金屬零件清洗技術應用研究

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【摘要】本文通過對水基與溶劑清洗技術的特性分析，根據金屬零件加工前后的不同需求，對所需清洗劑的選擇進行探討，并根據公司產品特點提供機加與裝配過程清洗劑和清洗工藝的選擇方案。

【關鍵詞】金屬零件；清洗技術；清洗劑；水基清洗；溶劑清洗

隨著技術進步與認識的提高，影響機械產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：一是在產品設計階段對關鍵零部件提出清潔度要求；二是在產品制造階段保證清潔度要求的清洗技術得到了快速發展，清洗技術正逐步向著綠色環保、高效節能發展，所用的清洗設備及介質也在逐步更新和改進[1]。

1金屬零件清洗技術

金屬零件清洗技術是指針對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。清洗的對象主要是加工過程中產生的金屬切屑、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，在規定的時間、設備及清洗介質下將零件表面的污染物去除，滿足噴漆、電鍍、裝配等后續工序的加工要求。對于不同的清洗對象，需依據清洗的材質、清潔度要求，選用不同的清洗介質、清洗工藝流程等清洗技術。按照清洗介質進行分類，常用的清洗技術分為水基清洗技術與溶劑清洗技術[3]。

2水基清洗技術

水基清洗是指將水基清洗劑與水按一定的比例混合后進行的清洗方式，一般使用的質量分數為2%-5%，配比所用的水可根據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、旋轉噴淋、復合清洗等機械自動清洗。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或半自動機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的材料，有助于去除污染物，將污染物分散到清洗介質中。由于被清洗零件的材質、形狀、污染物類型及清潔度要求等不相同，選用此類清洗劑時應注意：（1）此類清洗劑為中強堿性，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。但是當清洗有色金屬材質零件時，可添加相應的緩蝕劑防止零件表面被腐蝕變色。（2）其清洗力較強，對植物油和礦物油均有很好的去除效果，同時輔以加熱，其效果會更好。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）清洗時間需綜合考慮零件的結構和材質，并應注意零件的裝夾方式及放置方向，一般超聲波清洗時間為40-120s，噴淋清洗13min。

2.2新型水基清洗劑——生物循環清洗劑

隨著綠色環保技術的發展，近年來一種新型、低排放的水基清洗劑——生物循環清洗劑正在得到逐步推廣應用。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，使其轉化為無毒無害的水溶性物質的方法。這種清洗劑無需兌水，直接使用。對于洗下含有油污的清洗液由天然微生物進行分解，得到新鮮干凈的清洗液進行長期循環使用，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；然后進行干燥，除去表面殘留水分。對于黑色金屬等易銹蝕零件進行必要的防銹處理。干燥方法以熱風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行生物降解，其直接排放會對環境造成不可逆轉的損害。因此，選用合適的表面活性劑，同時終端廢液處理是應用水基清洗必須考慮的重要問題。

3安全環保型溶劑清洗技術

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）或化學溶劑對零件進行清洗，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。對于金屬零件的清洗以煤油、汽油和鹵代烴類溶劑為主。其優點是零件的清洗效果較好，無需后處理工序；缺點是汽油、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，對極性和非極性油性污染物的去除能力均很強，其缺點是易揮發、價格高、有毒，尤其會破壞大氣臭氧層。

3.2安全環保型溶劑

溶劑清洗由于在清洗效果和后處理方面的均有獨特的優點，所以不會被水基清洗完全替代，而是逐步朝著環保、安全、節能、減排的方向發展。其主要類型有：（1）替代ODS類鹵代烴溶劑。由于結構、構成與ODS鹵代烴相似，物理化學性能相當，但破壞臭氧系數（ODP）較小或幾乎為零，生理毒性亦很小，對清洗工藝無須進行大的調整即可使用。但缺點是成本較高。（2）結構趨同、餾分窄、閃點高的石油烴類溶劑。此類溶劑的閃點大于50℃，其優點是可保證安全，具有良好的清洗效果及合適的揮發性。此類產品對人體毒性很小，不會破壞臭氧層。其缺點是容易燃燒，廢液回收不是很方便。此類產品不僅可以替代鹵代烴，同時可以替代煤油、汽油進行清洗，目前已得到廣泛應用。（3）生物精細化工溶劑。此類產品具有環保、易生物降解等優點。

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，但由于揮發速度的快慢會影響溶劑在金屬表面的停留時間。廢液對環境有危害，必須回收再利用。清洗劑用量少時可以交專業廠家回收，用量大時可以自建回收設備，做到清洗溶劑再利用。

4復合清洗技術復合清洗技術

通過在一臺清洗設備中設置多槽儲液罐（一般為4-5槽），同時使用水基和溶劑兩種清洗液來進行清洗，從而達到良好的清洗效果，滿足零件高清潔度的要求。復合清洗的一般工藝流程見圖1。復合清洗設備在負壓（真空）狀態下工作，并帶有蒸餾、過濾系統，對溶劑進行回收再利用，使用安全，并滿足環保要求。

5水基清洗與溶劑清洗對比

水基清洗技術憑借其清洗能力強、安全性好等優勢，近年來得到了快速發展，應用越來越廣泛，同時溶劑清洗技術由于其無需后處理等優勢也在同步發展，新型、安全環保型溶劑逐漸替代了傳統的溶劑，特別是碳氫溶劑和改性醇的應用范圍正在擴大。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，應綜合考慮被清洗零件的材質、結構、污染物類型及清潔度要求等，同時考慮上道工序和下道工序的要求進行選擇，對不同的清洗技術，需要配備適用的清洗設備才能達到要求的清潔度。因此，首先根據污染物的種類確定選用水基清洗劑還是溶劑清洗劑，然后再根據被清洗零件材質選定具體產品，根據污染程度、清潔度要求確定水基清洗劑的配比、清洗時間、清洗工藝流程等，根據生產條件以及產品產出需求等確認采用手工清洗還是機械清洗、自動清洗等。針對公司產品制造特點，根據不同加工階段，對金屬零件的清洗工藝的選擇進行了初步總結。（1）產品裝配前的啟封清洗，使用水基、溶劑清洗劑，在單個清洗腔內完成清洗、漂洗和干燥，實現噴淋、浸沒、超聲波清洗、過程數據自動記錄等。自動清洗方式，使用旋轉籃筐清洗機。備注：一般僅用作裝配前啟封清洗時選用水基或溶劑清洗均可。鑒于公司產品零件材質種類多，而且各類泵類產品需要做磨合運轉，因此可選用水基和溶劑清洗兩種技術。根據生產能力需求可配置復合清洗機1臺（1臺設備配置4個儲液槽，分別用于水基和溶劑清洗）或者水基與溶劑清洗機各1臺。（2）機加過程階段，使用生物循環清洗劑（水基），刷洗、沖洗工藝，手動清洗，使用生物循環清洗機。備注：研磨過程清洗，機加過程零件的清洗，便于用壓縮空氣吹干或工業擦拭紙擦干的簡單、結構零件檢驗前的清洗。（3）機加過程階段，使用水基、溶劑清洗劑，超聲波清洗，手動上下料，使用超聲波清洗機，主要用作研磨后復雜結構零件的預清洗。（4）機加過程階段，使用水基清洗劑，高壓水沖洗，自動清洗方式，使用高壓沖洗機。備注：有去毛刺功能；適用于殼體、轉子等結構件的清洗，可部分替代大流量沖洗機的功能。（5）機加過程階段，使用水基、溶劑清洗劑，在單個清洗腔內完成清洗、漂洗和干燥，實現噴淋、浸沒、超聲波清洗、過程數據自動記錄等。自動清洗，使用旋轉籃筐清洗機。備注：用于入庫前的清洗；可選用4-5槽復合清洗機，最后一槽加防銹劑，清洗完后直接包裝。

7結語

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。在安全生產的前提下，如何選用適用的清洗技術替代公司已有的汽油、煤油清洗是一項艱巨的工作。受產品功能特點、資金投入等條件的限制，水基清洗技術及安全環保型溶劑清洗技術的推廣應用工作比其他行業的歷程要長一些。經過探索與研究，急需建立公司產品制造過程中適用的安全、環保清洗技術體系。

參考文獻

[1]李茂生.金屬加工行業清洗技術現狀與發展[J].潤滑與密封,2009(3):105-109.

[2]方華,朱再旭.機械行業金屬零部件加工的化學清洗[J].清洗世界,2014(12):34-38.

[3]李茂生.金屬清洗技術進展[J].清洗世界,2009(2):34-39.

[4]易舉,孫卓.水基清洗技術[J].國防制造技術,2009(6):65-67.

[5]嚴天惠.超聲波清洗的廣泛應用[J].現代機械,2002(4):104-103.33

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