在對材料或制品進行表面處理之前，應(yīng)有前處理或預(yù)處理工序，以使材料或制品的表面達到可以給以表面處理的狀態(tài)。前處理的質(zhì)量好壞是能否獲得優(yōu)質(zhì)表面處理效果的重要環(huán)節(jié)。實踐證明，經(jīng)過表面處理獲得的鍍層、涂層或化學(xué)處理膜，有時會出現(xiàn)防蝕性差、結(jié)合力低、耐用壽命短、表面不平滑光亮、起泡或剝落等現(xiàn)象，這常常是由于前處理不當而造成的后果。因此，在表面處理前，必須有保證質(zhì)量的前處理工序。從通用材料或一般制品使用的材質(zhì)來看，前處理可分為金屬表面的前處理、塑料表面的前處理和木材表面的前處理等。
　　
　　一、金屬制品的表面前處理
　　
　　金屬制品的材料品種繁多，它們的原始表面狀態(tài)各不相同，而且不同的表面處理對其前處理的要求也不一樣，因此金屬制品表面的前處理工藝和方法很多。其中主要包括有金屬表面的機械處理、化學(xué)處理和電化學(xué)處理等。由于機械處理方法在概述中已有介紹，因此本節(jié)僅討論黑色金屬的一般化學(xué)處理和電化學(xué)處理，以及鋁和鋁合金制品的化學(xué)處理等?；瘜W(xué)處理的作用主要是清理制品表面的油污、銹蝕及氧化皮等。其中包括制品在有機溶劑和無機試劑中的除油，在適當?shù)幕瘜W(xué)試劑中的化學(xué)強浸蝕和化學(xué)弱浸蝕。電化學(xué)處理則主要用以強化學(xué)除油和浸蝕的過程，有時也可用于弱浸蝕時活化金屬制品的表面狀態(tài)。
　　
　　1．黑色金屬制品的除油
　　
　　由于金屬制品在機械加工和中間過程防銹的需要，一般其表面上都黏附或涂有各種壓延油、切削油、拋光膏和防銹油等油脂性物質(zhì)，在進行各種表面處理之前，應(yīng)將這些油污清洗干凈，以免影響表面處理的效果。
　　
　　油污按其性質(zhì)可分為皂化油和非皂化油兩類。皂化油是來源于動植物的油脂，能與堿液起化學(xué)反應(yīng)生成皂，非皂化油是不與堿液起化學(xué)反應(yīng)的礦物油脂，如凡士林、潤滑油和石蠟等。兩類油脂都不溶解于水，因此無法直接用水把它們清洗干凈，一般是采用有機溶劑處理、堿液處理或電化學(xué)處理的方法除油或脫脂。
　　
　　(1)有機溶劑除油。使用有機溶劑除油可同時除去皂化油和非皂化油。對于溶劑要求其溶解力強，不易燃易爆，毒性小，揮發(fā)較慢，且價格低廉。實際上使用的有機溶劑很難全面滿足上述要求。生產(chǎn)中常用的有機溶劑有汽油、溶劑汽油、松節(jié)油、甲苯、二甲苯、二氯乙烷、三氯乙烯、四氯乙烯等。其中應(yīng)用較廣的是氯化烴，它的優(yōu)點是溶解力強，不易燃易爆，缺點是有毒，成本高，在有水存在下能分解出氯化氫，有腐蝕作用，在使用時要注意防潮防濕。
　　
　　用有機溶劑除油，最簡單的方法是用棉紗蘸有機溶劑對金屬表面進行擦洗(適用于大型工件)。也可將制品浸入盛有有機溶劑的槽中，通過浸漬來除油，這種方法可在專用的脫脂機中進行。在脫脂機內(nèi)放有若干個槽子，分別都裝有有機溶劑，用機械傳送的方式，使工件依次浸入其中脫脂。
　　
　　在脫脂機中脫脂，溶劑多用三氯乙烯，因為它在低溫時具有很強的脫脂能力，并且能隨溫度的升高使脫脂能力劇增。另外，由于它的沸點低，已含有大量油污的三氯乙烯可通過分餾提純后重新被利用，使脫脂處理的成本降低。石油溶劑中最常用的是200號溶劑汽油，一般用浸洗或擦洗的方法脫脂。使用有機溶劑脫脂，在溶劑揮發(fā)后，制品表面往往還留有一薄層油膜，所以還要把工件浸入堿液中作補充處理。
　　用有機溶劑除油的優(yōu)點是效率高。在使用脫脂機的情況下，溶劑消耗少，因而成本并不高。若不使用脫脂機，則溶劑消耗大，成本增加，且易燃并有毒。由于有機溶劑除油有這些缺點，在不使用脫脂機的情況下，應(yīng)盡量不用有機溶劑的方法除油。
　　
　　(2)堿液除油。堿液除油是由堿液的皂化和乳化作用來完成的，皂化可除去制品表面的動植物油，乳化可除去制品表面的礦物油。由于堿液本身的乳化作用較弱，乳化除油的時間較長，因經(jīng)常在堿液中加入各種乳化劑，如肥皂、水玻璃、OP乳化劑等，用以提高乳化除油的效率。
　　
　　當堿液除油的配方和工藝條件選擇適當時，皂化油和非皂化油都可順利地從制品表面清洗干凈。堿液除油時堿的濃度不宜偏高，因為濃度偏高，會使肥皂的溶解度和乳液的穩(wěn)定性下降，一般用5%10%的苛性鈉溶液較適宜。堿液除油的配方包括以下組分：氫氧化鈉、碳酸鈉、磷酸三鈉、水玻璃和肥皂等，其中氫氧化鈉起皂化作用，碳酸鈉和磷酸三鈉維持溶液一定的堿度，水玻璃和肥皂主要起乳化作用。
　　
　　鑒別金屬表面油污除凈與否，可視表面被水潤濕的情況而定。當金屬表面油污被除凈時，則有一層連續(xù)的水膜存在，否則水將聚集成滴狀。目前金屬表面前處理除油工藝中，普遍使用的方法是堿性溶液化學(xué)除油。生產(chǎn)實踐證明，采用這種除油方法是合理的，雖然應(yīng)用這一除油工藝，在時間上要比用有機溶劑除油長一些，但無毒和不易燃卻是它的一大優(yōu)點，其所用的生產(chǎn)設(shè)備較簡單，且經(jīng)濟。
　　
　　(3)電化學(xué)除油。電化學(xué)除油是將制品放在堿性溶液中作為陰極或陽極而進行電解除油。一般采用的方法是陰極除油或先在陰極上除油，爾后再在陽極上除油。所用除油的堿液含有氫氧化鈉、碳酸鈉、磷酸鈉及硅酸鈉等組分。
　　
　　電化學(xué)除油的第二電極最好用鍍鎳鋼板或鎳板。在陰極除油時，如用鐵板作陽極，鐵會出現(xiàn)溶解而臟污溶液，并在陰極上產(chǎn)生沉積物。
　　
　　電化學(xué)除油的原理是：陰極上析出的氫氣或陽極上析出的氧氣，對金屬表面的溶液產(chǎn)生攪動作用，促進油污脫離金屬表面，同時金屬表面的溶液不斷更新，加速了皂化和乳化作用。電極上析出的氣體，把附著于表面的油膜薄層破壞。小氣泡從油滴附近的電極上脫離而滯留于油滴的表面上，并停留在油與溶液的界面上。由于新的氣泡不斷析出，小氣泡逐漸變大，使油滴在氣泡的影響下脫離金屬表面，而被氣泡帶到溶液表面上來。因此電化學(xué)除油比堿液除油的效果要好。電化學(xué)除油時，提高溶液的溫度和提高電流密度都能提高除油的效果。
　　
　　陰極除油的缺點是陰極上析出的氫氣會滲到金屬內(nèi)部而引起金屬變脆。因此，對于硬質(zhì)高碳鋼制件，如彈簧、彈性薄片等，可利用陽極除油，但陽極除油速度比陰極除油慢。這是因為：
　　
　?、訇枠O附近的堿度較低，減弱了皂化作用；
　　
　　②陽極上析出的氧氣較少；
　　
　　③由于氧氣泡較大，滯留于液滴表面上的能力小，對油滴的作用弱于氫氣泡的作用。根據(jù)陽極除油和陰極除油的特點，在生產(chǎn)上可采用先在陰極上除油，然后再在陽極上除油。在這種情況下，滲入表面的氫幾乎在很短的時間內(nèi)就能完全除去而恢復(fù)制品的彈性。
　　
　　2．黑色金屬制品的浸蝕
　　
　　鋼鐵制品與大氣長期接觸或進行熱處理時，其表面會覆蓋上一層銹蝕物或黑色氧化皮，其化學(xué)組成是各種鐵的氧化物。在進行各種表面處理時，必須預(yù)先除去這些氧化物。其方法有手工除銹、機械除銹和噴砂除銹等，而最通用的方法是采用各種酸類試劑處理來除銹。這種處理的實質(zhì)是通過酸類對銹蝕物的溶解作用，以及在處理過程中酸類與金屬基體反應(yīng)產(chǎn)生的氫氣對銹蝕物的機械剝離作用而從金屬表面將銹蝕物清洗干凈。用酸類清除表面大量氧化物的過程稱為強浸蝕，或稱為酸洗，清除表面上肉眼不易覺察的薄氧化膜的過程稱為弱浸蝕。有時在浸蝕過程中也通以電流，則稱為電化學(xué)浸蝕，電化學(xué)浸蝕既用于強浸蝕，也用于弱浸蝕，弱浸蝕一般是在強浸蝕后進入電鍍槽之前進行的，該工序之后就不允許金屬制品在大氣中停留太久，特別是金屬制品表面不應(yīng)處于干燥狀態(tài)。為保證浸蝕過程順利進行，在浸蝕之前須先行除油，否則酸與金屬氧化物不能充分接觸，會使化學(xué)溶解反應(yīng)受到抑制。
　　
　　(1)化學(xué)強浸蝕。在黑色金屬強浸蝕中，常用的酸有硫酸、鹽酸，或兩者按一定比例混合的“混酸”。
　　
　　根據(jù)鋼鐵制品表面氧化物的組成和結(jié)構(gòu)，當金屬制品表面只帶有疏松的銹蝕物時(其中主要是Fe2O3)，可單獨用鹽酸來浸蝕，因為鹽酸對制品的浸蝕速度快，基體溶解少，滲氫程度也小些，當金屬制品表面為緊密的氧化皮時，使用硫酸浸蝕比單獨用鹽酸時的酸耗量要小些，成本也低，這是因為硫酸浸蝕時的機械剝離作用要比鹽酸的強，當金屬表面的銹和氧化皮含高價鐵的氧化物多時，可采用混合酸進行浸蝕，這樣既可發(fā)揮氫對氧化皮的撕裂作用，又可加速Fe2O3和Fe3O4的化學(xué)溶解，加速洗凈表面銹蝕物。影響強化學(xué)浸蝕效果的因素很多，其中主要是濃度、浸蝕溫度等對于清洗效果的影響。
　　
　　實踐證明對應(yīng)于最大浸蝕速度有一個最適宜的硫酸濃度，此值約為25％(重量)。為了減少鐵基體的損失，生產(chǎn)中一般使用的濃度為20％。就鹽酸而言，雖然隨著濃度增高浸蝕速度一直增加，但實驗結(jié)果表明，當鹽酸的濃度在20％以上時，基體的溶解速度比氧化物的溶解速度的增加要快得多，因此生產(chǎn)中很少使用濃鹽酸。為了避免鹽酸揮發(fā)損失，減少氯化氫毒氣的析出量，鹽酸濃度應(yīng)控制在15％以下。當使用混酸時，多采用含10％H2SO4和10％HCl的混合液，這個比例可根據(jù)情況適當調(diào)整。溫度對化學(xué)浸蝕速度也有較大影響，溫度升高，浸蝕速度大幅度增加。為了減少基體金屬的損耗，防止酸霧的逸出，并延長設(shè)備的使用壽命，一般都不采用高溫浸蝕。當采用硫酸浸蝕時，溫度最高不超過60℃。當采用鹽酸或混酸浸蝕時，溫度一般不超過40℃。
　　
　　在10%20％的上述酸液中進行浸蝕，隨著使用時間的延長，浸蝕溶液的效力將逐漸降低。這是由于酸液中酸的濃度減小和溶解了的鐵的濃度增高的緣故。當溶液中剩余酸的濃度為3%5％以及鐵的含量達90g/L時，浸蝕液應(yīng)予以更換。
　　
　　為了減輕浸蝕過程中基體金屬的溶解，確保金屬制品的幾何尺寸和減少滲氫現(xiàn)象，在浸蝕液中應(yīng)加入緩蝕劑。如在硫酸溶液中加入磷二甲苯硫脲和在鹽酸溶液中加入烏洛托品，其緩蝕效果都不錯。
　　
　　(2)電化學(xué)強浸蝕。
　　黑色金屬的電化學(xué)強浸蝕是借助于直流電進行的。金屬制品可以在陽極上處理，也可以在陰極上處理。清除銹蝕物的處理效果，主要視金屬表面上銹蝕物的組織和種類而定。對具有厚而平整的致密氧化皮的工件，直接用電化學(xué)強浸蝕，其效果是不理想的，最好先經(jīng)過硫酸溶液化學(xué)強浸蝕，待氧化皮疏松之后再進行電化學(xué)處理。當氧化物是多孔且疏松時，電化學(xué)浸蝕的效率是很高的。其優(yōu)點是浸蝕速度快，酸液消耗少，且制件使用壽命長，其缺點是耗費電能。
　　
　　目前在大量生產(chǎn)中多采用陽極浸蝕。對于形狀較復(fù)雜而幾何尺寸要求嚴格的制件，為了防止陽極浸蝕容易出現(xiàn)的過浸蝕缺陷，則可采用聯(lián)合電化學(xué)浸蝕，即先用陰極進行浸蝕，而后轉(zhuǎn)為陽極浸蝕。陽極浸蝕可除去陰極浸蝕附著于制件表面的污物。這種聯(lián)合工藝的另一優(yōu)點是可以減輕滲氫現(xiàn)象。黑色金屬陽極浸蝕時，常用的電解液是15%20％H2SO4溶液，陽極電流密度為510A/dm2，操作多在室溫下進行。
　　
　　(3)弱浸蝕。弱浸蝕是金屬制品進行電鍍前的最后一道預(yù)處理工序。其目的是除去制品表面上極薄的一層氧化膜，使表面呈現(xiàn)出金屬的晶體組織，其實質(zhì)是金屬表面活化的過程。這個常被人們忽視的操作工序，對基體金屬與鍍層間的良好結(jié)合起著極為重要的作用。通常在金屬制品經(jīng)過弱浸蝕后，應(yīng)立即予以清洗，并轉(zhuǎn)入鍍槽中電鍍。所以電鍍總是在經(jīng)過除油和弱浸蝕后才進行的。弱浸蝕處理的特點是浸蝕介質(zhì)的濃度低，處理時間短，并多在室溫下進行。對于黑色金屬的弱浸蝕，可用化學(xué)法，也可用電化學(xué)法。采用化學(xué)法時，多使用含3%5％H2SO4或HCl的稀溶液，浸蝕0.51分鐘。采用電化學(xué)法弱浸蝕時，多用陽極處理，使用1%3％稀硫酸溶液，陽極電流密度為510A/dm2。
　　
　　3．鋁及鋁合金制品的除油
　　
　　鋁是兩性金屬，既能溶于酸，也能溶于堿。它在強堿性溶液中，會遭到劇烈浸蝕而生成鋁酸鹽；因此對這類金屬制品的除油，不采用強堿性溶液。通常根據(jù)其表面黏附油污的程度，可采用不同的除油工藝。若表面油污嚴重，應(yīng)先選用有機溶劑除油，然后再用堿性鹽溶液化學(xué)除油。若表面油污較少時，可直接選用含少量苛性堿的除油液，或用堿性鹽溶液處理。
　　
　　有機溶劑除油常用三氯乙烯或三氯乙烯與四氯乙烯的混合有機溶劑。如無這種高效能有機溶劑，且制品表面又黏附大量油污時，也可采用乳化除油法。這種方法是把除油能力低的有機溶劑，如煤油、二甲苯等與乳化劑，以及如弱堿性肥皂或三乙醇胺與油酸等形成的皂類進行必要的組合，使油污在有機溶劑溶解和乳化的雙重作用下被清洗。
　　
　　4．鋁及其鋁合金制品的浸蝕
　　
　　輕金屬制品的浸蝕可以用酸液，也可以用堿液。在堿溶液中浸蝕的工藝是廣泛采用的方法，此法浸蝕速度較快，在表面油污較少時，甚至可以不經(jīng)過除油而直接進行堿液浸蝕。
　　
　　浸蝕一般在50℃80℃下于10%20%的苛性鈉溶液中進行，浸蝕時間約為兩分鐘，其作用是由于氫的強烈析出而促使非溶性污物離開金屬表面。
　　
　　5．黑色金屬制品的磷化
　　
　　黑色金屬表面通過化學(xué)反應(yīng)生成一層非金屬的、不導(dǎo)電的、多孔的磷酸鹽膜的處理過程稱為磷化或磷化處理，形成的磷酸鹽膜稱為轉(zhuǎn)化膜。
　　
　　磷化處理廣泛用于金屬加工成形以及防銹封存等工序中，其中作為涂層被覆表面處理的基底或前處理應(yīng)用最為普遍。磷化膜具有多孔性，涂料可滲入到這些孔隙中，因而能顯著地提高涂層的附著力。此外，磷化膜又能使金屬表面由優(yōu)良導(dǎo)體轉(zhuǎn)變?yōu)椴涣紝?dǎo)體，從而抑制了金屬表面微電池的形成，有效地阻礙了金屬的腐蝕，可成倍地提高涂層的耐蝕性和耐水性，所以磷化膜已被公認為涂層被覆最好的基底。對薄板金屬制品的涂層被覆要求在被覆前100%地進行磷化處理。
　　
　　按形成磷化處理劑的組成可分為，以鐵鹽為主的磷化處理，以鋅鹽為主的磷化處理及以錳鹽為主的磷化處理。作為涂層被覆表面處理的前處理，最廣泛應(yīng)用的是用鋅鹽為主的磷化處理，這種處理速度快，形成的磷化膜厚度適當(13μm)，是涂層被覆的良好基底。鋅鹽磷化處理劑的主要組分是磷酸二氫鋅(可用氧化鋅與磷酸配制)、氧化劑(常用硝酸鹽)、催化劑(常用亞硝酸鈉、氯酸鈉和過氧化氫等強氧化劑)和一些添加劑(如三聚磷酸鈉、氟化鈉等)。以下列舉兩種磷化液的配方及工藝規(guī)范供參考。
　　
　　配方一
　　
　　氧化鋅工業(yè)用純度98％以上25g
　　
　　磷酸工業(yè)用含量83％23ml
　　
　　硝酸工業(yè)用含量65％45ml
　　
　　碳酸鈉工業(yè)用16g
　　
　　自來水70ml
　　
　　此配方所制得的濃磷化液，總酸度接近500點，總酸度與游離酸度之比為7∶110∶1。將此濃磷化液稀釋至磷化工藝所規(guī)定的總酸度(噴射法采用1216點)，另外補充添加亞硝酸鈉0.20.3g/L，在60℃65℃下噴射處理l1.5分鐘，即可在除油和酸洗后的潔凈的鋼鐵表面上獲得結(jié)晶細致的磷化膜，磷化膜重量為2.02.5g/m2。
　　
　　配方二
　　
　　磷酸二氫鋅工業(yè)用10g/L
　　
　　硝酸鈉工業(yè)用7g/L
　　
　　硝酸鋅工業(yè)用7g/L
　　
　　磷化處理時應(yīng)添加亞硝酸鈉0.3g/L及三聚磷酸鈉0.1g/L。這種磷化液的總酸度為1012點，總酸度與游離酸之比為10∶115∶1，磷化溫度為60℃±5℃，噴射磷化處理需23分鐘，磷化膜重量為2.02.5g/m2，適用于鋼鐵表面的噴射磷化處理。
　　
　　上述有機溶劑除油、堿液除油、電化學(xué)除油、化學(xué)強浸蝕中，電化學(xué)強浸蝕和弱浸蝕屬于鍍層被覆表面處理的前處理，堿液除油、化學(xué)強浸蝕和磷化處理屬于涂層被覆表面處理的前處理，鋁及鋁合金的除油和浸蝕屬于表面改質(zhì)處理的前處理。