1.1 表面处理与防锈剂的分类及基本概念
1.1.1 金属表面处理剂的分类与基本概念
金属表面处理包括除油、除锈、磷化等基体前处理，是为金属涂层技术、金属防护技术做准备的，基体前处理质量对后涂层制备和金属的使用有很大的影响。
1.1.1.1 金属表面除油剂
金属材料在机械加工和储存过程中，表面通常黏附着油污，它的存在严重影响粘接力的形成，因此在粘接之前必须将它们全部去除。除油的方法主要有四种：碱液除油、有机溶剂除油、电解除油以及超声波除油。常用的除油剂有：
（1）石油系除油剂 石油系除油剂主要有汽油、煤油或轻柴油等。它的作用原理主要是利用其对金属表面油脂的溶解作用。由于这类溶剂渗透力强、脱脂性好，故一般用于粗清洗，以除去大量的油脂类污物。但在实际使用时，往往加入表面活性剂，使它具有清洗水溶性污渍的能力，有时也加入少量防锈剂，使清洗后金属表面具有短时间的防锈能力。这类石油系除油剂，特别是汽油，由于易燃，使用时必须有充分的防火安全措施。
（2）氯代烃系除油剂 常用的氯代烃系除油剂是三氯乙烯和四氯化碳。这类溶剂的特点是对油脂的溶解能力强，但沸点低，一般为不易燃物。而且比热容小、蒸发潜热小，因而升温快、凝缩也快。密度一般比空气大，因而存在于空气下部。由于这些特点，故可用于蒸气脱脂。因这类溶剂价格较贵，一般需循环使用或回收使用。有些溶剂如三氯乙烯有一定的毒性，在光、空气和水分共存时，分解产生氯化氢，易引起金属腐蚀；与强碱共热时，易产生爆炸等，使用时应加以注意。
（3）碱性除油剂 氢氧化钠、碳酸钠、硅酸钠、磷酸钠等，溶于水成为主要的碱性除油剂。它们的作用原理是能和油污中的脂肪酸甘油酯发生皂化作用形成初生皂，使油污成为水溶性的而被溶解去除。其中氢氧化钠和碳酸钠还有中和酸性污垢的作用。磷酸钠、三聚磷酸钠、六偏磷酸钠等既具有清洗作用，又有抑制腐蚀的作用。硅酸钠则有胶溶、分散等作用，清洗效果较好。碱性除油剂由于价格较低、无毒性、不易燃等特点，使用较为广泛。在使用碱性除油剂时要注意被清洗金属的材质，选择适当的pH的碱液。此外，在使用碱性除油剂时，通常加入表面活性剂构成复合配方，以加强清洗作用。
1.1.1.2 金属材料表面除锈剂
金属材料表面除锈剂可以用机械或化学处理方法除掉金属材料表面的锈蚀层和污染物。机械方法是工业上常用的表面处理方法之一，可以直接去除表面的污物，而且还能获得一定的表面粗糙度，这对粘接密封十分有利。常用的方法有手工除锈、电动工具除锈和喷砂除锈等。喷砂除锈是通过压缩空气将砂石喷射到金属表面，经强力摩擦与冲击作用清除锈蚀。用于喷砂的砂料有矿砂、河砂、海砂、刚玉砂、金刚砂、石英砂、玻璃珠、金属弹丸等。多用于大面积工件的处理。
化学除锈是将金属在活性溶液中进行化学腐蚀处理，使其表面活化或者钝化，进而在金属表面形成具有良好内聚强度的表面氧化层，这对形成牢固的粘接非常有利。化学除锈又分为化学侵蚀和电化学侵蚀两种。
1.1.1.3 金属表面防锈剂
金属表面防锈剂是以金属防锈为目的而加入到各种介质如水、油或脂等中去的一类化学药剂。习惯上分为水溶性防锈剂、油溶性防锈剂、乳化型防锈剂等。
（1）水溶性防锈剂 水溶性防锈剂可溶解在水中形成水溶液。金属经这种水溶液处理后能防止腐蚀生锈。它们的防锈作用原理可分为三类。①金属与防锈剂生成不溶且致密的氧化物薄膜，可阻止金属的阳极溶解或促进金属的钝化，从而抑制金属的腐蚀。这类防锈剂又称为钝化剂，如亚硝酸钠、重铬酸钾等。在使用时，应保证足够的用量。用量不足时，不能形成完整的氧化物薄膜，在未被遮盖的很小的金属表面上，腐蚀电流密度增大，易造成局部腐蚀严重。②金属与防锈剂生成难溶的盐类，从而使金属与腐蚀介质隔离，免于锈蚀。例如：磷酸盐能与铁作用生成不溶性的磷酸铁盐；硅酸盐能和铁、铝作用生成不溶性的硅酸盐等。③金属与防锈剂生成难溶性的配合物，覆盖在金属表面而保护金属不被腐蚀。例如：苯并三氮唑与铜能生成螯合物Cu（C6H4N3）2，既不溶于水也不溶于油，因而能保护铜的表面。
（2）油溶性防锈剂 油溶性防锈剂又称油溶性缓蚀剂。大多数为具有极性基团的长碳链有机化合物。其分子中的极性基团依靠电荷作用紧密地吸附在金属表面上；长碳链的非极性基团则向着金属表面外侧，并能和油类互溶在一起，从而使防锈剂分子定向排列在金属表面，形成吸附性保护膜，使金属不受水和氧的侵蚀。按基团极性可分为五类：①磺酸盐类，化学通式为R—SO3。一般使用的是石油磺酸的碱金属或碱土金属盐类，如石油磺酸钡、石油磺酸钠、二壬基萘磺酸钡等。②羧酸及其皂类，化学通式为R—COOH及（R—COO）nMm。防锈剂的羧酸有动植物油的脂肪酸，如硬脂酸、油酸等，另有氧化石油脂、烯基丁二酸等合成的羧酸，还有石油产品环烷酸等。羧酸盐的极性比相应的羧酸强，故防锈效果较好，但油溶性较小，且遇水会水解，在油中分散时稳定性较差。③酯类，化学通式为RCOOR'。羊毛脂、蜂蜡是天然的酯类化合物，也是较好的金属防锈剂。多元醇的酯类防锈效果很好，例如，单油酸季戊四醇酯、山梨糖醇酐单油酸酯（司盘-80），都是较好的金属防锈剂，应用较为广泛。④胺类，化学通式为R—NH2，例如十八胺等。胺类和有机酸生成的胺盐或其他复合物，如油酸十八烷胺、硬脂酸环己胺等防锈效果好比单纯的胺防锈效果好。⑤硫、氮杂环化合物，包括含硫或含氮的杂环及某些衍生物，均是较好的金属防锈剂，例如，咪唑啉的烷基磷酸酯盐、苯并三氮唑和α-巯基苯并噻唑等，其中咪唑啉类可用于黑色金属与有色金属防锈，苯并三氮唑等则主要用于铜材等有色金属防锈。
（3）乳化型防锈剂 乳化型防锈剂分为两种：一种是油的微粒在水中的悬浮液，即水包油型乳化液，通常呈乳白色；另一种是水的微粒在油中的悬浮液，即油包水型乳化液，通常是透明的或半透明的液体。乳化型防锈剂既具有防锈性能，又具有润滑性能和冷却性能，因此常用作金属切削加工的润滑冷却液。乳化型防锈剂中的乳化剂过去常用植物油脂经皂化加工而成，目前则使用油酸三乙醇胺、磺化油或非离子表面活性剂等。为了加强防锈性能，在加水调配成乳化液时，还可加入一定量的水溶性防锈剂，如亚硝酸钠与碳酸钠、亚硝酸钠与三乙醇胺等。此外，为了防止和减缓乳化液发臭变质，还可加入少量防霉剂，如苯酚、五氯酚、苯甲酸钠等。
1.1.2 非金属表面处理剂的分类与基本概念
木材、塑料、橡胶等一类材料是热和电的不良导体。一般非金属材料的机械性能较差（玻璃钢除外），但某些非金属材料可代替金属材料，是化学工业不可缺少的材料。当然，人们在利用非金属材料优势的同时，非金属材料表面惰性、电绝缘性等又限制了非金属材料的广泛应用。因此，依据不同的要求，在使用前对非金属材料进行相应的表面处理。一般来说，非金属材料的表面处理方式有以下几种：
（1）机械处理 用砂纸打磨，去除表面的油污、脱膜剂、增塑剂等，然后涂胶粘接。
（2）物理处理 用电场、火焰等物理手段对被粘物进行表面处理，主要用于非极性高分子材料。
（3）火焰处理 用燃烧的气体火焰在被粘物表面进行瞬时灼烧，使其表面氧化，得到含碳的极性表面。
（4）放电处理 在真空或惰性气体环境中，对非金属材料进行高压气体放电处理，使其表面氧化或交联而产生极性表面，根据不同的装置可分为电晕、接触、辉光等放电法。
（5）等离子放电 等离子处理是用无电极的高频电场连续不断地提供能量，使等离子室内的气体分子激化成带正电离子和电子的等离子体。这些等离子体以几百至几千毫升/分钟的气流速度碰撞要处理的材料表面，使其生成极性层。
（6）化学处理 非金属材料的化学处理是用酸、强氧化剂等将其表面的一切油污杂质清除掉，或将非极性表面通过氧化作用生成一层含碳极性物质以增强粘接效果。化学处理法常用的化学试剂有重铬酸钠、浓硫酸、表面活性剂、偶联剂、氢氧化钠等。可能存在的职业病危害因素有：砂轮磨尘、炭黑尘、重铬酸钠、浓硫酸、表面活性剂、偶联剂、氢氧化钠、机械噪声与振动、高频电磁场、电弧光产生的紫外线、极低频电磁场等。在实际应用时因选择的处理方法不同而异。
本书中主要涉及聚四氟乙烯、硅胶、木材的表面处理方法。