新型鋁合金脫脂劑工藝試驗探究

嚴衛(wèi)才，王 帥，劉昌明，趙懷鵬，張 弟

(遼寧忠旺集團有限公司， 遼寧 遼陽 111003)

鋁軋制板材在加工與處理前表面通常存在機加工油污，后續(xù)加工需進行前處理[1]，除油大致分為三種類型，即酸性脫脂、堿性脫脂和有機溶劑脫脂[2]。酸性脫脂劑處理時間一般較長，軋制板材對于脫脂時間要求較短，且酸性液體易腐蝕設(shè)備，一般生產(chǎn)線不采用酸性脫脂劑。清洗的目的是在規(guī)定的時間和工藝條件下將金屬表面污垢去除，不損傷金屬表面，滿足下道工序[3-4]。現(xiàn)國內(nèi)軋制鋁材廠一般采用強堿性脫脂劑與油性脫脂劑兩種，強堿性脫脂劑易腐蝕鋁表面，油性脫脂劑易燃易爆，具有較大的安全隱患。本文主要驗證新型脫脂劑除油效果，優(yōu)化最佳工藝，與堿性脫脂劑和油性脫脂劑清洗效果進行對比驗證。

1 試驗部分

1.1 試驗藥品

本次試驗材料采用5052鋁合金；試驗藥品為，新型堿性脫脂劑ZW-80，強堿性脫脂劑5238和油性脫脂劑A52。

1.2 試驗原理

鋁板材表面油污為動植物油(主要成份為硬脂酸)，與脫脂劑中的堿或堿性鹽發(fā)生皂化反應(yīng)，生成硬脂酸鈉和甘油，被充分溶解進入堿性溶液[5]，從而達到脫脂的目的，皂化反應(yīng)方程式如下：

(C17H35COO)3C3H5+3NaOH→3C17H35COONa+C3H5(OH)3

新型堿性脫脂劑ZW-80為白色固體粉末，呈弱堿性，主要成分為碳酸鈉、檸檬酸鈉、氫氧化鈉、表面活性劑、助洗劑、絡(luò)合劑與緩蝕劑組成。對機油、潤滑油、防銹油、動植物油等各種油污有良好的清洗效果。與強堿性脫脂劑相比，新型堿性脫脂劑具有洗凈能力強、緩蝕性佳(不腐蝕基體)等特點，是除油效果絕佳的新型脫脂劑。鋁為兩性金屬，可與酸堿反應(yīng)，強堿性脫脂劑5238清洗時易腐蝕鋁基體，所以清洗時間不宜過長，油脂易溶于有機溶劑；A52為油性脫脂劑溶解鋁板材表面的油脂，對鋁基材無腐蝕，但A52油性脫脂劑易燃易爆，且廢液不易處理。

1.3 試驗方案

(1)應(yīng)用新型脫脂劑，采用單一變量法驗證脫脂劑濃度、溫度、時間對脫脂效果的影響，找出最佳工藝參數(shù)。

(2)從清潔效果和工藝兩方面對比新型脫脂劑、傳統(tǒng)強堿性及油性脫脂劑，確定最佳的脫脂劑。

1.4 檢測方法

(1)鋁板材脫脂后水洗，表面應(yīng)完全水潤，目視法觀察水膜連續(xù)性(至少保持30s以上為合格)。

(2)采用清潔度測試儀進行測試，用RFU值進行表征，RFU值越小脫脂效果越好。

(3)觀察三種脫脂劑的宏觀圖像，并使用色差儀檢測色差，對比三種脫脂劑的明亮程度。光澤度L代表亮暗，△L=L-L1，△L越大，鋁合金表面越亮，△L越小，表面越暗。

2 試驗結(jié)果

2.1 濃度對清洗效果影響

ZW-80脫脂劑噴淋溫度60℃，噴淋時間5s，噴淋壓力4bar，濃度分別為20g/L、30g/L、40g/L、50g/L、60g/L。試驗結(jié)果表明，無論脫脂劑何種濃度水膜30s全部連續(xù)。圖1為RFU值與濃度關(guān)系，由圖中可以看出濃度越高除油效果越好，但濃度過高藥品損耗較大，成本較高。綜合考慮，最佳的除油濃度為30g/L～40g/L。

圖1 ZW-80濃度與清洗后RFU值關(guān)系

2.2 溫度對清洗效果影響

配制ZW-80濃度為30g/L，噴淋時間5s，噴淋壓力4bar，噴淋溫度分別為30℃、40℃、50℃、60℃、70℃。試驗結(jié)果表明，30℃、40℃時試樣表面水膜不連續(xù)，50℃、60℃、70℃水膜連續(xù)。圖2為RFU值與噴淋溫度關(guān)系，由圖可知30℃、40℃時 RFU值較大，50℃、60℃、70℃ RFU值較小，且噴淋溫度高會增加生產(chǎn)成本。綜合考慮，噴淋溫度為50℃～60℃。

圖2 ZW-80噴淋溫度與清洗后RFU值關(guān)系

2.3 時間對清洗效果影響

配制ZW-80濃度為30g/L，噴淋溫度60℃，噴淋壓力4bar，噴淋時間分別為2s、4s、6s、8s、10s。試驗結(jié)果可知，噴淋時間為2s時表面水膜不連續(xù)，4s、6s、8s、10s時水膜連續(xù)。圖3為RFU值與噴淋時間關(guān)系，由圖可知噴淋時間超過8s清潔度值幾乎不再下降。考慮到清潔效率及成本問題，最佳噴淋時間為4s～8s。

圖3 ZW-80處理時間與清洗后RFU值關(guān)系

2.4 三種脫脂劑清潔效果對比

2.4.1清洗效果

圖4為油洗清洗、堿洗清洗、ZW-80清洗后表面，由圖可知，ZW-80清洗后的試樣光亮優(yōu)于堿洗及油洗，且堿洗后鋁合金表面有“發(fā)白”缺陷。ZW-80與堿洗清洗后表面無鋁灰殘留，油洗后表面鋁灰基本未去除。使用色差儀進行表面色差測試，其結(jié)果如表1所示。

(a)油洗清洗后表面 (b)堿洗清洗后表面 (c) ZW-80清洗后表面

表1 色差檢測表

由表1中數(shù)據(jù)可以看出，卷板基材光澤度不均，除油后光澤度依然不均，5238清洗過后的鋁材略暗，ZW-80與油洗清洗后△L波動較小，與鋁基體基本無色差。

2.4.2 清洗工藝對比

三種脫脂劑工藝對比見表2，ZW-80清洗時間少，清洗效率為油洗的三倍，且不腐蝕鋁基體；油性清洗清洗溫度為常溫，但其不穩(wěn)定性以及后續(xù)的廢液處理問題，增加了大量成本。ZW-80脫脂劑綜合性能優(yōu)于堿性及油性脫脂劑，可代替使用。

表2 三種脫脂劑工藝對比

3 結(jié)論

采用新型脫脂劑ZW-80，單一變量優(yōu)化工藝，通過清潔度測試儀與目測為標準，在噴淋壓力為4bar時得出清洗最佳工藝：噴淋溫度50℃～60℃，濃度30g/L～40g/L，除油時間4s～8s。

新型脫脂劑ZW-80與強堿性脫脂劑5238、油性脫脂劑A52相比，清洗效果最佳，清洗時間為4s～8s，效率極高且不腐蝕鋁基體；且ZW-80脫脂劑為固體狀態(tài)，配制溶液均一穩(wěn)定，不易燃易爆，可以代替另兩種脫脂劑進行清洗鋁板材。