堿性高錳酸鉀在鋼件表面清洗中的應用

堿性高錳酸鉀在鋼件表面清洗中的應用

堿性高錳酸鉀溶液，即在強堿性氫氧化鈉(或氫氧化鉀)中加入強氧化劑高錳酸鉀配制成的溶液。實質上它是一種氧化性堿性溶液，用它作為一種表面處理液來清除碳素鋼、合金鋼表面的酸洗殘渣、積碳、碳化殘余物、磷化膜以及疏松、剝落氧化皮和除磷等等效果良好，比起其它方法有其特有優點，對提高產品質量降低成本、節約能耗等方面有其獨有作用。國內外已越來越多利用這種方法來處理鋼材表面，國內很多工廠已成功地應用該處理液進行不銹鋼材表面處理以代替原“堿爆”工藝，用它處理碳素鋼、合金鋼表面上的碳化殘余物、酸洗殘渣等方面取得顯著效果，是一種高效、使用方便性價比高的鋼件表面處理液。

在強堿溶液中，高錳酸鉀能自行分解，尤其在加熱情況下分解更迅速。因此堿性高錳酸鉀溶液實際上是高錳酸鉀、錳酸鹽、氫氧化鈉(氫氧化鉀)、不溶性二氧化錳和高錳酸鉀分解產生的新生態氧等多種物質組成的混合物，其作用實際上是這些存在物質作用的綜合結果。當鋼鐵中的合金元素例如鉻、鎳、鎢、鉬、釩、錳、硅等含量較高時，形成的氧化鐵皮中存在難于酸洗的低價的金屬氧化物Cr₂O₃、Fe₃O₄，NiO等，用普通的酸洗方法是難于或無法去除的。若存在有這樣氧化鐵皮的鋼件預先在堿性高錳酸鉀溶液中處理，由于該處理液由于具有強氧化性，可把這些難溶于非氧化性酸(鹽酸、硫酸、氫氟酸）和堿的低價氧化物轉化為高價氧化物。例如：

2Cr₂O₃+3O₂ →4CrO₃

4Fe₃O₄+O₂→6Fe₂O₃

形成的CrO3進一步與溶液中堿反應;

CrO₃+2KOH→K₂CrO₄+H2O

而溶于堿性溶液中，形成的Fe₂O₄，容易溶于鹽酸中。所以用該液處理繼以酸洗，氫化皮可以容易去除。金屬對高錳酸鉀分解有催化作用，而分解出的氧，在金屬表面形成氧氣對氧化皮起機械剝離作用。另外.由于局部氧化，造成不同氧化層尺寸變化而疏松甚至脫落，達到疏松或脫落氧化皮的作用。

一、堿性高錳酸鉀消除金屬表面上的積碳等難酸洗物

積碳是燃燒油和潤滑油在高溫條作下和氧作用形成的一種復雜聚合物(此聚合物是以碳化物為主體的黑色混合物)。碳歌鋼或合金鋼絲(帶、管等)在生產過程中，表面含有一些有機物質.如油脂、潤滑劑等物)，它們在熱加工或熱處理(退火等)時形成為難溶的物質；而鋼材在有保護氣氛里退火處理時，表面上的油脂、潤滑劑能被碳化.而且由于含碳的保護氣體分解.也會出現碳化殘余物，這種分解成很細的黑色的碳粒粘附在鋼表面，用機堿清除法難以除去；且不溶于酸液中，過量的酸也只能消除其中一部分。但是若用堿性高錳酸鉀溶液來處理積炭類、效果卻很理想。我們采用該溶液來進行鋼帶鍍銅前處理，去除難酸洗的上述殘余物，效果很好。這是因為該溶液中有KOH(NaOH) 等強堿物質，它們能與鋼件表面的油脂生成硬脂酸鉀(鈉)肥皂、油脂變為肥皂而除去(即皂化作用).而且溶液中產生的氧參加與油脂的氧化、水解等一系例反應，產生揮發性醛、酮、酸等混和物、所以油污被除掉。實踐證明.該液能較好去除上述殘余物。

清除酸洗殘渣經酸洗過的制件表面常常形成一層暗黑色的難于去除的沉積層、硫酸酸洗更加突出。它除含有鐵鹽外，主要還含有酸洗液不溶的合金組分和炭灰，這種殘渣物非常牢固地粘附于鋼件表面上.以致難于清洗干凈。如果用堿性高錳酸鉀溶液處理則可以有效地去除掉。這是因為該液中的氧能氧化黑灰，且黑灰反過來對高錳酸鉀分解有催化作用，使反應加速。因而只要用該液短時間浸泡一下鋼件，然后用水沖洗再在酸中漂凈可較好提高酸洗質量。

二、堿性高錳酸鉀清除鋼件表面磷化膜

如果鋼件表面磷化膜主要是Zn₂Fe(PO4)₂等類型化合物，當需要去掉磷化膜時，可用該溶液處理。在該液中，磷化膜能與堿形成兩性氫氧化鋅，進而與堿形成可溶性鹽類，而形成的Fe（OH）₂容易被氧化成Fe（OH）₃形成沉淀而被去除。這樣磷化膜便被從鋼件表面去除了。

三、影響堿性高錳酸鉀溶液處理效要的因素

溶液的溫度、處理時間以及被處理鋼鐵件的鋼種和表面狀況，這些構成了多因素影響效果的復雜情況。

1、氫氧化鈉濃度的影響

實驗及實踐證明，堿的濃度對效果有較大的影響，一般NaOH濃度在50一100克/升范圍中可達到良好效果。而且隨堿度增加而增大，而當超過100克/升時，效果增加就不顯著，實際處理時間并不縮短。而且由于堿度大，K₂MnO₄較穩定，轉為KMnO₄的反應顯著減慢，而堿度大KMnO₄分解速度加快，KMnO₄濃度迅速下降，這就浪費了KMnO₄，由于含量高溶液粘度亦大，這就增加溶液被帶走而加大損失，這是不合算的。而當濃度低于50克/升時KMnO₄的效果較低而影響其效能。

2、KMnO₄含量的影響

據實驗和實踐可知，只要溶液的KMnO₄濃度保持在不低于50克/升的范圍中，就足夠能較好發揮上述作用，而且隨濃度增加而效能增大、但大于100克/升的濃度時，即使KMnO₄濃度再增加，而去除氧化皮的速度增加極少，但KMnO₄分解量卻按比例增加了，這會造成無效果的損失，且鋼件帶出的溶液損失也增大.因此一般控制在50-100克/升范圍中為宜。

3、處理溫度的影響

溶液溫度是影響反應速度重要因素。一般溫度高，反應速度快.隨著溫度提高該液對鋼件表面氧化鐵皮的疏松能力堤高，處理時間可短些。但溫度過高，卻使溶液蒸發過快，使溶液的組成變化快，造成不必要的浪費。溫度受溶液的沸點(約100℃)限制，所以一般控制在90-95℃范圍中為佳。

四、堿性高錳酸鉀處理鋼件表面的優點

經該處理液處理后，繼以酸洗(最好用HCI配搭效果比用H₂SO₄配持更佳)，鋼件表面光潔不出現麻坑凹陷，不產生氫脆，沒有黑灰問題，表面是銀白色.這對提高酸洗質量特別對進一步上涂層或再加工有利。

五、堿性高錳酸鉀處理鋼件表面的缺點

清洗速度較慢，特別是經熱軋盤條的氧化處理材料，氧化皮較厚，清洗時間較長。但適當加熱可以提高清洗速度?；蛳炔捎名}酸浸泡、水洗、再用該液處理、反復幾次直到除凈。

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