基于專利分析的線材除鱗工藝發展趨勢

吳曉冰，安 超

（國家知識產權局專利局專利審查協作江蘇中心，江蘇 蘇州 215000）

1 化學除鱗法

線材表面除鱗技術經過長期發展，目前主要有化學除鱗法和機械除鱗法。由于化學除鱗法具有較高的加工效率，因此產業上應用較多。

化學除鱗法是利用化學或者電化學的方法清除線材表面的氧化鐵皮，主要分為酸洗和電解兩大類。酸洗是利用酸的腐蝕作用，使氧化鐵皮溶解于酸洗液中從而去除氧化鐵皮。酸洗又涉及圓形酸洗、直線酸洗、震動酸洗、電解酸洗、螺旋酸洗、連續酸洗、封閉酸洗等[1]。酸洗和電解法既單獨使用也經常結合在一起使用。下面基于專利檢索文獻，分別對以酸洗為主的除鱗方法和以電解為主的除鱗方法，進行發展脈絡的梳理，為線材表面處理提供參考。

2 電解除鱗法

電解除鱗一般是在裝滿電解液的容器中進行，直接通電進行除鱗，主要裝備如圖1 所示。

圖1 電解除鱗示意圖（JP27581788A）

1977 年美國提交的專利申請US19780886572A，采用了電極非接觸方式進行除鱗。該公司在隨后的1978 年又提交了專利申請US19790078512A，采用在硫酸鹽中進行電解的方式除鱗。發展到1981年，日本提交專利申請JP16493081A，重點對于此前未過多設計的電解加速進行了研究，其采用置于電解槽中的管狀電極并連接DC 電源，外側設置模具將線材上粘連的多余的鱗皮移出。此后，日本于1988 年申請專利JP27581788A，如圖1 所示，采用旋轉輪作為正極，電極板作為陰極，對線材進行電解拋光，該過程對線材表面的鱗皮清除較為徹底。發展到1994年，日本申請專利JP17450494A，將線材卷整個置于內置中性電解溶液的電解槽中進行電解除鱗，并采用懸掛裝置對線材的位置進行定位。該方法相比于之前的在線電解法，電解效率大大提高，但是電解質量稍有下降。1999 年日本申請專利JP18136399A，采用一對對向電極均設置于線材上側，并設置多個并列的電解槽，線材依次通過多個電解槽進行除鱗，大大提高了除鱗質量。

3 酸洗除鱗法

酸洗除鱗法一般采用硫酸、鹽酸和/或氫氟酸和水配置成溶液，通過化學反應將線材表面的氧化鐵皮進行溶解。日本在這方面做了較多研究，下面對其發展脈絡作重點分析。

1975 年日本申請專利JP9363875A，首次記載了化學酸洗對線材進行除鱗的技術方案，采用常規酸洗液對線材進行除鱗處理。1991年，加拿大提交申請CA2054633A，提出酸洗后進行水洗，并采用溫和堿洗相結合的方式進行除鱗，對酸洗殘留液進行了一定處理。1993 年日本專利申請JP27940693A，采用對線材卷進行整體酸洗除鱗的方法，對線材卷的懸掛角度進行了詳細分析，以及1994 年提交申請JP27940693A，酸洗過程中攪拌流化，然后在中性溶液中進行清洗，清洗過程噴入氣體，該過程通過充分攪拌，提高了酸洗除鱗的質量和效率。隨后1995 年同一個公司又提交申請JP9595995A，對氣體量和線材殘留氧化物之間的關系做了詳細的相關性分析，進一步給出酸洗過程中吹入氣體的必要性以及具體操作應用參數。1998 年日本提交專利申請JP2219898A，采用一排多個酸洗池，并采用橡膠防漏墊防止酸洗液滲漏，進一步提高了酸洗效率。2011 年中國提交專利申請CN201110148100A，針對之前酸洗除鱗液中存在氟化物，對環境產生較大污染的技術問題，提出一種環境污染小且能有效去除氧化鐵皮的酸洗液，其采用不含氟離子的硝酸、磷酸、無機銨鹽、有機含氨基化合物組成的酸洗溶液，并加入表面活性劑，促進酸蝕過程，通過有機含氨基化合物也大幅度減少氮氧化物的釋放，減少了對環境的污染。此后2014 年申請專利CN201410282904A，也提出一種針對酸洗液進行改進的技術方案，進一步針對硝酸、氫氟酸和鹽酸產生酸霧的問題，提出一種采用檸檬酸、草酸、三乙醇胺以及脂肪醇聚氧乙烯醚和少量硝酸等成分的酸洗溶液，減少了對環境的污染。

4 其他除鱗法

線材除鱗方法中，除了化學除鱗法以及比較常規的機械除鱗法，還出現了比較新穎的光電除鱗法，本文進行一下延伸介紹。

光電除鱗法主要采用光電手段進行除鱗，例如真空電弧除鱗法（也叫等離子體除鱗法）和激光除鱗法。這個概念出現的較晚，并且研究文獻較少，目前仍屬于探索階段。

日本于1995 年提交專利申請JP4266795A 即采用真空電弧除鱗法，如圖2 所示。其將線材卷繞在兩個卷筒上，兩個卷筒之間的線材兩側放置電極板，并均設置于真空箱內，進行電弧放電除鱗，2006年申請專利WO2007AT00046，也是采用等離子體進行放電除鱗。2014 年中國科學技術大學湯中亮的博士論文《低氣壓直流弧斑等離子體除鱗及其放電特性研究》，針對低氣壓直流電弧在除鱗中的應用開展了弧斑等離子體放電技術、等離子體放點特性和除鱗工藝研究，建立了一套低氣壓陰極弧斑等離子體除鱗裝置，進行了柱狀銅電極、球狀銅電極、石墨電極等多種電極的除鱗實現，開展了樣品與電極間的靜態和動態除鱗研究，實現了不同尺寸樣品的除鱗。

圖2 光電除鱗法（JP4266795A）

5 結論

當今社會對環保的要求越來越高，因此傳統化學除鱗法的發展受到限制。今后化學除鱗法的主要研究重點是優化除鱗液體的成分，降低對環境的污染。光電除鱗方法還處在研究階段，具有較好的發展前景，相信假以時日，定能從實驗階段全面轉向產業應用階段。