高效水基金属脱脂剂的研制[20200411154855]
摘 要
本文介绍了一种能在室温下就可快速去除钢铁表面油污的脱脂剂。此脱脂剂利用其独有的表面活性剂复配技术，对金属表面油污去除彻底，脱脂速度较快(只需4-5min的浸渍加人工摆洗脱脂时间就可以对普通钢铁高效脱脂)，脱脂效果显著。高效水基金属脱脂剂的典型配方为：10g / L NaOH, 6g / L Na2CO3, 10g / L Na2SiO3 • 9H2O, 10g / L Na3PO4‧12H2O，表面活性剂（十二烷基苯磺酸钠和OP-10按质量2:1复配）7.5g/L。本文研究了脱脂剂中各组分的浓度对除油效果的影响。该脱脂剂既保证了脱脂效果，又大大降低了脱脂成本和时间。在20℃条件下脱脂除油率可达到99.70%，而脱脂时间仅为4-5min。
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关键字:钢铁；水基脱脂剂；复配；除油；常温
目 录
1. 前言 1
1.1 概述 1
1.1.1脱脂 2
1.1.2 水洗 2
1.1.3 表面调整   2
1.1.4 磷化 2
1.2 脱脂 3
1.2.1 酸性脱脂 3
1.2.2 碱性脱脂 3
1.2.3 中性脱脂剂 4
1.2.4溶剂脱脂 5
1.2.5 乳业脱脂 5
1.2.6水基脱脂剂 5
1.3 影响脱脂效果的主要因素 7
1.3.1 油污性质 7
1.3.2脱脂剂配方 8
1.3.3脱脂温度和脱脂时间 8
1.3.4脱脂工作方式 8
1.4 课题研究的目的和意义 9
2. 实验部分 10
2.1试验材料及仪器 10
2.2 试验条件 10
2.3 试验材料准备 10
2.3.1不锈钢片的准备 10
2.3.2高效水基金属脱脂剂的配制 10
2.4 试验步骤 10
3. 结果与讨论 11
3.1 单因素实验 11
3.1.1氢氧化钠含量的影响 11
3.1.2碳酸钠含量的影响 12
3.1.3硅酸钠含量的影响 13
3.1.4 磷酸钠用量的影响 13
3.1.5（十二烷基苯磺酸钠）含量的影响 14
3.1.6表面活性剂的复配 15
3.2高效水基金属脱脂剂配方的选择 17
3.2.1具有代表性的点 17
3.2.2正交试验 18
3.2.3进行实验获得数据 18
3.2.4得到最优配方 19
3.3 温度对除油效果的影响 19
3.4脱脂时间对脱脂效果的影响 20
4. 结论 21
参考文献 22
致 谢 23
1. 前言
1.1 概述
铁（Fe）是应用最广的金属，在地壳元素总量中排第二，占了5.5％，而钢铁在世界金属总产量中的比率超过了99 %。钢铁是现代社会经济和生活中必不可少的材料，占世界金属产量之首 [1]。钢铁在建筑[2-6]、桥梁[7-10]、船舶[11-15]、锅炉、[16-18] 机械零件[19-20]等用途广泛。一般而言，钢材的原始表面必然沾有油污和灰尘，有的存在划痕甚至是凹陷等缺陷。金属件的除油处理是确保后续工艺质量的重要技术措施[21]
钢材表面处理之前要经过加工成形和存放等过程，或多或少地沾上一定的油脂和灰尘等污染物。为了使后续加工顺利地进行必须在使用和精加工前对金属表面进行除油。涂装和精加工的工件必须在之前进行表面处理，除去金属表面的灰尘和油污，这样才能有效地发挥涂料的保护作用和装饰效果。可以说，不仅仅是涂装工艺表观质量，甚至是其使用寿命，都很大程度上要受涂装前的表面处理的影响 [22]。
不同材质要求不同的表面处理方法，而不同使用环境下，对表面处理质量的要求也有所不同。机械预处理、化学预处理以及是最常用的两种钢铁表面预处理技术，一般要配合使用效果较好。采用化学预处理的方法来除去钢铁表面油污和灰尘，是最基本的方法。此法一般也是最为经济的钢铁表面预处理工艺。化学预处理不仅可以去除原始钢铁表面的灰尘和油脂等赃物，还能获得润湿、均匀的清洁表面，保证下到工序顺利进行。
钢铁的加工方法有铸造成型(重力铸造，压力铸造等)，冲压与拉伸成型(剪切冲压，拉伸冲压，正反向挤压等)，锻造成型(自由锻，模锻，轧锻，辊锻)，机加工成型(磨、铰、车、铣等)，粉末冶金烧结成型(零件加工工艺),焊接成型，爆炸成形等。在钢铁的表面处理中，铸造成型和冲压占绝大多数，而拉伸成型的线或线材几乎都不要进行表面处理。表1为几种加工钢材表面存在的可能出现的污染物。
表1钢铁表面存在的污染物
钢材种类 污染物
铸钢 挤压用润滑剂；锯切用润滑剂；机械加工用的润滑剂；
锻钢 残留的模具修正物及润滑剂；
热轧型钢 轧制或旋压等生产过程用润滑剂
冷轧型钢 轧制和旋压等生产过程用润滑剂
冷拔钢 冷拔用润滑剂
一般来说，钢铁表面预处理可分为除油、水洗、磷化等工艺，更具体地可表示成：脱脂 → 二道水洗 → 表调处理 → 磷 化 → 二道水洗→ 去离子水洗。  
1.1.1脱脂
脱脂是除去金属表面油污的过程。酸性脱脂、碱性脱脂、乳化剂脱脂、溶剂脱脂等是几种基本的金属表面脱脂方式。以上几种脱脂方式，碱性脱脂应用最广泛，其原理主要是利用碱物质和植物油脂发生皂化反应，反应生成的皂化物溶于水来去除金属表面油脂。问题是单一的碱液只能除去金属表面的植物类油脂，对矿物油脂除油效果很差。如果在碱液中加入表面活性剂，则可达到除去矿物类油脂的效果。由于矿物油油可在表面活性剂的乳化作用下析出，因此相比较单一碱性除油，此法不光除油彻底，速度也更快。常见的碱性脱脂剂的配方有这几种：NaOH、Na2CO3、Na3PO4以及Na2SiO3。除油的工艺操作一般分两种，一种是浸渍法除油，此法除油对溶液浓度要求较高，一般浓度要大于3%；相比较而言，另一种方法喷淋法效果比较好，而且对溶液要求不像浸渍法那样高。一般条件下，碱性溶液pH的越高，相应的除油效果越好，但并不成线性关系，太高反而出有效果下降，在后面详细介绍。
1.1.2 水洗
水洗是金属表面除油的主要辅助工序，贯彻整个预处理过程。水洗的目的是去除金属表面各种溶液的残留污染，对后续涂层质量以及工件耐腐性起至关重要的作用。为节约能源，可采用逆流漂洗技术进行水洗。磷化后须水洗，而此道水洗是磷化质量的重要保证，也是最后一道水洗工艺，因此一般情况下须采取去离子水洗的方式。  
1.1.3 表面处理  
磷化前的表面调整处理的目的在于，来消除碱性脱脂可能造成的表面状态不均匀。表面不均匀的成因一般可归为以下几种：经磷酸钛盐溶液预处理的零件表面能产生电位使得金属表面活化，自由能大幅上升，磷化晶核数目增加到一定程度，使成膜反应加速。目前主要的表面调整剂有：例如胶体钛，还有就是酸性表调剂(如草酸)。两者兼具除锈的作用，因此应用都非常广泛。当然，磷化前表调与否，以及表调剂的选择，都应该视工艺和磷化膜的要求而定[23]。  
 1.1.4  磷化
磷化工艺是表面处理至关重要的一步。其原理可表示成浸入磷化液中的工件，能在其中进行化学反应，进而表面生成稳定的磷酸盐薄膜，这层保护波不仅能防止污染，还能使后续涂层对金属的吸附力大幅增强，使得金属表面的耐腐性大大增强，另外，在冷加工时此保护膜还能减少摩擦起润滑作用。
磷化处理有两种基本方法，一种是浸入法，一种是喷淋法。喷淋法比较主流，对于提高磷化质量非常有效，并能在较短工艺的时间内，使反应更彻底。但喷淋法也存在如下缺点：①飞溅的液滴易对设备产生腐蚀，继而工序间更易生锈；③结晶不均匀，颗粒粗大。相比较而言，浸入法处理更加具有全面性。但浸入法也少了冲刷辅助，导致处理不彻底，另外工艺时间要长很多。
1.2 脱脂

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