表面活性剂在金属加工中的应用

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表面活性剂在金属加工中的应用
      综述了表面活性剂的作用机理及特性，对其在金属清洗、磷化、电镀、防蚀过程中的原理进行说明和举例，对金属加工过程中表面活性剂的选择具有参考价值?
　　金属加工包括金属清洗、表面涂饰以及金属的车、铣、刨、钴、轧、铸造等加工过程?为了减轻劳动强度、提高产品质量、节约能源、降低成本，在各种加工工艺过程中常需使用一些助剂，其中，表面活性剂起着十分重要的作用?
　　1表面活性剂及其性能
  y' P/ E. `! j, j% u5 v　　表面活性剂是指能显著降低液体表面张力或液液界面张力的物质?它们的分子都是由极性的亲水基和非极性的憎水基两部分组成?亲水基常见的有羧基、硫酸酯、磺酸基、胺基、季胺基、羟基等;憎水基则是长链烷烃和芳烃为代表的基团?由于它们具有既亲水又亲油的“两亲”性质，因而在化学清洗时可使清洗溶液表面(或界面)性质发生改变，使其具有较低的表面张力?根据表面活性部分所带电荷的不同将表面活性剂分为阴离子型、阳离子型、非离子型和两性型?表面活性剂具有润湿、起泡、增溶、消泡等特性?
! i' \, [2 `# ~　　2表面活性剂在金属加工中的应用
/ f5 \& _1 a" ?& ?7 ^　　2.1在金属清洗中的应用
　　金属清洗实际上贯穿在整个金属加工过程中?清洗剂主要由清洗主剂、缓蚀剂、表面活性剂三大组分构成?表面活性剂在化学清洗中起着吸附、渗透、乳化、溶解、洗涤等作用，其在化学清洗中不仅仅作为辅助剂，而且可以作为主要成分而得到广泛重视，尤其在酸洗、碱洗、缓蚀、除油、杀生等清洗过程中已经发挥出越来越大的作用?目前，以表面活性剂为主体的水基清洗克服了化学酸洗、化学碱洗等其它几种清洗剂的不足，成为金属清洗的主要发展方向?
' R1 D8 s" i+ D; b　　水基金属清洗剂的优点:清洗效率高，去污力强;安全性能好，不污染环境;节约能源，洗涤成本低;洗涤过程对被洗机件无损伤，洗后对机件不腐蚀等?
. h% c. @3 j6 u　　水基清洗剂多以非离子表面活性剂与阴离子型表面活性剂复配物为主体，再加多种辅助剂所组成的混合物?前者去污能力大，具有良好的防锈、缓蚀能力，后者能提高并改进清洗剂的综合性能?其清洗机理是借助于表面活性剂的润湿、渗透、乳化、增溶、分散等作用，使油污在金属表面的附着力削弱，再施以机械搅拌、刷洗、加热、超声波等物理方法，使油污脱离金属表面，而进入洗液中被乳化、分散开?
9 k% m, W1 T( o# u7 t- N　　金属清洗中常用的表面活性剂有脂肪醇聚环氧乙烷醚、烷基酚聚环氧乙烷醚、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基二醇酰胺、甲氧基脂肪酰胺基苯磺酸钠等?
. a8 o1 d$ C- O! e  @; {1 [　　王雨等研究了以双辛基聚氧乙烯醚和双烷基苯双磺酸盐两类双子表面活性剂为主的金属清洗剂清洗性能?结果表明，这种含有阴/非双子表面活性剂的金属清洗液具有较高的表面活性，阴/非双子表面活性剂之间存在良好的协同效应?
　　2.2在金属磷化处理中的应用
　　磷化处理就是用含有磷酸、磷酸盐和其它化学药品的稀溶液处理金属?金属表面在上述溶液中与磷酸、磷酸盐介质起化学反应，转变为完整的具有中等防蚀作用的不溶性金属磷酸盐层?金属上的这种磷酸盐转化膜具有多种用途，它可以提高油漆与金属的结合力和抗腐蚀性;也可以用做防锈油的载体、金属冷加工过程中润滑剂的载体以及磨擦表的润滑剂等?
. }/ L2 o( Z9 r　　为了改善磷化膜结构，提高磷化效果，磷化液中还含有其它添加剂，其中表面活性剂的作用有:对金属表面粘附的油污具有乳化增溶的作用，且能防止污垢的再沉淀;使溶液产生润湿、渗透，有利于磷化液与金属表面的接触;降低液体表面张力，有利于磷化反应中氢气的逸出，加强阴极去极化，从而加速磷化成膜过程?
$ X; ~+ g% }. ]/ Z! T　　磷化处理常用的表面活性剂是由环氧乙烷和各种疏水碳氢长链缩合而成，即非离子表面活性剂?
　　2.3在金属电镀中的应用
' S0 w2 v; V( x" D! ?) U　　在电镀过程中，为了提高电解液性能和改善镀层质量，常需加入一些助剂，其中表面活性剂是主要品种之一，它有平整、光亮、扩散、改变镀层物理性能、抑制酸雾逸出等作用?
0 v- i& a% A4 d8 \　　电镀中常用的表面活性剂有平平加、OP乳化剂、十二烷基硫酸钠、亚甲基双萘磺酸钠、氟表面活性剂、脂肪酸聚环氧乙烷酯、聚环氧乙烷蓖麻油等?
　　2.3.1镀前清洗液
" h6 ]& p. R" N　　金属工件在电镀前，首先必须除油清洗，使之表面干净?否则，沉积层在表面结合不良，严重时甚至得不到沉积层?
　　工件表面的油污有动、植物油脂和矿物油类?动、植物油脂在碱性溶液中可以发生皂化反应，形成水溶性的肥皂和甘油而去除;而矿物油或其它不皂化油则不能用碱使之化学分解，须借助表面活性剂的作用才能从金属表面除去?在除油过程中，表面活性剂分子首先吸附于油与溶液的分界面上，油污在表面活性剂的亲油基和亲水基的作用下，再加上溶液的对流和搅拌作用，逐渐从金属表面脱离而进入溶液，呈极细小的球形成乳浊液?
- V5 ?; d- K! V) [! V. N- k　　典型的碳钢零件除油液配方:
- c# |& }. ~& c, R9 D1 t3 X9 h　　氢氧化钠20～30g/L，磷酸三钠30～40g/L，碳酸钠30～40g/L，OP乳化剂1～2g/L，30～50℃?
　　当零件表面在去除氧化皮进行强腐蚀时，腐蚀过程中产生各种有害气体，气体在逸出时产生酸雾，对环境和设备影响很大?若在酸洗槽中加入少量OP乳化剂后，酸洗溶液表面能产生一层泡沫，防止了酸雾的逸出?
! x+ e5 A( M0 n! P" O5 {　　2.3.2电镀液
" c) t3 d; k+ X/ t& D7 p　　在镀铬时电流效率极低(10%～15%)，而且使用不溶性铅阳极，通电后两极产生大量的氢和氧，容易产生有害的铬酸烟雾?铬雾污染环境，危害操作人员的健康，而且引起设备的腐蚀?为抑制铬雾的产生，可以在镀铬液中加入少量全氟烷醚磺酸盐表面活性剂，在镀铬时溶液表面形成一层泡沫，抑制了铬雾逸出，既确保了操作者的健康，又可降低铬酸消耗?
5 h' U5 d' z6 W6 r3 Z- v' D! [　　电镀中使用的表面活性剂对电沉积过程起着直接和间接的作用，这些作用的实质是在电极和溶液界面上有机化合物的表面活性作用?随着科学技术的进步，表面活性剂在电沉积中的应用必将进一步得到重视和发展?
- J: ^- h5 I3 G　　2.4在防蚀及其它方面的应用
, h0 q  P  a8 l3 f　　对于大多数金属，由于周围介质的影响，在金属表面会因发生化学或电化学变化而遭受腐蚀?据统计，每年由于腐蚀而耗掉的金属和报废的金属设备与材料约相当于金属每年产量的30%?为了减少金属腐蚀，需在金属表面涂一层保护层或改变腐蚀介质性质等方法，以隔绝金属体与周围环境的直接接触?除上述磷化处理、电镀方法外，还有涂防锈油等方法?
　　缓蚀用表面活性剂有烷基醇酰胺、十八烷基胺环氧乙烷加成物、季铵盐、羧酸铵、咪唑啉衍生物、环烷酸钙(锌)、烷基萘磺酸钠、磷酸酯等?
+ e& s* k1 i. x! V: L  }- [　　3表面活性剂的发展趋势
　　表面活性剂的研究、生产和应用已成为一门迅速发展的科学和技术，在工业生产中被广泛应用?随着人们对环境
7 ]8 y, m' }  U! Q5 q- @　　的关注，表面活性剂也向绿色化方向发展，即采用环境友好，可生物降解的，污染小甚至无污染的原材料制备表面活性剂?环保型表面活性剂必将在将来的金属加工中，发挥越来越重要的作用?