金屬零件清洗技術(shù)應(yīng)用研究

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【摘要】本文通過對(duì)水基與溶劑清洗技術(shù)的特性分析，根據(jù)金屬零件加工前后的不同需求，對(duì)所需清洗劑的選擇進(jìn)行探討，并根據(jù)公司產(chǎn)品特點(diǎn)提供機(jī)加與裝配過程清洗劑和清洗工藝的選擇方案。

【關(guān)鍵詞】金屬零件；清洗技術(shù)；清洗劑；水基清洗；溶劑清洗

隨著技術(shù)進(jìn)步與認(rèn)識(shí)的提高，影響機(jī)械產(chǎn)品性能的主要因素之一清潔度問題越來越得到了各方的重視：一是在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段對(duì)關(guān)鍵零部件提出清潔度要求；二是在產(chǎn)品制造階段保證清潔度要求的清洗技術(shù)得到了快速發(fā)展，清洗技術(shù)正逐步向著綠色環(huán)保、高效節(jié)能發(fā)展，所用的清洗設(shè)備及介質(zhì)也在逐步更新和改進(jìn)[1]。

1金屬零件清洗技術(shù)

金屬零件清洗技術(shù)是指針對(duì)金屬加工的各類工件及型材加工前后、金屬表面處理前后以及封存防銹前的表面清洗。清洗的對(duì)象主要是加工過程中產(chǎn)生的金屬切屑、金屬沫以及殘留的冷卻液、封存所用的油封油[2]。清洗的目的是在不損傷金屬表面的前提下，在規(guī)定的時(shí)間、設(shè)備及清洗介質(zhì)下將零件表面的污染物去除，滿足噴漆、電鍍、裝配等后續(xù)工序的加工要求。對(duì)于不同的清洗對(duì)象，需依據(jù)清洗的材質(zhì)、清潔度要求，選用不同的清洗介質(zhì)、清洗工藝流程等清洗技術(shù)。按照清洗介質(zhì)進(jìn)行分類，常用的清洗技術(shù)分為水基清洗技術(shù)與溶劑清洗技術(shù)[3]。

2水基清洗技術(shù)

水基清洗是指將水基清洗劑與水按一定的比例混合后進(jìn)行的清洗方式，一般使用的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%-5%，配比所用的水可根據(jù)需要選用自來水或去離子水。水基清洗工藝主要包括手工清洗和超聲波清洗、旋轉(zhuǎn)噴淋、復(fù)合清洗等機(jī)械自動(dòng)清洗。水基清洗劑能很好地處理極性的污染物；但是，水基清洗不適用于油污、油脂等非極性的污染物的清洗[4]。

2.1表面活性劑類水基清洗劑

目前使用較多的是以表面活性劑為主、助洗為輔的水基金屬清洗劑。其清洗工藝主要包括自動(dòng)或半自動(dòng)機(jī)械清洗以及各類超聲波清洗工藝。表面活性劑是一種改變污染物與零件材料之間界面性質(zhì)的材料，有助于去除污染物，將污染物分散到清洗介質(zhì)中。由于被清洗零件的材質(zhì)、形狀、污染物類型及清潔度要求等不相同，選用此類清洗劑時(shí)應(yīng)注意：（1）此類清洗劑為中強(qiáng)堿性，其溶液pH值一般為8-10，可用于黑色金屬和有色金屬零件的清洗。但是當(dāng)清洗有色金屬材質(zhì)零件時(shí)，可添加相應(yīng)的緩蝕劑防止零件表面被腐蝕變色。（2）其清洗力較強(qiáng)，對(duì)植物油和礦物油均有很好的去除效果，同時(shí)輔以加熱，其效果會(huì)更好。清洗有色金屬加熱溫度不宜太高，否則容易引起零件表面變色。如使用超聲波清洗，需要考慮加熱溫度與超聲波清洗空化條件的匹配性，如不匹配，過高的溫度可能降低超聲波清洗的空化效果。因此清洗溫度一般選擇50℃～80℃為宜[5]。（3）在要求清潔度很高的清洗工藝中，以及清潔度要求高的零件油封前、產(chǎn)品裝配前必須用去離子水來稀釋清洗劑和溢流漂洗。（4）清洗時(shí)間需綜合考慮零件的結(jié)構(gòu)和材質(zhì)，并應(yīng)注意零件的裝夾方式及放置方向，一般超聲波清洗時(shí)間為40-120s，噴淋清洗13min。

2.2新型水基清洗劑——生物循環(huán)清洗劑

隨著綠色環(huán)保技術(shù)的發(fā)展，近年來一種新型、低排放的水基清洗劑——生物循環(huán)清洗劑正在得到逐步推廣應(yīng)用。該類清洗劑的清洗原理主要是利用微生物分解金屬零件的表面附著油污，使其轉(zhuǎn)化為無毒無害的水溶性物質(zhì)的方法。這種清洗劑無需兌水，直接使用。對(duì)于洗下含有油污的清洗液由天然微生物進(jìn)行分解，得到新鮮干凈的清洗液進(jìn)行長期循環(huán)使用，排放非常少。

2.3水基清洗后的后處理流程

使用水基清洗后的金屬零件必須經(jīng)過純水/去離子水漂洗流程，以去除金屬表面殘留的清洗液；然后進(jìn)行干燥，除去表面殘留水分。對(duì)于黑色金屬等易銹蝕零件進(jìn)行必要的防銹處理。干燥方法以熱風(fēng)干燥和真空干燥最為常用，其中精密零件及清潔度要求高的零件多選用真空干燥。水基清洗后的廢液因某些表面活性劑難以進(jìn)行生物降解，其直接排放會(huì)對(duì)環(huán)境造成不可逆轉(zhuǎn)的損害。因此，選用合適的表面活性劑，同時(shí)終端廢液處理是應(yīng)用水基清洗必須考慮的重要問題。

3安全環(huán)保型溶劑清洗技術(shù)

3.1早期溶劑清洗劑

溶劑清洗是指使用溶劑油（包括煤油、汽油）或化學(xué)溶劑對(duì)零件進(jìn)行清洗，其清洗工藝主要包括手工擦洗、涮洗、超聲波清洗和壓力清洗等方式。對(duì)于金屬零件的清洗以煤油、汽油和鹵代烴類溶劑為主。其優(yōu)點(diǎn)是零件的清洗效果較好，無需后處理工序；缺點(diǎn)是汽油、煤油是燃料油，有易著火、爆燃等安全隱患。因其含有芳烴含量較高，對(duì)人類有害,目前已逐漸被替代。鹵代烴溶劑清洗效果較好，尤其適用于精密件的清洗，對(duì)極性和非極性油性污染物的去除能力均很強(qiáng)，其缺點(diǎn)是易揮發(fā)、價(jià)格高、有毒，尤其會(huì)破壞大氣臭氧層。

3.2安全環(huán)保型溶劑

溶劑清洗由于在清洗效果和后處理方面的均有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，所以不會(huì)被水基清洗完全替代，而是逐步朝著環(huán)保、安全、節(jié)能、減排的方向發(fā)展。其主要類型有：（1）替代ODS類鹵代烴溶劑。由于結(jié)構(gòu)、構(gòu)成與ODS鹵代烴相似，物理化學(xué)性能相當(dāng)，但破壞臭氧系數(shù)（ODP）較小或幾乎為零，生理毒性亦很小，對(duì)清洗工藝無須進(jìn)行大的調(diào)整即可使用。但缺點(diǎn)是成本較高。（2）結(jié)構(gòu)趨同、餾分窄、閃點(diǎn)高的石油烴類溶劑。此類溶劑的閃點(diǎn)大于50℃，其優(yōu)點(diǎn)是可保證安全，具有良好的清洗效果及合適的揮發(fā)性。此類產(chǎn)品對(duì)人體毒性很小，不會(huì)破壞臭氧層。其缺點(diǎn)是容易燃燒，廢液回收不是很方便。此類產(chǎn)品不僅可以替代鹵代烴，同時(shí)可以替代煤油、汽油進(jìn)行清洗，目前已得到廣泛應(yīng)用。（3）生物精細(xì)化工溶劑。此類產(chǎn)品具有環(huán)保、易生物降解等優(yōu)點(diǎn)。

3.3溶劑清洗后的后處理流程

溶劑清洗后的零件不需要后處理工序，但由于揮發(fā)速度的快慢會(huì)影響溶劑在金屬表面的停留時(shí)間。廢液對(duì)環(huán)境有危害，必須回收再利用。清洗劑用量少時(shí)可以交專業(yè)廠家回收，用量大時(shí)可以自建回收設(shè)備，做到清洗溶劑再利用。

4復(fù)合清洗技術(shù)復(fù)合清洗技術(shù)

通過在一臺(tái)清洗設(shè)備中設(shè)置多槽儲(chǔ)液罐（一般為4-5槽），同時(shí)使用水基和溶劑兩種清洗液來進(jìn)行清洗，從而達(dá)到良好的清洗效果，滿足零件高清潔度的要求。復(fù)合清洗的一般工藝流程見圖1。復(fù)合清洗設(shè)備在負(fù)壓（真空）狀態(tài)下工作，并帶有蒸餾、過濾系統(tǒng)，對(duì)溶劑進(jìn)行回收再利用，使用安全，并滿足環(huán)保要求。

5水基清洗與溶劑清洗對(duì)比

水基清洗技術(shù)憑借其清洗能力強(qiáng)、安全性好等優(yōu)勢(shì)，近年來得到了快速發(fā)展，應(yīng)用越來越廣泛，同時(shí)溶劑清洗技術(shù)由于其無需后處理等優(yōu)勢(shì)也在同步發(fā)展，新型、安全環(huán)保型溶劑逐漸替代了傳統(tǒng)的溶劑，特別是碳?xì)淙軇┖透男源嫉膽?yīng)用范圍正在擴(kuò)大。水基清洗與溶劑清洗在安全性、清洗能力、成本等方面的比較見表1。

6清洗工藝的選擇

在確定金屬零件的清洗工藝時(shí)，應(yīng)綜合考慮被清洗零件的材質(zhì)、結(jié)構(gòu)、污染物類型及清潔度要求等，同時(shí)考慮上道工序和下道工序的要求進(jìn)行選擇，對(duì)不同的清洗技術(shù)，需要配備適用的清洗設(shè)備才能達(dá)到要求的清潔度。因此，首先根據(jù)污染物的種類確定選用水基清洗劑還是溶劑清洗劑，然后再根據(jù)被清洗零件材質(zhì)選定具體產(chǎn)品，根據(jù)污染程度、清潔度要求確定水基清洗劑的配比、清洗時(shí)間、清洗工藝流程等，根據(jù)生產(chǎn)條件以及產(chǎn)品產(chǎn)出需求等確認(rèn)采用手工清洗還是機(jī)械清洗、自動(dòng)清洗等。針對(duì)公司產(chǎn)品制造特點(diǎn)，根據(jù)不同加工階段，對(duì)金屬零件的清洗工藝的選擇進(jìn)行了初步總結(jié)。（1）產(chǎn)品裝配前的啟封清洗，使用水基、溶劑清洗劑，在單個(gè)清洗腔內(nèi)完成清洗、漂洗和干燥，實(shí)現(xiàn)噴淋、浸沒、超聲波清洗、過程數(shù)據(jù)自動(dòng)記錄等。自動(dòng)清洗方式，使用旋轉(zhuǎn)籃筐清洗機(jī)。備注：一般僅用作裝配前啟封清洗時(shí)選用水基或溶劑清洗均可。鑒于公司產(chǎn)品零件材質(zhì)種類多，而且各類泵類產(chǎn)品需要做磨合運(yùn)轉(zhuǎn)，因此可選用水基和溶劑清洗兩種技術(shù)。根據(jù)生產(chǎn)能力需求可配置復(fù)合清洗機(jī)1臺(tái)（1臺(tái)設(shè)備配置4個(gè)儲(chǔ)液槽，分別用于水基和溶劑清洗）或者水基與溶劑清洗機(jī)各1臺(tái)。（2）機(jī)加過程階段，使用生物循環(huán)清洗劑（水基），刷洗、沖洗工藝，手動(dòng)清洗，使用生物循環(huán)清洗機(jī)。備注：研磨過程清洗，機(jī)加過程零件的清洗，便于用壓縮空氣吹干或工業(yè)擦拭紙擦干的簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)零件檢驗(yàn)前的清洗。（3）機(jī)加過程階段，使用水基、溶劑清洗劑，超聲波清洗，手動(dòng)上下料，使用超聲波清洗機(jī)，主要用作研磨后復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件的預(yù)清洗。（4）機(jī)加過程階段，使用水基清洗劑，高壓水沖洗，自動(dòng)清洗方式，使用高壓沖洗機(jī)。備注：有去毛刺功能；適用于殼體、轉(zhuǎn)子等結(jié)構(gòu)件的清洗，可部分替代大流量沖洗機(jī)的功能。（5）機(jī)加過程階段，使用水基、溶劑清洗劑，在單個(gè)清洗腔內(nèi)完成清洗、漂洗和干燥，實(shí)現(xiàn)噴淋、浸沒、超聲波清洗、過程數(shù)據(jù)自動(dòng)記錄等。自動(dòng)清洗，使用旋轉(zhuǎn)籃筐清洗機(jī)。備注：用于入庫前的清洗；可選用4-5槽復(fù)合清洗機(jī)，最后一槽加防銹劑，清洗完后直接包裝。

7結(jié)語

任何一種工藝都不是萬能的，金屬零件的清洗工藝也一樣。水基清洗與溶劑清洗各有其局限性。在安全生產(chǎn)的前提下，如何選用適用的清洗技術(shù)替代公司已有的汽油、煤油清洗是一項(xiàng)艱巨的工作。受產(chǎn)品功能特點(diǎn)、資金投入等條件的限制，水基清洗技術(shù)及安全環(huán)保型溶劑清洗技術(shù)的推廣應(yīng)用工作比其他行業(yè)的歷程要長一些。經(jīng)過探索與研究，急需建立公司產(chǎn)品制造過程中適用的安全、環(huán)保清洗技術(shù)體系。

參考文獻(xiàn)

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作者：翟婷婷 杜改梅 韓曉光 尚鮮軍 單位：中國航發(fā)西安動(dòng)力控制科技有限公司