清洗處理方法及清洗劑
用一種清洗方法很少能從金屬表面清除掉所有污染物。經常要聯用物理法、化學法和物化法來清洗。除了純機械清洗外(打磨、研磨),經常也用由化學溶劑配制成的清洗劑,其物理或化學的效果可以用物理過程的方法加以強化,例如超聲波。
中世紀人們已知道水有清洗功能,水的液體形式使它可以達到表面的任何部位。時至今日,最常用的清潔方法還是用水溶液,其中又以堿溶液清洗最常用。
在這方面,皂化通常不重要。但物理和膠體化學作用是很重要的,例如吸附、脫附,粒子吸引和排斥,乳液形成和破碎。其中表面活性劑起了控制作用。
這些物質中主要是能形成離子的化合物(酸、堿、鹽、皂),它們在水溶液中有活性。在這些溶液中,負離子顆粒聚集在受污染的表面區域上使臟的灰塵顆粒帶負電荷。由于金屬表面也帶負電荷,它們就相互排斥。
陰離子對污染物的親和性不是惟一的活性因素。硅酸鹽和磷酸鹽能形成相對大的聚合離子(在水溶液中)。它們與銷的離子相比,可以將分散的以及水不溶性的臟顆粒漂浮在清潔液中,而且是以膠體形式漂浮,使分散很細的臟東西不會聚結。
除了無機物質外,現代的工業清洗劑有些為有機化合物。其中有些使20世紀20年代發現的非離子型表面活性劑。它們有類似肥皂的功能卻不會在硬水中沉淀。在所有的工業清洗劑和洗滌劑中都能找到它們。
表面活性劑分子由不同物質組成,遵循“相似相溶”原理。系數物質僅溶于水或油。表面活性劑由一個親水基和一個疏水基組成,因此,既溶于水,又溶于油。溶于水溶液時,即使是極少量的表面活性劑也會降低表面張力,它們會集中在界面處形成很高的局部濃度。因此,清洗劑溶液會浸濕,包圍并滲透到污染物中,可以改進清洗效果,更方便地清除臟東西。局部濃度會較高。在溶液中達到一定濃度時,表面活性劑會形成分子基團(稱為“膠束”),可分散或乳化(分散、使其溶解)水不溶性物質,如油和潤滑脂。
在現代工業用清洗劑中,經常聯合試用離子型和非離子型的化學物質。清洗劑地作用就是靠各種相互協調地物理和化學作用來實現的。
清洗劑的系列化
用戶可以根據需要選擇水溶液型、溶劑型以及乳液型清洗劑。根據用戶需要選擇清洗劑類型和不同的清洗劑。
(1) 水溶液清洗劑
有噴霧型和液體型兩種形式。由于安全性和易使用性,更為常用的是液體型。多數清洗劑屬于帶有堿性的中性清洗劑,酸性地較少。由于濃度、溫度和應用場合不同,它們可在許多不同條件下應用。
清潔地成功與否取決于污染物情況。例如要清除已經儲放了較長時間地潤滑油時,由于起皮和硬化,其清除難度會大一些。總的來講,污染物清除難度會大一些。
含固體物以及著色深地成型潤滑劑地清除會困難一些。由于具體情況如固體顆粒、尺寸、工件和固體間相互作用、成型工藝負荷不同,目前還沒有一種標準地清洗劑。
由于清洗地殘余物即使在深度沖洗后還會在化學表面處理和熱化學工藝中對鍍層形成有影響,為避免這種影響,要使用特殊用途的清洗劑才行。此外,要進行處理的堿性金屬的天然性質(如鐵、鋁、銅、鋅等)也要給予考慮。
根據堿性清洗液的PH值,可進行如下分類:
◆低PH值堿性清洗劑(PH值為7.0~10.5);
◆中PH值堿性清洗劑(PH值為10.5~11.5);
◆高PH值堿性清洗劑(PH值大于11.5)。
低PH值堿性清洗劑經常被稱為“中性清洗劑”,這是因為它們略有一些皂化天然和合成脂類物質的作用,但實際上“中性清洗劑”的標準定義并不存在。
酸性清洗劑(PH值小于7.0)有特殊用途。它們還能去掉鐵銹、鐵斑或其他用堿洗不能去除的物質。這種苛性脫脂劑其組成中主要有鹽酸、硫酸或磷酸,并添加有緩蝕劑。
除了脫除潤滑油膜外,磷酸基的酸性清洗劑還用來形成一薄層磷酸鹽(大約0.1~0.3μm),這就有利于噴涂層的形成,例如,電泳鍍層及/或粉末鍍層。
★水溶液清洗劑的作用
選擇清洗劑要根據所用的清洗方法來進行。
◆浸浴式清洗劑;
◆噴涂式清洗劑。
特殊用途的清洗劑有:
◆高壓清洗劑;
◆蒸汽噴射清洗劑;
◆機器清洗劑。
浸浴式清洗是一個老的清洗方法。可以容易地溶解油和潤滑脂,分散污物顆粒在清洗小部件或大表面積地平面部件時用這種方法。在浸浴時如還有更多的工序時也可以用浸浴方法,例如電鍍處理。經常要根據要求采用多級清洗方法。
在浸浴式清洗后,部件要在高溫下處理相對長的一段時間。一般要進行多級處理。
(2) 浸浴式清洗設備
標準的設備很容易制造。最簡單的辦法式用薄鐵皮做的可加熱容器,例如高溫下進行浸浴,這種方法如今很少用。這里沸騰液體僅作為一個機械清洗的支持手段。現代化的設備已能避免老式設備的缺陷,例如熱損大、易飛濺、過渡沸騰、蒸汽過多等。
清洗效果可以通過循環清洗劑溶液或溢流來達到,溶液要用泵循環送到浴液中,中間由很多位置不通的閥來控制。額外安裝一個噴灌系統,奶油狀潤滑油就會從浸浴表面沖走,防止已清洗好的部件再被脫乳化的油污染。和“煎”浴相比,這樣的好處式清洗效果好,溫度也低(60℃~90℃)。有時浸浴液不用泵打而用壓縮空氣。這時,需要清洗劑不容易起泡。
(3) 超聲波清洗
另一種浸浴式清洗辦法是超聲波清洗。在有些工業,例如飾品和銀制品工業,光學玻璃及設備工業以及高精度合金鋼、接頭及其他結構組件的制造業中,對多數拋過光的表面區域的清潔度要求極高。所用材料殘渣和金屬碎屑必須要費大力氣才能清除掉,因為顏料和金屬、玻璃表面接合很牢。
因此,僅用水溶液清洗而不用其他機械方法是不夠的,這時用超聲波會有更好效果;超聲波清洗是用通過特殊振動系統產生的高頻聲波來進行清洗的。
超聲波的作用是在清洗劑溶液中,以縱波的形式沿縱向傳播的,由于壓力變化大,會在溶液中形成許多小的低壓泡,它們很快崩潰并放出能量。表面的微小粗糙度和所積累的粒子形成空腔。這對角落、鉆孔、裝飾性浮雕及其他普通方法難以奏效的地方來說特別有用。在干凈溶液中,我們能觀察到臟顆粒是如何從表面被去除掉的。該方法主要是基于氣泡破裂時產生的壓力,局部壓力超過了100MPa。
聲頻在20~40kHz,溫度為50℃~70℃時會有最佳效果。一般最少的清洗時間不超過2min。
超聲波發聲器應設定為每升浸浴液的聲波能量為5~20W。
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