金属零件清洗技术应用研究

【摘要】本文通过对水基与溶剂清洗技术的特性分析，根据金属零件加工前后的不同需求，对所需清洗剂的选择进行探讨，并根据公司产品特点提供机加与装配过程清洗剂和清洗工艺的选择方案。

【关键词】金属零件；清洗技术；清洗剂；水基清洗；溶剂清洗

随着技术进步与认识的提高，影响机械产品性能的主要因素之一清洁度问题越来越得到了各方的重视：一是在产品设计阶段对关键零部件提出清洁度要求；二是在产品制造阶段保证清洁度要求的清洗技术得到了快速发展，清洗技术正逐步向着绿色环保、高效节能发展，所用的清洗设备及介质也在逐步更新和改进[1]。

1金属零件清洗技术

金属零件清洗技术是指针对金属加工的各类工件及型材加工前后、金属表面处理前后以及封存防锈前的表面清洗。清洗的对象主要是加工过程中产生的金属切屑、金属沫以及残留的冷却液、封存所用的油封油[2]。清洗的目的是在不损伤金属表面的前提下，在规定的时间、设备及清洗介质下将零件表面的污染物去除，满足喷漆、电镀、装配等后续工序的加工要求。对于不同的清洗对象，需依据清洗的材质、清洁度要求，选用不同的清洗介质、清洗工艺流程等清洗技术。按照清洗介质进行分类，常用的清洗技术分为水基清洗技术与溶剂清洗技术[3]。

2水基清洗技术

水基清洗是指将水基清洗剂与水按一定的比例混合后进行的清洗方式，一般使用的质量分数为2%-5%，配比所用的水可根据需要选用自来水或去离子水。水基清洗工艺主要包括手工清洗和超声波清洗、旋转喷淋、复合清洗等机械自动清洗。水基清洗剂能很好地处理极性的污染物；但是，水基清洗不适用于油污、油脂等非极性的污染物的清洗[4]。

2.1表面活性剂类水基清洗剂

目前使用较多的是以表面活性剂为主、助洗为辅的水基金属清洗剂。其清洗工艺主要包括自动或半自动机械清洗以及各类超声波清洗工艺。表面活性剂是一种改变污染物与零件材料之间界面性质的材料，有助于去除污染物，将污染物分散到清洗介质中。由于被清洗零件的材质、形状、污染物类型及清洁度要求等不相同，选用此类清洗剂时应注意：（1）此类清洗剂为中强碱性，其溶液pH值一般为8-10，可用于黑色金属和有色金属零件的清洗。但是当清洗有色金属材质零件时，可添加相应的缓蚀剂防止零件表面被腐蚀变色。（2）其清洗力较强，对植物油和矿物油均有很好的去除效果，同时辅以加热，其效果会更好。清洗有色金属加热温度不宜太高，否则容易引起零件表面变色。如使用超声波清洗，需要考虑加热温度与超声波清洗空化条件的匹配性，如不匹配，过高的温度可能降低超声波清洗的空化效果。因此清洗温度一般选择50℃～80℃为宜[5]。（3）在要求清洁度很高的清洗工艺中，以及清洁度要求高的零件油封前、产品装配前必须用去离子水来稀释清洗剂和溢流漂洗。（4）清洗时间需综合考虑零件的结构和材质，并应注意零件的装夹方式及放置方向，一般超声波清洗时间为40-120s，喷淋清洗13min。

2.2新型水基清洗剂——生物循环清洗剂

随着绿色环保技术的发展，近年来一种新型、低排放的水基清洗剂——生物循环清洗剂正在得到逐步推广应用。该类清洗剂的清洗原理主要是利用微生物分解金属零件的表面附着油污，使其转化为无毒无害的水溶性物质的方法。这种清洗剂无需兑水，直接使用。对于洗下含有油污的清洗液由天然微生物进行分解，得到新鲜干净的清洗液进行长期循环使用，排放非常少。

2.3水基清洗后的后处理流程

使用水基清洗后的金属零件必须经过纯水/去离子水漂洗流程，以去除金属表面残留的清洗液；然后进行干燥，除去表面残留水分。对于黑色金属等易锈蚀零件进行必要的防锈处理。干燥方法以热风干燥和真空干燥最为常用，其中精密零件及清洁度要求高的零件多选用真空干燥。水基清洗后的废液因某些表面活性剂难以进行生物降解，其直接排放会对环境造成不可逆转的损害。因此，选用合适的表面活性剂，同时终端废液处理是应用水基清洗必须考虑的重要问题。

3安全环保型溶剂清洗技术

3.1早期溶剂清洗剂

溶剂清洗是指使用溶剂油（包括煤油、汽油）或化学溶剂对零件进行清洗，其清洗工艺主要包括手工擦洗、涮洗、超声波清洗和压力清洗等方式。对于金属零件的清洗以煤油、汽油和卤代烃类溶剂为主。其优点是零件的清洗效果较好，无需后处理工序；缺点是汽油、煤油是燃料油，有易着火、爆燃等安全隐患。因其含有芳烃含量较高，对人类有害,目前已逐渐被替代。卤代烃溶剂清洗效果较好，尤其适用于精密件的清洗，对极性和非极性油性污染物的去除能力均很强，其缺点是易挥发、价格高、有毒，尤其会破坏大气臭氧层。

3.2安全环保型溶剂

溶剂清洗由于在清洗效果和后处理方面的均有独特的优点，所以不会被水基清洗完全替代，而是逐步朝着环保、安全、节能、减排的方向发展。其主要类型有：（1）替代ODS类卤代烃溶剂。由于结构、构成与ODS卤代烃相似，物理化学性能相当，但破坏臭氧系数（ODP）较小或几乎为零，生理毒性亦很小，对清洗工艺无须进行大的调整即可使用。但缺点是成本较高。（2）结构趋同、馏分窄、闪点高的石油烃类溶剂。此类溶剂的闪点大于50℃，其优点是可保证安全，具有良好的清洗效果及合适的挥发性。此类产品对人体毒性很小，不会破坏臭氧层。其缺点是容易燃烧，废液回收不是很方便。此类产品不仅可以替代卤代烃，同时可以替代煤油、汽油进行清洗，目前已得到广泛应用。（3）生物精细化工溶剂。此类产品具有环保、易生物降解等优点。

3.3溶剂清洗后的后处理流程

溶剂清洗后的零件不需要后处理工序，但由于挥发速度的快慢会影响溶剂在金属表面的停留时间。废液对环境有危害，必须回收再利用。清洗剂用量少时可以交专业厂家回收，用量大时可以自建回收设备，做到清洗溶剂再利用。

4复合清洗技术复合清洗技术

通过在一台清洗设备中设置多槽储液罐（一般为4-5槽），同时使用水基和溶剂两种清洗液来进行清洗，从而达到良好的清洗效果，满足零件高清洁度的要求。复合清洗的一般工艺流程见图1。复合清洗设备在负压（真空）状态下工作，并带有蒸馏、过滤系统，对溶剂进行回收再利用，使用安全，并满足环保要求。

5水基清洗与溶剂清洗对比

水基清洗技术凭借其清洗能力强、安全性好等优势，近年来得到了快速发展，应用越来越广泛，同时溶剂清洗技术由于其无需后处理等优势也在同步发展，新型、安全环保型溶剂逐渐替代了传统的溶剂，特别是碳氢溶剂和改性醇的应用范围正在扩大。水基清洗与溶剂清洗在安全性、清洗能力、成本等方面的比较见表1。

6清洗工艺的选择

在确定金属零件的清洗工艺时，应综合考虑被清洗零件的材质、结构、污染物类型及清洁度要求等，同时考虑上道工序和下道工序的要求进行选择，对不同的清洗技术，需要配备适用的清洗设备才能达到要求的清洁度。因此，首先根据污染物的种类确定选用水基清洗剂还是溶剂清洗剂，然后再根据被清洗零件材质选定具体产品，根据污染程度、清洁度要求确定水基清洗剂的配比、清洗时间、清洗工艺流程等，根据生产条件以及产品产出需求等确认采用手工清洗还是机械清洗、自动清洗等。针对公司产品制造特点，根据不同加工阶段，对金属零件的清洗工艺的选择进行了初步总结。（1）产品装配前的启封清洗，使用水基、溶剂清洗剂，在单个清洗腔内完成清洗、漂洗和干燥，实现喷淋、浸没、超声波清洗、过程数据自动记录等。自动清洗方式，使用旋转篮筐清洗机。备注：一般仅用作装配前启封清洗时选用水基或溶剂清洗均可。鉴于公司产品零件材质种类多，而且各类泵类产品需要做磨合运转，因此可选用水基和溶剂清洗两种技术。根据生产能力需求可配置复合清洗机1台（1台设备配置4个储液槽，分别用于水基和溶剂清洗）或者水基与溶剂清洗机各1台。（2）机加过程阶段，使用生物循环清洗剂（水基），刷洗、冲洗工艺，手动清洗，使用生物循环清洗机。备注：研磨过程清洗，机加过程零件的清洗，便于用压缩空气吹干或工业擦拭纸擦干的简单、结构零件检验前的清洗。（3）机加过程阶段，使用水基、溶剂清洗剂，超声波清洗，手动上下料，使用超声波清洗机，主要用作研磨后复杂结构零件的预清洗。（4）机加过程阶段，使用水基清洗剂，高压水冲洗，自动清洗方式，使用高压冲洗机。备注：有去毛刺功能；适用于壳体、转子等结构件的清洗，可部分替代大流量冲洗机的功能。（5）机加过程阶段，使用水基、溶剂清洗剂，在单个清洗腔内完成清洗、漂洗和干燥，实现喷淋、浸没、超声波清洗、过程数据自动记录等。自动清洗，使用旋转篮筐清洗机。备注：用于入库前的清洗；可选用4-5槽复合清洗机，最后一槽加防锈剂，清洗完后直接包装。

7结语

任何一种工艺都不是万能的，金属零件的清洗工艺也一样。水基清洗与溶剂清洗各有其局限性。在安全生产的前提下，如何选用适用的清洗技术替代公司已有的汽油、煤油清洗是一项艰巨的工作。受产品功能特点、资金投入等条件的限制，水基清洗技术及安全环保型溶剂清洗技术的推广应用工作比其他行业的历程要长一些。经过探索与研究，急需建立公司产品制造过程中适用的安全、环保清洗技术体系。

参考文献

[1]李茂生.金属加工行业清洗技术现状与发展[J].润滑与密封,2009(3):105-109.

[2]方华,朱再旭.机械行业金属零部件加工的化学清洗[J].清洗世界,2014(12):34-38.

[3]李茂生.金属清洗技术进展[J].清洗世界,2009(2):34-39.

[4]易举,孙卓.水基清洗技术[J].国防制造技术,2009(6):65-67.

[5]严天惠.超声波清洗的广泛应用[J].现代机械,2002(4):104-103.33

作者：翟婷婷 杜改梅 韩晓光 尚鲜军 单位：中国航发西安动力控制科技有限公司