金属表面处理中盐酸、硫酸、磷酸、硝酸和氢氟酸的酸洗原理解析

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金属表面处理是工业生产中不可或缺的一环，其中酸洗是最常见的处理方式之一。本文将详细介绍盐酸、硫酸、磷酸、硝酸和氢氟酸等酸在金属表面处理中的应用原理，帮助读者更好地理解这些酸的特性及其在实际生产中的应用。

盐酸是氯化氢气体的水溶液，15℃时氯化氢在水中溶解度最大，可生成42.5%的盐酸。市售盐酸浓度在30%～37%。盐酸除锈主要特点如下：

在常温下，盐酸对金属氧化物的浸蚀能力较强，溶解钢铁等基体金属的速度较慢。因此用盐酸除锈时，引起腐蚀和氢脆的危险较少。浸蚀后工件表面残渣少、质量高。
盐酸的去锈能力几乎与其浓度成正比。但浓盐酸易挥发，尤其高温下挥发快，容易腐蚀设备、污染环境，因此盐酸的浓度一般不超过15%。超此浓度时，酸雾较大，操作困难。多数情况下，室温操作最高使用温度不超过40℃。
盐酸对其他金属的腐蚀作用如下：
铝：易被盐酸腐蚀；
锌、镁：易被盐酸腐蚀；
铜：只有在氧化条件下才被盐酸腐蚀；
18～8CrNi不锈钢：被盐酸腐蚀。

硫酸是三氧化硫的水合物，工业硫酸浓度一般为98%，硫酸水溶液对热的稳定性好，在除锈中广泛应用，其特点如下：

室温下，硫酸溶液去除金属氧化物的能力较差。提高浓度也不能提高硫酸的浸蚀能力，当溶液中硫酸浓度超过40%时，对氧化铁的溶解能力降低很多；浓度超过60%时，几乎不能溶解氧化铁。因此，实际除锈应用中，硫酸的浓度应控制在100g/L～250g/L。
提高温度可大大提高硫酸的除锈能力。硫酸不易挥发，故适宜在较高温度下除锈。热硫酸可有效剥离金属基体上的氧化皮，但温度过高，易过度腐蚀钢铁，并引起氢脆。为避免这些危害，硫酸除锈液可在50℃～60℃之问使用，最高温度不超过75℃，同时还要加缓蚀剂。
浓硫酸与硝酸混合使用时，可提高工件表面光泽和浸蚀质量，并降低硝酸对铜、铁基体的腐蚀速度。
在除锈过程中，积累的腐蚀产物(铁盐)会令硫酸对金属的浸蚀能力降低，除锈后工件表面残渣增加、质量降低，故硫酸溶液中含铁量应控制在60g/L以下。
硫酸对其他金属的浸蚀情况如下：
钢：易溶于10%浓度的硫酸，但对80%浓度的硫酸有耐蚀性；
锌、镁：易溶于各种浓度的硫酸中；
锡：对稀硫酸有耐蚀性；
镍：常温下对浓度在80%以下的硫酸有耐蚀性；
铜：一般情况下不被硫酸溶解，只有在热硫酸中才被氧化而溶解。

工业上使用的硝酸浓度一般为65%的水溶液。它与盐酸、硫酸一起为除锈中广泛应用的三种酸。其特点如下：

硝酸酸洗剂氧化性强，极易挥发。同金属作用时，会放出大量有害的氧化氮类气体(有毒)及大量热能，对人体腐蚀性很大。操作时必须穿戴好全部防护用具，硝酸槽及其后的水洗槽都应有抽风、冷却及降温装置，要十分注意安全。
低碳钢工件在浓度为30%的硝酸溶液中，溶解很激烈，浸蚀后表面洁净、均匀。中、高碳钢和低合金钢工件在浓度为30%的硝酸溶液中浸蚀后，表面残渣较多，需经清洗后立即在碱液中进行阳极处理，才能获得较均匀、洁净的表面。钢铁工件在浓硝酸中会生成氧化亚铁膜，因此有良好的耐蚀性。
对其他金属的除锈性能：
铝：高纯铝在形成氧化膜被钝化后，在室温无论对稀硝酸还是浓硝酸均有较好的耐蚀性；
铜：可被所有浓度的硝酸溶解；
镁、锌：易被硝酸溶解；
锡、铅：易被稀硝酸腐蚀溶解；
18～8NiCr不锈钢：在80℃以上温度对各种浓度的硝酸均有耐蚀性。

纯磷酸是无色透明的固体。工业用磷酸是浓度为85%的水溶液。与前述三种强酸相比，磷酸酸性较弱。由于磷酸一氢盐与正磷酸盐难溶于水，故其浸蚀能力弱，是中等强度的无机酸。磷酸除锈特点如下：

因其浸蚀能力弱，故要升温操作。温度一般控制在40℃～80℃范围。
磷酸浓度一般控制在20%～45%范围内，视工件锈蚀程度定。
磷酸除锈的最大优点是：残留在工件表面的少量溶液能与基体(工件)反应生成不溶性磷酸盐保护膜，适于焊接件、组合件涂漆前的除锈。浓磷酸与一定比例的硝酸、硫酸、醋酸或铬酐混合，可用于铝、铜、钢铁等金属的光泽浸蚀。