘接，比未進行化學處理的剪切強度提高約130%。以硅酸-磷酸鈉法［硅酸鈉4（質量）份、焦磷酸鈉2份、十二烷基硫酸鈉0.6份、蒸餾水200份，于70～85℃浸泡10min，蒸餾水沖洗，90℃烘干］處理鋁合金，用上述環氧膠粘接，要比未經化學處理的剪切強度提高150%多。化學處理包括硫酸-重鉻酸鈉、氯化鐵-硝酸、硝酸-氫氟酸、鈉萘、陽極氧化等，其中硫酸-重鉻酸鈉溶液浸蝕法雖然粘接強度高，卻無防腐蝕性，且耐久性差。陽極氧化能形成耐腐蝕性氧化膜，尤以磷酸陽極氧化（PAA）處理后的粘接強度和耐久性最好。磷酸陽極氧化的具體過程為：①在堿液中（60～65℃）浸泡10～15min；②用自來水（40～60℃）沖洗5min；③在硫酸-重鉻酸鈉水溶液中（65～70℃）浸泡10～15min；④第1次在40℃以下的自來水噴洗20min，第2次在40℃以下自來水浸泡5min；⑤浸入9%～12%（質量）的磷酸水溶液（19～25℃）中，用14～16V直流電陽極化20～25min；⑥第1次在40℃以下自來水浸泡3min，第2次在40℃以下自來水浸泡10min；⑦用65℃以下熱風干燥30min。

磷酸陽極氧化鋁合金不僅粘接強度高，而且粘接的耐久性突出。然而，磷酸陽極氧化后表面形成不導電的氧化層，對于有導電要求的鋁型材室溫粘接，該法不適用。需要采用導電氧化方法。

首先是堿液除油，即在氫氧化鈉20～35g/L、碳酸鈉20～30g/L的溶液中（40～60℃）浸泡2min，然后用50～60℃熱水洗，再冷水洗。

接著進行酸性氧化，溶液配方為：

三氧化鉻（CrO₃） 5～10g/L

高錳酸鉀（KmnO₄） 4～5g/L

氟化鈉（NaF） 2～5g/L

磷酸（H3PO₄） 5～15g/L

室溫浸泡5～10min。取出后冷水洗1～3min，用60～70℃熱水洗1～3min，熱風吹干。

化學轉化處理是使鋁合金表面形成致密而均勻的連續薄膜，以鉻酸/鹽酸、磷酸/鹽酸和氫氟酸為基礎。轉化膜形成后必須用清水沖洗，然后熱風干燥，以增強膜層的硬度。

化學處理可在玻璃、陶瓷、耐化學腐蝕的塑料、搪瓷等容器中進行，若含有能腐蝕玻璃、陶瓷、搪瓷的化學藥品（如氫氟酸、氟化物等）時，應改用聚乙（丙）烯等容器。需定期更換化學處理液，以防污染并保證足夠的濃度。

經過化學處理的粘接可以大大提高粘接強度和耐久性，適用于對粘接性能要求比較高的情況。化學處理工藝繁雜，除油、除銹、粗化之后需進行溶液浸蝕，然后還要經過多次冷熱水沖洗，清除酸堿物質，有的還要鈍化，最后干燥。金屬陽極氧化形成牢固的氧化膜表面，能顯著提高粘接強度、耐水性和耐久性。有些非金屬材料例如難粘塑料，經過化學處理后引入活性基團，可用一般的環氧膠黏劑直接粘接。

化學處理用的氫氟酸是劇毒物質，鉻酸及鉻酸鹽毒性也很大，硫酸、硝酸、氫氧化鈉等都有強腐蝕性，使用時一定要特別當心，注意安全，通風良好，防止中毒，避免傷害，減少泄漏，保護環境。化學處理后的廢液及沖洗用水應進行必要的處理，不可隨意排放造成環境污染。由于六價鉻的高毒性和致癌性，近年來，德國漢高公司開發了鋼鐵、鋁合金的表面處理無鉻化技術。表7-12列舉了各種材料化學處理方法。金屬粘接前的處理可參考ASTMD2651-01標準，結構粘接的鋁表面磷酸陽極化處理方法參見ASTMD 3933-98標準，塑料粘接前表面處理方法可參考ASTMD 2093-97標準。國內已開發成功一種金屬粘接前KJ型表面處理劑，主要成分為環己六醇六磷酸酯，能與金屬反應生成絡合物，在金屬表面形成一層致密單分子保護膜，阻止氧氣和濕氣對金屬的腐蝕，且與環氧膠結合力強。實踐證明，完全可以替代傳統的磷化工藝，高效、無毒、環保。

（5）等離子體處理等離子體是一種由離子、電子和中性粒子組成的部分或全部反應活性很大的離子化氣體。等離子化學反應的主要特征是只在固體材料表面薄層發生反應，而材料內部基本不受影響，處理時間（幾秒到幾分鐘）很短。因此，將這一特性用于高分子材料的表面改性，具有重要的實際意義。尤其是低表面能材料如聚烯烴、聚四氟乙烯、聚對苯二甲酸乙二醇酯、尼龍、硅橡膠等，可使粘接強度提高十到幾百倍。經過等離子處理的聚醚醚酮用環氧膠黏劑粘接的強度很高。聚乙（丙）烯在氧等離子體中處理10min后，用環氧膠黏劑粘接的剪切強度大于20MPa。

若想獲得高質量、重復性好的等離子體，需要精心控制反應氣體及其混合氣體的性質、氣體壓力和流速、放電能量密度、表面溫度和工件的電子能量、能量發生器的激發頻率等參數。

等離子體產生的高能粒子和光子與聚合物表面發生強烈相互作用，其結果是除去有機污染物，使表面清潔，通過消融和蝕刻消除弱界面層并增大粘接面積；表面分子接枝或交聯，形成膜層，改善耐熱性和粘接強度；表面氧化出現新的活性基團，產生酸堿相互作用和共價鍵結合。