Обезжиривание | Гальванические стоки - очистка

Ванна обезжириванияВсе операции, которым подвергаются детали до поступления в гальванический цех, оставляют следы на их поверхности в виде различных загрязнений. Инородный слой толщиной в тысячные доли микрона резко снижает прочность сцепления покрытия с основным металлом, а при увеличении его толщины прочность сцепления падает почти в геометрической прогрессии. От качества очистки поверхности в значительной мере зависит и качество гальванических покрытий.

Загрязнения на поверхности металла могут быть различными по своей природе и свойствам. Термическая окалина, продукты коррозии, сульфидные или окисные плёнки появляются в результате в результате взаимодействия металл с окружающей средой и довольно прочно связаны с ним силами химического сродства. Загрязнения в виде жиров, консервационных смазок, остатков полировочных паст, абразивов, охлаждающих эмульсий связаны с металлом адгезионными силами. Загрязнения первого типа удаляют травлением, в процессе которого нарушается их химическая связь с металлом. Загрязнения второго типа удаляют в процессе обезжиривания, ослабляющего адгезионные силы. Загрязнения первого типа удаляют травлением, в процессе которого нарушается их химическая связь с металлом. Загрязнения второго типа удаляют в процессе обезжиривания, разрушающего адгезионные связи.

Способы очистки поверхности деталей от жировых загрязнений определяется их природой. Жиры минерального происхождения, к которым относятся полировочные пасты, консистентные смазки, минеральные масла, не растворяются в воде, и для их удаления применяют специальные органические растворители. Жиры растительного или животного происхождения практически не растворяются в воде, но взаимодействуют с водными растворами щелочей или солей щелочных металлов, образуя растворимые в воде мыла. Одной только обработки деталей органическими растворителями недостаточно, чтобы очистить поверхность от загрязнений, и эта операция является лишь первой в процессе обезжиривания деталей перед осаждением покрытий.

Органические растворители токсичны, и применять их можно только при использовании специального оборудования и соблюдения соответствующих правил техники безопасности. Пожароопасные растворители, как бензин и керосин, не следует применять. После удаления следов растворителя детали поступают на химическое или электрохимическое обезжиривание.

Щелочные растворы обеспечивают удаление с поверхности металла животных и растительных жиров в результате химического взаимодействия с ними. При этом, хотя минеральные жиры не участвуют в реакции, но при определённых условиях под воздействием щелочных растворов они могут образовывать водные эмульсии, что облегчает их последующее удаление с поверхности металла. Вводя в щелочные растворы поверхностно-активные вещества (ПАВ), можно усилить их эмульгирующее действие и, тем самым, повысить активность влияния на минеральные жировые загрязнения. Под воздействием горячего щелочного раствора, содержащего эмульгаторы и вещества, понижающие поверхностное натяжение на границе раствор-воздух и раствор-твёрдое тело (загрязнение), происходит разрыв жировой плёнки, уменьшение её толщины, образование отдельных капель масла и отрыв их от поверхности металла. При этом, отделяются также мелкие механические загрязнения.

Водные обезжиривающие растворы обычно содержат 2-4 щелочные соли и 1-3 ПАВ. Щелочными компонентами являются едкая щёлочь, кальцинированная сода, фосфаты, силикаты. Щёлочи и соли щелочных металлов омыляют растительные и животные жиры и являются резервом для нейтрализации кислотных загрязнений. Фосфаты умягчают воду, способствуют диспергированию образующихся растворимых фосфорнокислых солей кальция и магния и препятствуют их повторному осаждению. Кроме того, фосфаты улучшают моющую способность растворов и их склонность к пенообразованию. Способность улучшать пенообразование падает от метафосфата к поли- или пирофосфатам. В этом же порядке уменьшается активность фосфатов по отношению к ионам кальция. Коррозия металлов усиливается при переходе от мета- к поли- и пирофосфатам.

Немаловажное значение для успешной очистки деталей имеет быстрое удаление с их поверхности обезжиривающего раствора и загрязнений. Легче всего смываются растворы фосфатов, затем растворы силикатов и хуже всего растворы кальцинированной соды и едкого натра. Наибольшей эмульгирующей способностью из указанных соединений обладают силикаты, которые содействуют также отделению и коагулированию мелких механических загрязнений.

Силикаты могут образовывать на поверхности металлов (в особенности цинка и алюминия) тонкие плёнки, защищающие метал от коррозии в обезжиривающем растворе. Если на металл в дальнейшем наносят гальванические или химические покрытия, то эти плёнки должны быть предварительно удалены, чтобы не препятствовать прочному сцеплению покрытия с основой.

Некогда проведённые исследования и накопленный опыт работы в промышленности выявили и подтвердили важную роль, которую играют в процессе обезжиривания, добавки и раствор ПАВ. Можно сказать, что добавки ПАВ оказывают решающее влияние на интенсификацию процессов обезжиривания, улучшение качества очистки, повышение её экономичности и позволяют заменить в ряде случаев токсичные и пожароопасные растворители.

Положительное действие ПАВ связано с тем, что, понижая поверхностное межфазовое натяжение, улучшая смачивание поверхности металла, оказывая диспергирующее действие на твёрдые и эмульгирующее действие на жидкие загрязнения, способствую пенообразованию, они тем самым создают условия для быстрого и эффективного удаления жировых и некоторых других загрязнений.

График влияния ПАВ на качество обезжиривания

Рис. 1. Влияние поверхностно-активных веществ на качество обезжиривания (Серия: Библиотечка гальванотехника, Выпуск 1, Грилихес С.Я. Обезжиривание, травление и полирование металлов. (1983):
1- препарат ОП-7; 2- Синтанол ДС-10; 3- алкилсульфонат; 4- сугаитский сульфонал; 5- аммонийная соль алкилсульфонатов; 6- сульфонал НП-3

На рисунке 1 показано влияние ПАВ на качество очистки поверхности стали, наиболее эффективное действие оказывают ОП-7 и Синтанол ДС-10. Добавка в щелочной раствор небольшого количества ПАВ настолько активизирует обезжиривающее и моющее действие, что оказывается возможным достигнуть высокого качества очистки поверхности деталей при одновременном уменьшении концентрации минеральных компонентов раствора.

Современные ПАВ делятся на следующие классы:

  1. Катионактивные,
  2. Амфолитные,
  3. Неионогенные,
  4. Анионактивные.

Катионактивными прежде всего, являются соли первичных, вторичных и третичных аминов, четвертичные аммониевые основания и некоторые другие соединения. Они не обладают хорошими моющими свойствами и выпускаются промышленностью в ограниченном количестве для специальных целей. Кроме того, они являются сильнейшими биосферными ядами, и подлежат тщательной утилизации. Представителем такого рода ПАВ является препарат Алкамон ОС-2.

Неионогенные ПАВ (в отличии от анионактивных) не имеют в своём составе гидрофильной солеобразующей группы и не диссоциируют в водных растворах. К ним относятся полиэтиленгликолевый эфир, известный под торговым названием препаратов ОП-7, ОП-10, ОП-20, ОП-30, и Синтанол ДС-10. Препараты ОП являются продуктами конденсации окиси этилена. Они устойчивы в щелочной, нейтральной и кислой средах.

Анионактивные ПАВ диссоциируют в водной среде с образованием отрицательно заряженного органического иона. К ним относятся мыла карбоновых кислот, алкилсульфокислоты, алкилсульфаты, алкиларилсульфокислоты. Анионактивные ПАВ получили большое применение в обезжиривающих растворах. Наиболее эффективная технология их извлечения из обезжиривающих растворов, является баромембранная нанофильтрация.

Эффективным способом очистки поверхности деталей от реагирующих со щелочными растворами жиров, а также механических загрязнений является электрохимическое обезжиривание. С его помощью особенно хорошо удаляются тонкие, прочно держащиеся на металле плёнки, с трудом удаляемые другими методами. При электрохимическом обезжиривании эффективность удаления с поверхности металла жирового слоя определяется в основном не химическим действием, а изменением заряда обрабатываемой поверхности и механическим воздействием на этот слой выделяющихся при электролизе пузырьков газа.

Под влиянием поляризации металла уменьшается прочность сцепления с ним жировой плёнки, происходит её разрыв и образование отдельных капель. Мелкие пузырьки газа, выделяющиеся на электроде, задерживаются каплями жира. По мере протекания электролиза мелкие пузырьки соединяются в более крупные, которые постепенно вытягивают капли и, наконец, отрывают их от поверхности металла. Электролиз проводится в щелочных растворах, состав которых аналогичен применяемому при химической очистке. Но при электрохимическом обезжиривании электролит выполняет роль проводника тока и является лишь вспомогательным средством для удаления с поверхности металла загрязнений. Поэтому концентрация в нём солей и ПАВ может быть ниже, чем в растворах химического обезжиривания.

Для электрохимического обезжиривания чаще всего используют постоянный ток при анодном или катодном включении обрабатываемых деталей. Катодная обработка проходит более интенсивно вследствие того, что при одинаковом количестве электричества, пропущенного через электролит, на катоде выделяется вдвое больше газа, чем на аноде. Однако катодное обезжиривание мало приемлемо для чёрных металлов, так как выделяющийся при электролизе атомарный водород сорбируется металлом и ухудшает его механические свойства (т.н. наводороживание). В этом отношении преимущество за анодным процессом, который не оказывает побочного нежелательного воздействия на сталь. Применительно к цветным металлам, катодная обработка менее опасна. Анодное обезжиривание для них также применимо, но следует избегать длительной анодной обработки, которая может привести к окислению поверхности.

Обезжиривание можно проводить с использованием переменного тока пониженного напряжения. При этом не происходит наводороживания металла, повышается коэффициент полезного использования электроэнергии, за счёт большей загрузки ванны увеличивается производительность оборудования. Наряду с этим, обезжиривание переменным током (по сравнению с постоянным) требует затраты большего времени и даёт несколько ниже качество очистки поверхности металла от загрязнений. Целесообразным так же, является использование реверсированного постоянного тока. Исследования показали, что при определённом соотношении продолжительности катодного и анодного периодов можно достигнуть хорошего качества очистки поверхности, предотвращая одновременно процесс наводороживания металла.

Усовершенствование технологии очистки поверхности деталей в гальваническом производстве идёт по пути применения новых обезжиривающих средств, интенсификации и повышения качества обезжиривания. Одним из перспективных направлений можно считать применение водных растворов на основе ПАВ. Как было показано выше, такие растворы могут позволить исключить применение токсичных и пожароопасных растворителей, снизить расход химикатов, при обеспечении хорошего качества очистки поверхности деталей.

Промышленностью выпускаются специальные моющие композиции, предназначенные не только для бытовых нужд, но и для нужд различных отраслей производства. Добавление улучшающих смачивание и предотвращающих коррозию металла ПАВ к растворам кислот, позволяет, в некоторых случаях, сочетать в одной операции обезжиривание и травление.

Для деталей, поверхность которых, помимо жиров, загрязнена мелкими твёрдыми частицами, например, металлической пылью, целесообразным является применение эмульсионного способа очистки. Он основан на использовании смеси органического растворителя, эмульгатора, воды и слабощелочного раствора. В такой смеси скорее происходит эмульгирование жиров и смывание механических загрязнений, чем в обычных органических растворителях или водных щелочных растворах.

Эмульсионную обработку проводят в одну или две стадии. В первом случае органический растворитель с эмульгатором смешивают с водой или щелочным раствором. При этом образуется два слоя, из которых верхний состоит преимущественно из органического растворителя. При погружении обрабатываемых деталей в ванну, они проходят последовательно через оба слоя. В верхнем слое удаляются следы минеральных масел и смазок, в нижнем слое смываются другие жировые и механические загрязнения. Двустадийная эмульсионная очистка состоит из последовательной обработки деталей в двух ваннах: в первой находятся органический растворитель и эмульгатор, во втором – горячий щелочной раствор.

Интенсификация процессов обезжиривания достигается применением струйной обработки или ультразвукового излучения. Активность водных щелочных растворов или эмульсий значительно возрастает, если они подаются на поверхность деталей под некоторым давлением. Струйная обработка особенно рекомендуется для очистки крупногабаритных изделий.

Эффективность действия ультразвукового излучения основана на явлении кавитации – образовании в жидкости микроскопических, наполненных газом пузырьков, которые, быстро захлопываясь, создают очень высокое местное давление. Возникающие при этом гидравлические удары настолько сильны, что они срывают с поверхности металла прочно приставшие плёнки жиров и других загрязнений. Степень удаления жировых плёнок с помощью ультразвука почти в десять раз выше, чем химическим или электрохимическим методом. Особенно большое значение имеет способность ультразвуковых колебаний приникать в узкие щели, поры, очистка которых другими методами не даёт хороших результатов. Так как ультразвуковая очистка происходит в основном за счёт механических колебаний, то состав рабочей жидкости имеет меньшее значение, чем при обычном химическом обезжиривании. Поэтому при использовании щелочных растворов концентрация их может быть значительно понижена.

Использование ультразвука требует специального оборудования и дополнительных затрат. Рентабельность их будет очевидна применительно к обработке деталей, требующих особо тщательной очистки поверхности. В других же случаях (в особенности в условиях массового производства) следует предварительно провести анализ экономической и технической эффективности применения ультразвуковой очистки.

При выполнении операций обезжиривания, каким бы способом они не проводились, должно быть уделено большое внимание удалению с поверхности деталей следов рабочих растворов, загрязнений, продуктов гидролиза. Это относится также и к промывке деталей после травления. От тщательности выполнения промывки в известной мере зависит качество покрытий. В результате недостаточной отмывки снижается прочность сцепления с основным металлом. Слишком продолжительная промывка приводит к образованию на металле окисных и гидроокисных плёнок, что может неблагоприятно сказаться на прочности сцепления покрытия с основой. Хотя промывка – простая операция, это не снижает её значения в общем технологическом процессе нанесения гальванических покрытий.

Для контроля качества очистки поверхности металла может быть использовано несколько методов. Однако при их выборе следует учитывать назначение операции очистки. Было проведено сравнение трёх методов оценки состояния поверхности после обезжиривания – по краевому углу смачивания, степени растекания жидкости, а также люминесцентным методом.

Люминесцентный метод весьма чувствительный и позволяет обнаружить даже незначительные загрязнения, например, остающиеся от прикосновения пальцами к металлу. Но полученные с его помощью данные не всегда согласуются с характеристиками степени очистки поверхности, выявленными при контроле по краевому углу смачивания и по степени растекания жидкости. Характерными в этом отношении являются опыты с электрополированными образцами. В результате промывки в органическом растворителе и последующего электрохимического полирования поверхность стали освобождается от загрязнений, что подтверждается контролем люминесцентным методом. Наряду с этим два других метода контроля показывают крайне неблагоприятную картину, свидетельствующую о наличии на металле инородной плёнки. После активирования образцов, все три метода подтверждают отсутствие на металле каких-либо загрязнений или инородных плёнок. Это объясняется тем, что хотя электрополированная поверхность стали действительно свободна от загрязнений и жировых слоёв, но покрыта тонкой окисной плёнкой, придающей ей гидрофобные свойства. При активировании эта плёнка растворяется и металл равномерно смачивается водой.

При осаждении гальванических покрытий необходимо, чтобы поверхность обрабатываемых деталей была не только очищена от загрязнений, но и обладала гидрофильными свойствами, хорошо смачивалась водой. Люминесцентный метод особенно пригоден для контроля качества очистки поверхности деталей точных приборов в сборочных цехах, но неприемлем для гальванического производства, так как не даёт характеристик смачиваемости поверхности металла. Такую характеристику можно получить методом определения угла смачивания, что выполнимо только в лабораторных условиях.

В производственных условиях контроль качества очистки поверхности можно проводить выборочно на деталях методом распыления жидкости. Полученные при этом данные хорошо коррелируются с данными, полученными при определении краевого угла смачивания. Сплошной контроль всех деталей проводится проверкой равномерности смачивания их при промывке в проточной воде или душевой промывке. В отсутствии жиров и загрязнений вода покрывает поверхность металла тонкой сплошной плёнкой.

ОБЕЗЖИРИВАНИЕ ОРГАНИЧЕСКИМИ РАСТВОРИТЕЛЯМИ

Обработка растворителями особенно эффективна при удалении полировальных паст, консистентных смазок, минеральных и растительных масел. До недавнего времени наиболее распространенным органическим растворителем для очистки поверхности деталей был бензин. Обработку деталей в нём, производили погружением или протиркой мягкими волосяными щетками. Предпочтительно было проводить такую обработку последовательно в двух ваннах, причем в последней находился более чистый растворитель. Промытые бензином детали сушили при комнатной температуре до удаления следов растворителя и лишь после этого передавали на химическое или электрохимическое обезжиривание в щелочных растворах. Другие растворители — уайт-спирит, бензол, толуол (хотя их температура вспышки и выше, чем у бензина) довольно огнеопасны и требуют принятия специальных мер предосторожности. Практика применения подобных растворителей в промышленных масштабах показала, что, несмотря на профилактические меры, принимаемые для предупреждения пожароопасных ситуаций, имеется много случаев тяжёлого травматизма, связанных с возгоранием растворителей в цехах покрытий. По этой причине, применение горючих растворителей следует исключать и повсеместно заменять их на хлорированные углеводороды, используемые в специальных установках, конструкция которых предусматривает безопасные условия работы. Негорючие хлорированные углеводороды, такие как трихлорэтилен, тетрахлорэтилен, различные фреоны, характеризуются значительно лучшими обезжиривающими свойствами, чем бензин, и могут применяться как в жидкой, так и в паровой фазах. В силу своей неполярной природы данные растворители великолепно растворяют масла, смазки, смолы, воск и ряд других, органических загрязнений, а так же неограниченно смешиваются с большинством органических растворителей. Благодаря низкой температуре кипения они легко подвергаются перегонке, что облегчает их регенерацию.

Для комбинированного обезжиривания в кипящем растворителе, а затем в парах растворителя рекомендуется применять тетрахлорэтилен (Тк = 121-122° C)  или трихлорэтилен (Тк = 87° C), стабилизированный Катионатом-20 в количестве 1-3 г/л.

Обезжириванию трихлорэтиленом можно подвергать большинство металлов — сталь, медь, никель, сплавы этих металлов и др. Следует избегать обработки трихлорэтиленом алюминия, магния и их сплавов, так как при этом происходят нежелательные реакции, сопровождающиеся выделением большого количества тепла, что приводит к разложению реактива с образованием ядовитых соединений. Тетрахлорэтилен не рекомендуется применять для деталей из титановых сплавов. Не допускается обезжиривать органическими растворителями детали, со следами воды на их поверхности или водных растворов. Хлорированные углеводороды весьма реакционноспособны. В особенности это относится к трихлорэтилену, который в присутствии влаги гидролизуется, отщепляя хлор, в результате чего образуется небольшое количество соляной кислоты. Это может привести к коррозии аппаратуры и деталей. Для повышения стабильности трихлорэтилена следует вводить в него 0,01 г/л уротропина или триэтаноламина. Обработку трихлорэтиленом ведут в жидкой или паровой фазе. Если обезжиривание проводят в жидкой фазе, то детали следует обрабатывать последовательно в 2—3 ваннах с растворителем, нагретым до 60—70° С. Может быть применено струйное обезжиривание. Продолжительность очистки деталей составляет 3—10 мин.

Тетрахлорэтилен, по сравнению с трихлорэтиленом, более устойчив к воздействию влаги, повышенной температуры и контакту с металлами, поэтому его можно использовать для обезжиривания всех металлов, включая алюминий и магний. Хорошими обезжиривающими свойствами и универсальностью действия на различные металлы обладает фреон-113.

Таблица 1. ГОСТ 9.305-84 Карта 10. ОБЕЗЖИРИВАНИЕ ОРГАНИЧЕСКИМИ РАСТВОРИТЕЛЯМИ (скачать pdf)
Характер загрязненияОсновной металлРастворительРежим обработкиДополнительные указания
Тем-ра, °СВремя, мин.
Погруж-яВыдержки в парах раст-ля
Рабочие и консервационные масла и смазкиВсе металлы, кроме титанаТЕТРАХЛОРЭТИЛЕН (который еще называют перхлорэтилен или PERC, сокращенно перхлор)121Не менее 0,50,5…5,0
Полировальные и шлифовальные пастыВсе металлы, кроме титана, все полированные покрытияДопускается: обрабатывать с применением ультразвука при температуре не выше 50° С; вводить 1-3 г/дм3 катионата-10
Рабочие и консервационные масла и смазкиВсе металлы, кроме серебра, титанаТРИХЛОРЭТИЛЕН (техн.) (Trichoraetylenum или ТХЭ, TCE)87pH водной вытяжки трихлорэтилена должен быть не ниже ≥6,8; для стабилизации трихлорэтилена применяют один из перечисленных стабилизаторов: триэтиламин ≈0,01 г/дм3; монобутиламин ≈0,01 г/дм3; уротропин ≈0,01 г/дм3. Обезжиривание деталей из алюминия, меди и их сплавов, медных покрытий проводят при температуре не выше 70° С.
Полировальные и шлифовальные пастыВсе металлы, кроме серебра, титана; Все полированные покрытия, кроме серебряных, медных, и из медных сплавовpH водной вытяжки трихлорэтилена должен быть не ниже ≥6,8; для стабилизации трихлорэтилена применяют один из перечисленных стабилизаторов: триэтиламин ≈0,01 г/дм3; монобутиламин ≈ 0,01 г/дм3; уротропин ≈0,01 г/дм3. Обезжиривание деталей из алюминия, меди и их сплавов, медных покрытий проводят при температуре не выше 70° С. Допускается: обрабатывать с применением ультразвука при температуре не более 50° С; вводить 1-3 г/дм3 катионата-10
Примечания:

  1. В технически обоснованных случаях допускается применять хладон-113 для всех металлов. При невозможности использования хлорированных углеводородов, допускается применять бензин и уайт-спирит по отраслевой нормативно-технической документации (ОНТД).
  2. Обработку погружением в парах растворителя проводят последовательно. Допускается обработка погружением при температуре ниже температуры кипения.
  3. Обработку проводить в специальном оборудовании с регенерацией растворителей.

Для удаления консервирующего слоя густой смазки, например, пушечного сала, технического вазелина или солидола, детали укладывают в проволочные корзины и погружают на 10-15 мин в подогретое до температуры 80-90° C веретёное масло. Подогрев масла лучше всего производить с помощью горячей воды или пара в ваннах, имеющих двойную стенку. Оставшийся после этой операции на деталях тонкий слой веретёного масла удаляют в органических растворителях или щелочных растворах.

При работе с органическими растворителями следует помнить о их высокой токсичности. Предельно допустимые концентрации в промышленной атмосфере паров бензина, трихлорэтилена, тетрахлорэтилена составляют соответственно 300; 10; 10 мг/мБsup>3. Учитывая, что все работы с органическими растворителями следует вести при обеспечении соответствующих мер по технике безопасности. Такие растворители, как трихлорэтилен и фреон-113 (в особенности в паровой фазе), можно использовать только в специальных герметичных установках с хорошей вентиляцией производственного помещения.

ХИМИЧЕСКОЕ ОБЕЗЖИРИВАНИЕ В ЩЕЛОЧНЫХ РАСТВОРАХ

Водные растворы для химического обезжиривания содержат компоненты, образующие растворимые соединения с омыляемыми жирами, понижающие силу сцепления жировой плёнки и механических загрязнений с поверхностью металла, облегчающие смывание раствора и предотвращающие коррозию обрабатываемого металла в процессе обезжиривания. Такими компонентами являются щелочи, фосфаты, силикаты и поверхностно-активные вещества или ПАВ. Повышение концентрации едкой щелочи способствует более интенсивному омылению жиров. Однако образующиеся мыла трудно растворяются в концентрированных щелочных растворах. Кроме того, при большой концентрации щелочи увеличивается возможность коррозии цветных и лёгких металлов. Учитывая указанные обстоятельства, для обезжиривания черных металлов используют растворы, содержащие не более 100 г/л едкой щелочи, а для обезжиривания меди и медных сплавов — не более 30 г/л.

В последнее время не всегда включают едкую щёлочь в состав обезжиривающих растворов. Это связано c тем, что при большой концентрации щелочи, возрастает гигроскопичность моющих препаратов, при сушке обработанных деталей на их поверхности возможно образование налёта карбонатов, обезжиривание таких металлов, как алюминий, цинк и их сплавы сопровождается интенсивным травлением. По указанным причинам можно считать целесообразным применение растворов с повышенной концентрацией едкого натра только для грубой, черновой очистки стальных деталей, например, поковок, отливок.

По степени щелочности обезжиривающие растворы можно разделить на три группы: сильнощелочные для грубой очистки стальных деталей (pH = 12-14),  среднещелочные для очистки деталей перед нанесением покрытий (pH = 10-12) и  слабощелочные для обезжиривания цветных и легких металлов (pH = 8-10).

Роль, которую играют в процессе обезжиривания соли щелочных металлов, еще более возрастает, если в составе раствора отсутствует едкий натр. Активным компонентом является кальцинированная сода, в значительной мере обеспечивающая щелочность среды и оказывающая омыляющее действие на растительные и животные жиры. Заметное повышение ее концентрации нежелательно, так как при этом снижается эффективность действия фосфорнокислых солей.

Как было указано, фосфаты улучшают моющую способность растворов, снижают жесткость воды, способствуют диспергированию образующихся солей кальция и магния. Чаще всего в производстве используют ортофосфат Na3PO4·12Н2О. Между тем, его активность значительно ниже, чем метафосфатов и полифосфатов, которые могут быть выражены общими формулами соответственно (NaPO3)x и Nan+2РnО3n+1.

Сложные фосфаты образуют комплексные соединения с ионами щелочных и тяжелых металлов, которые лучше растворимы, чем ортофосфорнокислые соли. Образуются также комплексные соединения с ионами железа. Повышается растворимость карбонатов и кальциевых мыл. Благодаря суспензирующему и пептизирующему действию, загрязнения в растворе удерживаются в мелкодисперсной фазе, что предотвращает их повторное осаждение на поверхность деталей. Из полифосфатов практическое применение на ряде заводов находит триполифосфат натрия Na5P3O10. Учитывая высокую активность, концентрация его в обезжиривающем растворе может быть в 2—3 раза меньше, чем ортофосфата натрия.

Применяемые в качестве диспергатора при обезжиривании в щелочных растворах силикаты натрия выпускаются промышленностью в виде ряда продуктов, различающихся соотношением содержания двуокиси натрия и двуокиси кремния. В ортосиликате оно составляет 2 : 1, в метасиликате 1 : 3. При обезжиривании лучшие результаты дает применение метасиликата натрия.

В зарубежной практике для обезжиривания применяют щелочные растворы цианистого калия или натрия, с добавкой смачивателей. Хотя цианиды оказывают сравнительно слабое обезжиривающее действие, они благоприятно сказываются на качестве очистки, растворяя пленки окислов. Эти растворы могут иметь практическое значение при обезжиривании полированных деталей из цветных металлов.

Для улучшения качества очистки поверхности деталей от различных загрязнений, уменьшения продолжительности процесса, снижения щелочности водных обезжиривающих растворов применяют добавки в ванну ПАВ. В настоящее время используются анионоактивные ПАВ: алкилсульфонат, сульфонол НП-3, сульфонол НП-1, ДС-РАС; неионогенные ПАВ: синтанол ДС-10, синтамид-5, препараты ОП, а также «контакт Петрова» и ряд других.

Препараты ОП, на основе полиэтиленгликолевых эфиров, выпускаются различных марок. Наиболее активное эмульгирующее и смачивающее действие оказывают препараты ОП-7 и ОП-10, которые широко используются в обезжиривающих растворах. Эффективность действия этих препаратов возрастает, если в растворах присутствуют фосфаты. Растворимость ОП в растворах ортофосфата натрия падает с увеличением концентрации соли и повышением температуры. При этом может наступить разложение препарата, на что указывает помутнение раствора. Препарат ОП-10 разлагается при более высокой температуре, чем ОП-7.

При подборе ПАВ необходимо учитывать возможность нейтрализации сточных вод после обезжиривания. В этом отношении препарат ОП мало приемлем, так как он биологически не разлагается, т.е. его трудно превратить в безвредные для фауны и флоры соединения. Этого недостатка не имеет синтанол ДС-10, который можно применять в качестве заменителя ОП. Тем не менее, большинство поверхностно-активных веществ, за исключением катионоактивных, возможно отделить с помощью мембоанной ультрафильтрации.

Сравнение эффективности действия ряда ПАВ при концентрации 1 г/л и температуре 60° С показало, что их моющая способность возрастает в следующей последовательности: вторичные алкилсульфаты, сульфонол, синтанол ДС-10, синтамид-5, синтанол ДТ-7. Хорошей моющей способностью характеризуется синтанол ДТ-10.

Оптимальная концентрация добавок ПАВ в обезжиривающих растворах составляет 4—8 г/л. Температурный режим обезжиривания связан с типом примененных ПАВ.

Введение в обезжиривающий раствор ПАВ в несколько раз сокращает продолжительность процесса. Активность действия добавки возрастает, если в раствор одновременно введены щелочные соли. Некоторые ПАВ, например, синтанол, могут применяться как в щелочных, так и в кислых растворах, что особенно важно при одновременном обезжиривании и травлении металлов.

Процесс химического обезжиривания проводят в стационарных ваннах с перемешиванием сжатым воздухом или движением деталей, а так же в моечных машинах различной конструкции. Для обезжиривания печатных плат применяют линии струйной обработки. Однако, во избежание образования пены при струйных обработках или перемешивании сжатым воздухом необходимо в состав растворов вводить пеногасители, например полисилоксаны.

В табл. 2 приведены составы растворов для химического обезжиривания различных металлов и сплавов.

Составы растворов (г/л) для химического обезжиривания (Обезжиривание, травление и полирование металлов» Грилихес С.Я., Ленинград, Машиностроение, 1977 год)
Состав и режимНомер раствора
123456789101112
Едкий натр NaOH или едкое кали KOH25…3010…1580…1005…8
Углекислый натрий Na2CO310…2025…3030…4020…3080…10040…5015…20
Тринатрийфосфат Na3PO4·10H2O10…205…1040…5050…7030…5050…6010…1530…4010…1540…5040…5025…30
Триполифосфат натрия Na5P3O10·10H2O5…83…55…1020…30
Метасиликат натрия Na2O·SiO21…22…33…510…122…43…5
Препарат ОП-7 или ОП-103…5
Синтанал ДС-108…105…108…102…43…4
Контакт Петрова1…240…50
Сульфонол НП-31…24…6

 

Растворы 1, 3, 4, 7, 8 используются для обезжиривания черных металлов; 2, 5, 6, 9, 10 — меди и ее сплавов; 2, 11, 12 — алюминия и его сплавов. Раствор 6 сравнительно более универсален, в нем обезжириваются детали из черных и цветных металлов. Для очистки полированных деталей рекомендуется использовать растворы 3, 7, 10, 12; остатки полировочных паст на стальных деталях лучше отмываются в растворе 7. Растворы 4, 5, 6, 8 применяют для обработки сильно загрязненных деталей; раствор 5 — для обезжиривания деталей из меди, ее сплавов, а также имеющих серебряное покрытие, изготовленных с применением пайки припоями типа ПОС.

Для обезжиривания цинка, магния, ковара, инвара применяют растворы следующих составов (в г/л):

ТАБЛИЦА 3…

Обезжиривание в растворах, содержащих ОП, синтанол, сульфонол, ведут при 65—70° С; в отсутствии этих компонентов — при 80—90° С. Интенсивное перемешивание растворов сжатым воздухом, предварительно очищенным от примеси масла, интенсифицирует процесс и улучшает качество очистки поверхности деталей. Если в процессе обезжиривания наблюдается образование большого количества пены, для ее уменьшения следует добавить в ванну 10—20 мл/л уайт-спирита или 0,05—0,2 мл/л кремнеорганической жидкости ПМС-200.

Благоприятное влияние ПАВ на процесс обезжиривания позволило применить для очистки поверхности некоторых деталей кислый раствор, содержащий 15—30 г/л ортофосфорной кислоты и 5—10 г/л синтанола ДС-10. Обработку деталей можно вести погружением в раствор при 50—60° С или протиркой тампоном, или щетками при комнатной температуре.

В автомобильной промышленности используется моющая композиция КМ-1 следующего состава (в % по массе):

ТАБЛИЦА 4…

Этот раствор дает хорошие результаты при подготовке деталей под окраску с предварительным фосфатированием, способствуя образованию мелкокристаллического фосфатного слоя.

Очистку сильно загрязненных деталей из черных металлов с толстым слоем окалины, не имеющих точных размеров, можно вести в голтовочных барабанах в растворе, содержащем 200—250 г/л едкого натра.

В тех случаях, когда между операциями очистки поверхности деталей и нанесения покрытий предполагается значительный перерыв, должны быть приняты меры по предотвращению коррозии металла, в особенности стали. Для этой цели могут быть использованы растворы следующих составов, г/л, и режима работы:

ТАБЛИЦА 5…

Продолжительность обработки во всех случаях 1—2 мин. После обработки стальных деталей в растворе 3 их не промывают в воде, а сразу же сушат при 80— 90° С или обдувают сжатым теплым воздухом. При этом на металле может остаться белый налет фосфатов. В случае нанесения в дальнейшем гальванических покрытий этот налет удаляется при операциях электрохимического обезжиривания и активирования. Лакокрасочные покрытия можно наносить на поверхность деталей, не удаляя налета фосфатов, которые не ухудшают качества покрытий.

При длительном межоперационном или складском хранении деталей из меди и ее сплавов после обезжиривания их обрабатывают в течение 0,5—1 мин при комнатной температуре в растворе, содержащем 90—100 г/л К2Сг2О7 и 20—25 г/л H2SO4.

Указанный выше раствор 4 может использоваться для пассивирования не только стали, но и алюминия, меди и их сплавов.
Ванна для обезжиривания должна иметь сливной карман для систематического удаления слоя загрязнений, накапливающихся на поверхности раствора. Лучший результат в этом отношении дает ванна, оборудованная насосом, который, забирая чистый раствор из ее нижней части, подает его вновь в ванну сверху, что способствует непрерывному обновлению поверхностного слоя электролита и удалению загрязнений в сливной карман. Кроме стационарных ванн, для обезжиривания используют специальные моющие установки, которые позволяют в известной мере автоматизировать и ускорить процесс очистки. Хороший эффект дает струйная обработка, когда раствор подается на поверхность деталей под давлением от 2 до 30 кгс/см2. Для струйной обработки можно использовать те же растворы, что и для стационарных ванн, или аналогичные им, но с пониженной концентрацией компонентов.

ХИМИЧЕСКОЕ ОБЕЗЖИРИВАНИЕ В РАСТВОРАХ ПАВ

В Советстком Союзе были разработаны и выпускались промышленностью моющие препараты, предназначенные для очистки металлических деталей, машин, сооружений. Многие из этих моющих средств выпускаются до сих пор. К ним относятся техническое моющее средство ТМС-31, пасты МЛ-51, МЛ-52, МС-5, МС-8 и ряд других. Эти пасты различаются концентрацией углекислого натрия, фосфатов, силикатов и типом используемых ПАВ (табл. 6 и 7).

ТАБЛИЦА 6…

Таблица 6. ГОСТ 9.305-84 Карта 11. ОБЕЗЖИРИВАНИЕ ХИМИЧЕСКОЕ (скачать pdf)
Характер загрязненияОсновной металлСостав раствораРежим обработкиДополнительные указания
Наименование компонентовКол-во, г/дм3Тем-ра, °СВремя, мин
Полировальные и шлифовальные пастыВсе металлы, сплавы, полированные покрытияСостав 1:70 — 805 — 10Допускается увеличивать продолжительность обработки. Допускается применять раствор и режим обработки состава взамен составов 2, 3, 5, 7-9
— средства моющие технические Полинка, Вертолин 74 или ТМС-3160 — 80
Рабочие и консервационные масла и смазки, и другие жировые загрязненияВсе металлы, сплавы и покрытияСостав 2: 60 — 803 — 10Допускается применять раствор и режим обработки состава взамен составов 3, 5, 7-9
— средство моющее Лабомид или Деталин, или Импульс20 — 30
Стали различных марок Все металлы, кроме серебра, титанаСостав 3:3 — 20Применяют для обработки меди, алюминия и их сплавов, если в конкретном случае допускается окисление или подтравливание поверхности. Допускается: 1) заменять тринатрийфосфат эквивалентным количеством пирофосфорнокислого натрия; 2) увеличивать количество едкого натрия до 50 г/дм3, тринатрийфосфата до 70 г/дм3; 3) добавлять 3-5 г/дм3 жидкого натриевого стекла или соответствующее количество метасиликата натрия взамен синтанола ДС-10
— натр едкий тех., марка ТР;5 — 15
— тринатрийфосфат;15 — 35
— сода кальцинированная тех.;15 — 35
— Cинтанол ДС-103 — 5
Состав 4:50 — 702 — 5Обработку применяют и во вращательных установках. Допускается: 1) заменять тринатрийфосфат эквивалентным количеством пирофосфорнокислого натрия; 2) допускается силикат натрия растворимый заменять эквивалентным количеством стекла натриевого жидкого.
— натр едкий тех., марка ТР;20 — 40
— тринатрийфосфат;5 — 15
— обезжириватель ДВ-301;3 — 5
— силикат натрия растворимый;10 — 30
Алюминий и его сплавыСостав 5:40 — 703 — 10Допускается заменять тринатрийфосфат эквивалентным количеством пирофосфорнокислого натрия. Допускается при одновременном обезжиривании и травлении жидкое натриевое стекло не добавлять. pH водной вытяжки трихлорэтилена должен быть не ниже ≥6,8; для стабилизации трихлорэтилена применяют один из перечисленных стабилизаторов: триэтиламин ≈0,01 г/дм3; монобутиламин ≈ 0,01 г/дм3; уротропин ≈0,01 г/дм3. Обезжиривание деталей из алюминия, меди и их сплавов, медных покрытий проводят при температуре не выше 70° С. Допускается: обрабатывать с применением ультразвука при температуре не более 50° С; вводить 1-3 г/дм3 катионата-10
— натр едкий тех., марка ТР8 — 12
— тринатрийфосфат;20 — 50
— стекло натриевое жидкое25 — 30
Рабочие и консервационные масла и смазки, и другие жировые загрязненияАлюминий и его сплавыСостав 6:60 — 805 — 20
— средство моющее техническое ОСА-110 — 50
Все металлы, сплавы и покрытия, кроме полированных алюминия и его сплавовСостав 7:Допускается заменять тринатрийфосфат эквивалентным количеством пирофосфорнокислого натрия. Допускается добавлять жидкое натриевое стекло 3-5 г/дм3 и соответствующее количество метасиликата натрия взамен синтанола ДС-10. Допускается снижать продолжительность обработки.
— тринатрийфосфат;15 — 35
— сода кальцинированная тех.;15 — 35
— Cинтанол ДС-103 — 5
Смазочно-охлаждающие жидкостиВсе металлы и сплавыСостав 8:1 — 5
— сода кальцинированная, тех.;10 — 15
— Cинтанол ДС-101 — 3Допускается применять раствор и режим обработки состава взамен составов 3 или 7 при концентрации моющего приепарата 30-50 г/дм3. Приобработке струйным методом концентрации МЛ = 3 г/дм3.
Состав 9:70 — 80
— препараты моющие синтетические МЛ-51 или МЛ-5215 — 35
Цинковые сплавы: ЦАМ 4-1, ЦАМ 9-1,5, ЦА 4Состав 10:50 — 601 — 2Допускается заменять тринатрийфосфат эквивалентным количеством пирофосфорнокислого натрия. pH раствора 9,5-11. Корректируют добавление едкого натра.
— тринатрийфосфат25 — 50
Примечания:

  1. Допускается обработка деталей ультразвуком, щётками и другими методами очистки. Температура может быть снижена до 35° С.
  2. Обработку проводят в ваннах (с перемешиванием раствора или движением деталей) или в моечных машинах различной конструкции.
  3. При образовании большого количества пены в раствор добавляют 0,1-0,2 г/дм3 КЭ-10-21 или другой эмульсии, обладающей пеноподавляющей активностью.
  4. Допускается снижать температуру обработки до 40° С при обезжиривании деталей с изоляцией в винипластовых барабанах

Концентрация моющих препаратов в растворах для обезжиривания металлических деталей составляет (г/л):

ТАБЛИЦА 8….

В растворе препарата МЛ-2 хорошо обрабатывается алюминий, поверхность его становится светлой, серебристой, стали и медные сплавы обрабатываются хуже. В растворах МЛ-51 и МЛ-52 удовлетворительно смываются минеральные масла и некоторые консервационные смазки, значительно труднее удаляется полировочная паста. В растворе препарата «Деталин» алюминий слегка подтравливается. Препарат ТМС-31 пригоден для обработки черных и цветных металлов, в особенности для удаления полировочной пасты. Препараты МЛ-51, МЛ-52 и МС используют как в стационарных ваннах, так и в струйных установках.

Растворы моющих препаратов в ряде случаев позволяют исключить из производства операцию очистки поверхности деталей в органическом растворителе. Однако эти растворы не являются универсальными в отношении удаления с поверхности деталей загрязнений различного происхождения. Так, в растворе ТМС-31 лучше всего удаляется полировочная паста, а удаление минеральных масел происходит медленно.

Препарат «Тракторин» предназначен, в основном, для использования при расконсервации машин и межоперационного обезжиривания деталей и узлов, «Деталин» и МЛ-52 — для очистки от горюче-смазочных материалов.

Качество очистки может быть улучшено, если в растворы добавлять в небольших количествах фосфаты и ПАВ. В этом случае концентрацию моющего препарата несколько понижают. Наибольшее влияние на снижение оптимальной концентрации моющего препарата оказывают полифосфаты, меньшее — мета- и пирофосфаты. Чем хуже моющая способность препарата, тем сильнее сказывается положительное действие полифосфатов. Введение в раствор фосфатов приводит к снижению жесткости воды, благодаря чему моющий препарат не затрачивается на эту реакцию и полностью используется для процесса обезжиривания.

Положительные результаты были получены при использовании растворов следующих составов (г/л):

ТАБЛИЦА 9…

Моющие препараты являются хорошей основой для обезжиривающих растворов в гальванических цехах. В зависимости от обрабатываемого металла и типа загрязнений можно подобрать такие добавки в раствор, которые значительно повысят эффективность его действия и позволят исключить из технологического процесса применение пожароопасных и токсичных органических растворителей.

Иногда для очистки поверхности деталей можно применять растворы ПАВ. При обезжиривании мерительного инструмента операция протирки бензином была заменена протиркой 1-процентным раствором синтанола, нагретого до 40—50° С. Для очистки деталей от следов минеральных масел использовали нагретый раствор, содержавший 50 г/л сульфонола и 50 г/л углекислого натрия.

ОДНОВРЕМЕННОЕ ОБЕЗЖИРИВАНИЕ И ТРАВЛЕНИЕ

Растворы для одновременного обезжиривания и травления применяются при обработке черных металлов. Травильным компонентом является серная или фосфорная кислота, очистка от жировых загрязнений происходит с помощью ПАВ, коррозионное действие среды на металл смягчается введением в растворы ингибиторов. Совмещение двух операций технологически и экономически целесообразно, но реализация этого процесса не всегда может дать желаемый эффект. Лучших результатов достигают при обработке деталей, поверхность которых не загрязнена толстым слоем смазок, трудно поддающихся эмульгированию.

Составы растворов (г/л) для одновременного обезжиривания и травления стали приведены ниже:

ТАБЛИЦА 10….

Минеральные масла и смазки плохо удаляются при комнатной температуре растворов. Повышение температуры интенсифицирует процесс удаления жиров, но одновременно ускоряет процесс травления. При наличии на металле жировой пленки и окалины травление может происходить неравномерно, что скажется на внешнем виде поверхности металла. Повышение температуры интенсифицирует этот процесс. В растворе I температуру можно повысить до 70—80° С, в растворах II—IV — до 60° С, в растворе V обработку можно вести при 20—30° С. Продолжительность обработки не должна быть слишком большой, чтобы не происходило наводороживание металла. В растворах II и III хорошо удаляются с поверхности металла штамповочные и кснсервационные смазки, минеральные масла. Технологическая проба на перегиб образцов пружинной стали 65Г, обработанных в растворах II и III с последующим никелированием, дала положительные результаты — отслаивания покрытия не наблюдалось.

Одновременное обезжиривание и травление может проводиться как в стационарных ваннах, так и струйным методом. При чрезмерном образовании пены следует добавить в раствор 0,1—0,3 мл/л кремнийорганической жидкости ПМС-200. Если для струйной обработки используют растворы, содержащие серную кислоту, рекомендуется добавлять в них 3—5 г/л тиомочевины, что способствует уменьшению образования шлама.

ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЕ ОБЕЗЖИРИВАНИЕ

Способ электрохимического обезжиривания является более эффективным методом очистки поверхности, чем химическое обезжиривание. Используемые растворы, содержат, в основном, те же компоненты, что и растворы, применяемые при химической очистке. Но учитывая активную роль, которую играют в электрохимическом процессе выделяющиеся на поверхности металла пузырьки водорода или кислорода способствуют отрыву жировых частиц и других загрязнений, и концентрация компонентов в этом случае может быть значительно понижена. Выделяющиеся пузырьки способствуют не только отрыву слоя загрязнений от поверхности металла, но и облегчают эмульгирование загрязнений. Подбирая состав электролита, следует принять меры для получения высокой электропроводности его, что позволит увеличить плотность тока на ванне, снизить напряжение, уменьшить затраты электроэнергии.

Электропроводность раствора определяется главным образом концентрацией в нем едкой щелочи и углекислого натрия. Последний применяют преимущественно в электролитах для очистки малозагрязнённых поверхностей деталей. Фосфаты облегчают смываемость загрязнений, причём повышение их концентрации значительно улучшает работу электролита. Эмульгирующее действие оказывает метасиликат натрия.
Поверхностно-активные вещества не вводят в электролиты или вводят в небольшом количестве. Концентрации ПАВ, принятые для растворов химического обезжиривания, неприемлемы при электрохимическом процессе, так как наблюдается образование большого количества пены на поверхности ванны. Обильная пена затрудняет удаление выделяющихся на электродах газов, что может привести к образованию гремучей взрывоопасной газовой смеси. Поэтому в качестве эмульгаторов чаще используют метасиликат натрия, а органические ПАВ, если и вводят, то в концентрации в 3—5 раз меньшей, чем при химическом обезжиривании. Для устранения пенообразования можно добавлять в электролит кремнийорганическую жидкость ПМС-200, как в процессах химической очистки.

Электрохимическое обезжиривание целесообразнее применять для снятия с поверхности металла небольшого слоя жира. Обычно этому процессу в гальваническом цехе предшествует химическое обезжиривание, которое удаляет основную массу загрязнений. По сравнению с химическим, электрохимическое обезжиривание дает лучшее качество подготовки поверхности металла перед осаждением гальванических покрытий.

При электрохимическом обезжиривании детали крепятся на подвесочные приспособления и в таком виде подвергаются последующей обработке во всех ваннах, включая и ванну нанесения покрытия. Мелкие детали обезжиривают в барабанах или колокольных ваннах. В качестве вспомогательного электрода в ваннах электрообезжиривания завешивают стальные листы или листы никелированной стали.

Обработку деталей из цветных металлов ведут на катоде. Подобная обработка черных металлов, в особенности если она длительная, может привести к их наводороживанию, что ухудшит механические свойства деталей. Электрохимическое обезжиривание черных металлов начинают при катодной поляризации, но незадолго до окончания процесса изменяют полярность. Для стальных пружин и деталей из тонкого закаленного металла (во избежание их охрупчивания) следует применять только анодное обезжиривание.

Повышение плотности тока при электролизе интенсифицирует процесс очистки. При этом несколько снижается возможность наводорожнвания металла. Полностью исключить диффузию водорода в металл можно, используя переменный ток промышленной частоты напряжением 10—15 В, при плотности тока 8—10 А/дм2. При этом увеличивается продолжительность очистки до 10—15 мин. Заметного ускорения процесса обезжиривания можно достигнуть повышением плотности тока до 30—40 А/дм2, что не всегда выполнимо и связано с увеличением расхода электроэнергии.

Ускорения процесса обезжиривания стальных деталей с одновременным уменьшением возможности их наводорожнвания можно достигнуть электролизом с применением реверсивного постоянного тока. Увеличение продолжительности анодного периода снижает скорость очистки поверхности металла и одновременно уменьшает количество поглощаемого им водорода. По опытным данным, оптимальным является следующий режим: продолжительность катодного периода 20 с, анодного 10—15 с, плотность тока 6—8 А/дм2.

Как показали исследования, наводороживание стали может быть уменьшено, если после обезжиривания провести электрохимическое полирование.

Составы растворов (г/л) для электрохимического обезжиривания следующие:

ТАБЛИЦА 11…

Сталь рекомендуется обезжиривать в электролитах I, II, чугун — III, алюминий, магний и их сплавы — IV, медь и ее сплавы — I. Наиболее универсален электролит V, в котором можно обрабатывать черные и цветные металлы. Электролит VI рекомендован для обезжиривания переменным током. Нижний предел концентрации указанных растворов следует использовать при обработке полированных деталей.

Во всех случаях электролиз ведут при плотности тока 5—10 А/дм2. Температура электролитов, не содержащих ПАВ: 70—80° С, с добавками ПАВ: 60—70° С. Продолжительность очистки мало загрязненных деталей 1—2 мин, при большом загрязнении она увеличивается до 5—10 мин. Электрохимическое обезжиривание цинка можно проводить в растворе, содержащем 40—50 г/л тринатрийфосфата, а цинковых сплавов в растворе, содержащем по 10—12 г/л едкого натра, углекислого натрия, тринатрийфосфата и 20—25 г/л метасиликата натрия.

В зарубежной литературе имеются рекомендации проводить электрохимическое обезжиривание в растворах, содержащих цианиды, например, следующего состава (г/л):

ТАБЛИЦА 12….

Раствор I предназначается для обработки стали, раствор II — меди и ее сплавов. Преимуществами этих электролитов является возможность вести электролиз при комнатной температуре и низкой плотности тока 1—2 А/дм2. В растворах, содержащих цианиды, с поверхности металла снимаются не только жировые загрязнения, но и тонкие окисные пленки, т.е. одновременно происходит процесс активирования.

Для достижения хороших результатов необходимо соблюдать некоторые правила:

  1. Не допускать длительной передержки процесса, так как это приводит к насыщению деталей водородом и потемнению поверхности;
  2. Обрабатывать только на аноде детали типа пружин, стальные тонкостенные детали (до 1 мм), а также термообработанные и цементированные детали;
  3. Обезжиривать на катоде детали из меди и её сплавов, так как при анодном процессе детали оксидируются и темнеют;
  4. При обработке деталей в барабанах из полиэтилена, оргстекла или винипласта температура раствора должна быть снижена до 42° C, а продолжительность обработки увеличена до 10-15 мин;
  5. Перед обезжириванием с подвесок должны быть удалены (стравлены) такие покрытия, как цинк, олово, свинец и хром, загрязняющие электролиты в результате их растворения.
Таблица 13. ГОСТ 9.305-84 Карта 12. ОБЕЗЖИРИВАНИЕ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЕ (скачать pdf)
Основной металл или покрытияСостав электролитаРежим обработкиДополнительные указания
Наименование компонентаКоличество, г/дм3Температура, °СПлотность тока, А/дм2Время, мин
на катодена аноде
Сталь всех марок, коварСостав 1:50 -702 — 80,5 — 5,00,5 — 3,0Обработку проводят и во вращательных установках. Допускается перемешивание сжатым воздухом. При образовании большого количества пены в раствор добавляют 0,03-0,05 г/дм3 эмульсии КЭ-10-21. Допускается заменять силикат натрия растворимый эквивалентным количеством стекла натриевого жидкого.
— натр едкий тех., марка ТР;20 — 40
— тринатрийфосфат5 — 15
— обезжириватель ДВ-3011,4 — 1,9
— силикат натрия растворимый10 — 30
Все металлы и сплавы, покрытияСостав 2:30 — 802 — 100,5 — 101 — 5Допускается вводить 5-10 г/дм3 едкого натра технического, марки ТР. Допускается вводить 3-5 г/дм3 стекла натриевого жидкого или соответствующее количество метасиликата натрия. При обработке меди и её сплавов перед нанесением на них медных покрытий из цианистых электролитов, допускается вводить 5-15 г/дм3 цианистого натрия; обработку проводят только на катоде при температуре 30-40° С, плотность тока до 5 А/дм2.
— тринатрийфосфат20 — 40
— сода кальцинированная, тех.20 — 40
Цинковые сплавы, в том числе ЦАМСостав 3:60 — 701 — 20,5Допускается стекло натриевое жидкое заменять на соответствующее количество метасиликата натрия.
— натр едкий тех., марка ТР8 — 12
— тринатрийфосфат4 — 6
сода кальцинированная, тех.8 — 12
— стекло натриевое жидкое25 — 30
— средство моющее сульфонол НП-30,1 — 0,3
Примечания:

  1. Допускается заменять тринатрийфосфат эквивалентным количеством пирофосфорнокислого натрия.
  2. Детали типа пружин, стальные детали с цементированными поверхностями, а также стальные тонкостенные (до 1 мм) детали обрабатывают только на аноде в течении 3-10 мин.
  3. Допускается проводить обработку только на катоде или аноде, продолжительность обработки выбирается опытным путём.
  4. Допускается снижать температуру обработки до 40° С при обезжиривании деталей в винипластовых (полипропиленовых) барабанах. Обработку деталей с изоляцией производят при температуре не выше 30° С, при этом допускается увеличивать концентрацию едкого натра до 60 г/дм3.
  5. Аноды — никель, никелированная сталь, углеродистая сталь.

 

ЭМУЛЬСИОННОЕ ОБЕЗЖИРИВАНИЕ

Эмульсии для очистки поверхности деталей от загрязнений содержат органический растворитель, ПАВ в том числе эмульгаторы, небольшое количество слабощелочных солей, ингибиторы коррозии и 70—90% воды, Одновременное присутствие хлорированных углеводородов и водного щелочного моющего раствора положительно сказывается на качестве очистки, облегчается эмульгирование загрязнений, предотвращается вторичное осаждение их на очищенную поверхность.

Состав обезжиривающих эмульсий можно подобрать таким, чтобы он имел почти нейтральную реакцию, что позволит проводить обработку деталей из различных металлов и сплавов. Эмульсии можно применять при комнатной температуре в стационарных ваннах и струйных установках.

В настоящее время эмульсионные составы особенно часто применяют при подготовке деталей перед нанесением лакокрасочных покрытий. Научно-исследовательским институтом технологии лакокрасочных покрытий разработан следующий эмульсионный состав (% по массе):

ТАБЛИЦА 14…

Моющий состав представляет собой довольно устойчивую эмульсию белого цвета. После того, как в результате работы его моющие свойства заметно ухудшаются, эмульсии дают отстояться, отделяют загрязнения, после чего заменяют часть эмульсии свежеприготовленной.
При использовании указанного состава для струйной обработки деталей, концентрация ПАВ может быть снижена в 3—5 раз, а максимальное содержание трихлорэтилена не должно превышать 10%. Обработку ведут при 20—35° С и давлении струи l—l,5 кгс/см2 (или 0,98-1,47 бар).

В литературе рекомендуется ряд эмульсионных составов для удаления различных жировых загрязнений, более универсальными из которых считаются следующие (мл):

ТАБЛИЦА 15…

Состав II разбавляют водой в соотношении 1:1-1:2, обезжиривание ведут при 80—90° С. После эмульсионной очистки детали промывают водой и сушат.

ПРИМЕНЕНИЕ УЛЬТРАЗВУКА

Использование ультразвукового излучения в процессе химического обезжиривания позволяет достигнуть такого высокого качества очистки поверхности от химических и механических загрязнений, какого не обеспечивают другие способы. По литературным сведениям, ультразвуковая обработка в специально подобранных моющих средах позволяет удалять загрязнения до 10-9 г/см2. Особенно большое значение это имеет в точном приборостроении, электронной технике и некоторых других отраслях промышленности. Применение ультразвука позволяет удалять загрязнения с труднодоступных участков поверхности — узких щелей, глухих отверстий.

Эффективность ультразвуковой очистки поверхности определяется удельной акустической мощностью, частотой колебаний, составом рабочего раствора. Интенсивность очистки уменьшается с повышением частоты колебаний. При частоте 20—25 кГц высокое давление распространяется на расстоянии 7—8 см от источника излучения и в этой зоне процесс будет идти наиболее эффективно. С повышением частоты колебаний зона высокого давления расширяется до 10—15 см от источника ультразвука, но интенсивность очистки снижается из-за низкой амплитуды колебаний. Чаще всего ультразвуковую очистку ведут при частоте 20—40 кГц и удельной мощности 1-3 Вт/см2.

Наиболее часто применяемый режим ультразвуковой очистки: частота 20—40 кГц, удельная мощность 1—3 Вт/см2. Для обработки мелких деталей, имеющих небольшие узкие зазоры или отверстия малого диаметра, частоту повышают до 200—500 кГц. Повышение удельной мощности ускоряет процесс удаления загрязнений с поверхности металла. Оптимальное значение ее устанавливают с учётом размера и конфигурации обрабатываемых деталей, конструкции ванны и расположения в ней источников излучения. При обработке в органических растворителях акустическая мощность может быть несколько ниже, чем при использовании водных моющих растворов.

С увеличением температуры рабочего раствора повышается качество и возрастает скорость ультразвуковой очистки. Оптимальная температура изменяется в зависимости от состава раствора. При работе с органическими растворителями нецелесообразно повышать температуру, при использовании водных растворов рекомендуется поддерживать ее в пределах 40-50° С. Следует учитывать, что и при комнатной температуре будет происходить очистка поверхности, но более медленно.

Для ультразвуковой очистки используют специальные установки. Детали в ванне следует располагать так, чтобы вся их поверхность находилась под воздействием ультразвукового поля. Перегородки или другие преграды подобного типа, оказывают экранирующее действие на распространение ультразвуковых колебаний. В этих случаях следует устанавливать дополнительные источники излучения, перемещать детали в ванне так, чтобы все участки поверхности подвергались воздействию ультразвука. Мелкие детали загружают в ванну в металлических или пластмассовых перфорированных корзинах.

Небольшие партии мелких деталей можно обрабатывать в стеклянном сосуде, заполненном рабочей жидкостью и помещённом в ультразвуковое поле. Стекло обладает большой проницаемостью для ультразвука, благодаря чему при прохождении через него колебаний происходит меньшая потеря энергии, чем при использовании металлических или пластмассовых ванн.

В качестве рабочих жидкостей при обезжиривании в ультразвуковом поле могут быть применены как органические растворители, так и водные моющие растворы, а иногда даже вода.

Из хлорорганических растворителей можно использовать негорючий и сравнительно менее токсичный четырёххлористый углерод. Он хорошо растворяет минеральные смазки и не оказывает коррозионного воздействия на материал ванны и обрабатываемых деталей. Четырёххлористый углерод следует оберегать от контакта с влагой, так как при этом в результате гидролиза может образоваться соляная кислота. При наличии в растворителе более 10% влаги его не следует применять для обезжиривания.

Из водных растворов могут использоваться те же составы, что и при химическом обезжиривании. Однако это нецелесообразно, так как применение ультразвука настолько интенсифицирует процесс, что высокая концентрация компонентов в растворе становится ненужной. Практически концентрация основных составляющих водных обезжиривающих растворов при использовании ультразвука может быть снижена в 3—5 раз. Использование водных растворов, содержащих ПАВ, по сравнению с органическими растворителями повышает степень очистки поверхности металлов.

Составы водных моющих растворов (г/л), рекомендуемых для использования при очистке поверхности деталей в ультразвуковом поле, следующие:

ТАБЛИЦА 16…

Раствор наиболее универсален: в нем можно обрабатывать детали из черных и цветных металлов. В растворе II обрабатывают медь, цинк, алюминий и некоторые сплавы этих металлов; раствор III рекомендуется для обезжиривания стальных деталей, растворы IV V — для деталей из меди и её сплавов. Раствор IV пригоден также для очистки деталей из электроизоляционных материалов, а при уменьшении концентрации в нем тринатрийфосфата до 5—10 г/л может использоваться для очистки поверхности алюминия.

Во всех указанных растворах синтанол может быть заменён препаратом ОП-7 или ОП-10 в количестве 3-5 г/л, без ухудшения качества очистки. Однако, такую замену не всегда следует проводить, не располагая современной системой очистки сточных вод и учитывая трудности выведения этого препарата из них.

Для очистки поверхности деталей высокой точности можно использовать раствор, содержащий 90—100 мл этилового спирта, 35—40 мл аммиака, 25—30 г мыла, 3—4 г щавелевой кислоты, 3 мл воды. Очистку можно проводить также в растворе, содержащем 5—7 г/л синтанола. При повышенных требованиях к степени очистки поверхности деталей от загрязнений после ультразвукового обезжиривания проводят ультразвуковую отмывку в деминерализованной воде.