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论金属防锈与除锈

各种金属产品的油封工艺大致包括清洗、干燥、油封、包装、存放等几个环节,每一个环节都直接关系到封存质量的好坏。根据多年的实践对上述各工序作个简略介绍。
有锈蚀的产品一般须除去锈蚀后才允许封存,不然将会影响封存质量。这是因为锈蚀产物在电化学作用下会进一步发展。所以在下面我们对除锈也作了介绍。从而在使用深圳市东利电子有限公司的防锈剂TO-40和除锈剂TO-30时,能得到满意的效果。
1.清洗
清洗是油封的重要环节。无论在机械加工还是在组装中,或是在产品封存、启封时都会遇到。常附着于金属制件上的污物种类很多,有灰尘、切削物、磨料、研磨膏、抛光膏、切削掖、手汗、盐迹、酸碱以及动植物油脂和矿物油等。其中有水溶性的,也有非水溶性的,这些污物若不清洗干净,不但会影响加工、装配而且会影响油封质量。由于清洗质量不高,即使选用优质的防锈油脂也达不到预期的效果,这在生产实践中屡见不鲜的,所以油封前的清洗是封存质量的关键之一。
我们常见的清洗剂大致可分为两类。一类是水基清洗,其中包括添加表面活性剂的和不添加表面活性剂的二类;另一类是油基清洗,也包括两类,即石油溶剂和有机溶剂。
2.水基清洗
水基清洗主要用于除油,也可除掉附着在金属表面上的金碎屑、浮渣以及混在油脂中的研磨料及炭渣。碱液清洗对除去手粘在金属上面的汗迹有较好效果,由于它有较高的碱性所以能使动植物油脂皂化,清洗效果也比较好。
水基防锈清洗剂清洗用的应具有:1)溶解能力及较高的碱度;2)对固态油污的弥散性;3)对液态油污的乳化、分散剂;4)要易于被漂洗干净;5)要有低的表面张力及润滑能力;6)稳定;7)有效的浓度要低;8)无毒;不致引起公害;9)若须进行电解清洗时,要有良好的导电性。
3.油基型溶剂清洗
石油溶剂去油污能力很强,容易把金属表面的油污溶解掉,但易燃,使用时须注意防火。常用作清洗的石油溶剂有汽油、煤油、及轻柴油等。其中以汽油最普遍,汽油有挥发快、易干燥的优点,但却带有空气中水分容易凝露的缺点,这是由于汽油挥发时,吸收热量使工件表面温度下降将空气中的水分凝结在金属上面。在南方湿热条件下,这是经常遇到。汽油挥发时的凝露,与汽油的馏程关系很大。常用作清洗的洗涤用轻汽油,按SY-1028-65规定,初馏点小于40℃,50%蒸馏出的温度不高于145℃,这样的汽油挥发性就很大,同样若选用橡胶溶剂油(SY1027-67),它的馏程即在80~120℃范围内,由于其初馏点高,所以在使用中凝露现象要轻的多。其中馏分不高,所以干燥的也不慢。在不少溶剂稀释型防锈油中选择橡胶溶剂汽油作溶剂,原因也在此。选用200号汽油(GB444-64)作清洗可解决凝露问题,但200号汽油却近于煤油,不但味道大而且“烧手”。也有的单位用煤油或轻柴油作清洗用,但干燥困难,除非可以允许带入封存油中。
单纯的石油溶剂没有一点汗液洗净能力,而且当其挥发凝露时又会引起锈蚀。为此,添加3~5%的置换型防锈油,实际证明,这是行之有效的。但是湿热季节由于汽油挥发,凝露的水都会使极薄的置换型油膜乳化,生成油包水的乳膜,至于这层乳膜还是否一定要干燥后再油封还须进一步实践。倘若选择馏分高的石油溶剂作清洗用,这现象可以完全避免。
对于机械零部件来说,利用水基的产品防锈比用油基的产品防锈更经济实用。水基防锈剂是一种以水为稀释剂的防锈材料,其特点是成本较底,使用安全,浸涂于金属表面并待水蒸发后能形成一层保护膜。目前,水基防锈剂多用于工序间防锈,个别产品也可用作长期封存用。
4.干燥
金属制件进行彻底清洗以后,应在尽短时间内除区去其上面附着的水分或溶剂,为此必须采取有效的干燥方法。一般的干燥方法是加热法,即将清洗后的制件放在带有湿度调节和鼓风的干燥箱或烘箱内,也可用热压缩空气吹干。对于用水溶剂清洗的制件则可采用沸水干燥法,即将湿制件移浸于近沸的热水中,经一段时间后将制件悬置于空气中,利用制件的温度使水分很快挥发掉,必要时还可同时利用压缩空气吹干,也可将制件放在105~110℃的油槽中加温脱去水分,在油槽中的油可选用HJ-10、HJ-20的机械油等。经热油槽脱水分后的制件,取出后表面有一层极薄的油膜,一般可以直接上防锈油脂。中间不用再清洗。
注意的是油封前制件必须在105~110℃下彻底干燥,不然会影响油封质量。
5.去锈
金属制件在封存以前,一般应将表面的腐蚀产物清除,只用这样才能确保封存的质量,这是因为这些腐蚀产物在大气腐蚀的过程中多起着阳极的作用,会加速电化学过程的进行,从而促使了锈蚀发展。另一方面锈蚀产物从化学组成来讲它们是金属氧化物,水化物、盐类等,所以又有相当的吸湿性,由于化学凝聚的作用,即使在相对湿度比较低的情况下,也会使金属表面凝集上水膜,这样又为电化学腐蚀创造了条件。
在机械制品的生产过程中,金属表面锈蚀一般来自两个方面:一是热处理后,由于热处理介质引起的;一是大气腐蚀,而后一类即称为锈。
在生产的过程中热处理介质的腐蚀、大气的腐蚀与金属材料或加工缺陷经常是难以区别的。虽然用高级的物理方法如电子探针、电子扫描、能谱分析、红光分析等能有利于判别,但在一般的工作条件下,这却是不可能的。在生产过程中用于判断、区别的却是低倍放大镜或金相显微镜等一般工具。因而有必要了解锈蚀的一般特征,锈蚀的形状无一定的规律性。防锈产物去除后底部发暗,这可用于区别热处理腐蚀或其它化学介质的腐蚀。在生产过程中,为了区别的更准确,还必须进行现场调查,了解制件的工艺全过程。
去锈的方法,大致可划分为机械去除和化学去锈两类。但不管选用那一种去锈方法,都会使制件的精度或光度有所降低,有不同要求的制件应选择其不同的去除方法,即按照制件的不同工作部位和精度等级来选择除锈方法。
化学除锈可分为化学或电化学去锈两类,根据各种金属和之的不同要求,在选用这类方法除锈时应注意各配方及工艺的针对性。
对于大型机件或固定装备可选用化学除锈法去锈。将锈蚀部分经除油后,喷涂一层除锈剂(深圳东利公司产品为TO-30),经一定的时间作用后检查锈迹是否已除尽时,如已除尽,则需要翻动一次,再补充一次除锈剂。除锈后,用净水洗净,再用PH9~10的洗涤液擦洗,操作要紧凑以免再生锈。在去除过程中,要防止日光照射以免水分蒸发。
用腐蚀性的化学液除去锈后,都应立即彻底清洗、中和、和除锈,并须连续进行,以避免留下再度锈蚀的隐患。若选用酸性去锈剂,一般都选用加有中性介质缓蚀剂的碱性水溶液中和,中和后若选用水膜置换油则可将干燥工序省去,并同时起到了封存效果。
在金属表面层的物质参与化学或电化学反应所形成的附着良好的反应产物膜层,称为化学转化膜。由于各种化学转化膜多有比金属更好的防护性能,所以也可以用在去锈后,进一步提高金属的耐蚀性。又由于形成化学转化膜所选用的工作液对金属或多或少都有一定的化学作用,故此在形成化学膜在有些情况下也习惯称为钝化,有关具体内容可查阅金属表面处理方面的资料。
在选用化学去锈或化学转化膜时,当有氢析出情况下,还应注意氢脆问题,特别是对于高强度结构钢更应慎重,在有些情况下这些钢种甚至不允许浸入酸中,因为在酸槽中即会产生所谓的氢裂,即使再加热去氢也无济于事了。炼油厂的钢塔停产后,需用蒸汽吹扫塔体内部,不单是去除油迹防火,很大的原因是为了防止铁塔析出的氢气,使钢体产生裂缝,也避免人进去后中毒甚至因作业而引起爆炸。
因为镁合金的电位很负,所以在除锈过程中应特别注意,在采用机械方法除锈时,要采用专用的玻璃砂纸(即木工砂纸)和氧化铝(刚玉砂布),不允许采用碳化硅或碳化硼砂布。在打(吹)砂时,应选用常用的石英砂,与其它金属的砂子严格分开。以上这些规定都是为了避免导电的碳化物或其它金属在除锈过程中镶嵌在镁合金形成腐蚀电池。同样在化学除绣中,也应选用不导电材料作为工具,以避免接触腐蚀。
6.油封
不同类型的制件和产品,不同的储存条件,不同的封存期限应选择用不同类型的防锈油,至于油封的方法则有刷涂法、浸涂法、煮油法、全浸法、喷涂法、淋涂法等。浸涂法是常用的方法之一,适用于一般中小制件的封存。若选用加温涂覆的防锈脂则需要严格控制油槽的加热温度与制件的浸入时,因为它们对油膜的厚度有很大的影响,温度高,时间长油膜就薄;反之就厚。若选用液体防锈油与溶剂稀释型防锈油就不需要加温,此时只需要保证被涂复制件完全浸入油内,并让油渗透到制件的各个部位即可。但在选用溶剂稀释型防锈油时,应注意不断适量地补充挥发掉的溶剂,以避免油膜过厚。
在采用刷涂法时,宜采用毛刷刷涂,但刷毛既不宜太软,也不宜太硬,太软的刷子不能使防锈脂均匀的覆盖在金属表面,太硬的刷子却容易损伤金属表面,当然这指刷涂防锈脂而言。至于涂刷液体防锈油或溶剂稀释型防锈油时,因它们的流动性较好,故可采用软刷也可。涂刷法在实际使用中效率太低。故一般用在局部油封或大型制件油封。
喷涂法是采用压缩气体通过喷枪喷在金属上,虽然液体防锈油也可以喷涂,但在实际应用中选用喷涂法的却多是溶剂稀释型防锈油(深圳东利公司TO-40防锈剂采用气体将防锈油喷到工件上),特别是硬膜油用于大型设备和简单工具的封存时。在喷涂时,由于溶剂大量挥发,所以会产生空气中水分的凝露。为此,应控制工作环境的相对湿度在70%以下。此外,如自用压缩气体,则对压缩气体应事先经过净化处理,以除去水分和油污等。
全浸法多用于机腔内部或精密制件的封存,使金属全部浸在防锈油中。在选用全浸法时,除了正确选用油品外,还须注意在容器上部应留在少许空间,以给温度变化留下膨胀的余地,因为容器是严加密封的,这除了防止封存的油漏出,还可避免油在空气长期接触。至于这类油品的技术要求。对防锈油要求都很高,特别是对抗腐蚀性要求较高。从配方上将,多为低粘度,高精制的油品。
溶剂稀释型硬膜防锈油在油封后,一般都不立即包装,应让溶剂适当挥发。水乳化防锈油油封后,一般要让水挥发后再包装,为此油封后最好有一道干燥工序。
冷涂脂在使用中为刷涂,一般不用加热,但由于冷涂脂在气温低时比较硬,所以有时也须略加热后再刷涂。刷涂时应尽量注意刷均匀,不然由于油膜在各部位会不均匀,在油膜厚的地方也会引起变色。
在选用油封油时,还须注意它对各种金属的适应性,特别是各类有色金属。甲基苯骈三氮唑的油封油虽然对铜合金有效,但是长期使用中却会消耗,可能是蒸汽压较大的缘故。为此要根据定期化验的效果,适量地添加。
对于轴承、齿轮、弹簧、量具、轴瓦、粉末冶金、精密仪器、军械、工具、机床等无电镀、电镀或其钝化后的金属制件,深圳东利公司引用国外技术和生产出TO-40防锈剂,对这些产品的防锈能达到满意的效果。
7.包装
金属制件的油封期是与包装直接关联在一起的,其中又以内包装材料更为重要,因为它直接贴合在油封的金属表面。合适的内包装材料应有较小的透湿性、透气性及良好的耐油性,以防止或减少油层的渗透和流失,有一定的机械强度以防止破裂。但更为重要的是应对金属我腐蚀性,使金属、油脂、内包装材料三者能相适应。目前生产中常选用的内包装材料有石蜡纸、电容器纸、苯甲酸钠纸、聚乙烯复合纸和聚乙烯、聚氯乙烯薄膜等。
石蜡纸是在中性包装纸上双面涂覆一层均匀的蜡,厚度一般为0.05毫米。石蜡纸的质量首先取决人于原纸质量,按轻工业部标准中性包装纸 (QB601-72)规定,其厚度为0.08-0.136毫米;耐折度(往复次数)不小于15次;纵、横向抗张力(公斤)不小于4.5和3.0;水分(%)不大于12;酸碱性(pH值)为6-8;氯化物(毫克/公斤)不小于0.003;原纸上涂的是石蜡、地蜡、机油混合物,这混合物应该没有腐蚀性,特别是石蜡应经过检验。关于石蜡纸目前均匀为企业标准,名称也各不相同,有的称为防锈蜡纸,有的称为中性蜡纸。在指标中对于水抽提物PH值、氯化物、硫酸根虽然都有规定,但标准却有区别。多数企标将水抽提物PH值定为7.0-7.05;氯化物(以NaCl计)小于0.1%;硫酸盐(以Na2SO4计)小于0.25%,而某厂专为军区产品生产的石蜡纸,却规定水抽出物PH值为6.3-7.0;氯离子小于75ppm;由于没有适当的测定石蜡纸对金属腐蚀性的方法,所以很难订出水抽提物PH值、硫酸盐、氯化物恰切指标。
电容器纸(QB603-72)质量较高,其水抽出物酸、碱度均不大于0.007%;氯化物含量不大于0.004;水抽出物电导率不大于4×10-5Ω-1cm-1;并有强度好、柔软、耐折等优点,由于价格较贵,一般用于高精密零件如量块等作内包装。
苯甲酸钠纸上,一面涂的是加有2%硬脂酸铝的石蜡,另一面涂的是苯甲酸钠水溶液。在石蜡中添加硬脂酸铝是为了增加石蜡的憎水性,涂苯甲酸钠是为了提高对金属的防锈性,因为它是一种适用于多种金属的接触型缓蚀剂。在包装时,涂苯甲酸钠的一面贴合金属。
塑料复合纸中,主要的是聚乙烯复合纸。它是以中性包装纸为基,将熔融聚乙烯通过刮平、热压、热烘等工序而制成。这类纸的显著特点在于强度高、防潮、防油能力强。目前生产的聚乙烯复合纸、根据原纸的强度分为1、2、3种,每种又根据透湿度分为15、25、40(克/m2.24小时)三类共计9种。透湿度的差异是根据聚乙烯膜的厚度来控制的。由于中性包装纸无腐蚀性,所以塑料一面或纸一面都可贴着金属,但在使用中多数是塑料一面贴着金属油封面。
从目前实际使用看,优质的石蜡纸与电容器纸能与钢铁、铜、锌、镉等多种金属相适应。而苯甲酸钠包装纸却会引起铜变色,但对钢铁等却比石蜡纸与电容器纸好。
普遍作为内包装材料的塑料薄膜有聚乙烯、聚氯乙烯薄膜两种。由于这两类薄膜并非专用作为内包装材料,所以在以前标准中对金属的腐蚀性均无要求。一般认为,聚氯乙烯薄膜有可能分解出氯化氢,会引起金属腐蚀,但在实际使用中却未发生明显问题,可能与其中含有较合适的稳定剂有关。从生产的实践看,聚乙烯、聚氯乙烯薄膜对钢铁适应性尚好,但对铜、镁等有色金属却不理想。薄膜的厚度多选用0.04-0.06毫米,因为薄的柔软性较好,在包装时能均匀地贴合在涂油的金属表面,相对于厚膜而言均匀一些。聚氯乙烯和聚乙烯薄膜还可以分别用高频和电阻热焊成口袋封存。在用塑料薄膜包装时,外部还须用纸或盒作外包装,以防止光直接照射引起塑料老化、分解、脆裂。
最近有关厂家又试生产了一种不加增塑料的聚氯乙烯薄膜,它有耐光性好、稳定性强、透气性低等优点,并且对多种有机溶剂有良好的抵抗性,为此是一种较有前途的内包装材料。
与聚乙烯薄膜相似的还有聚丙烯薄膜,其有关的理化性能与对金属的适应性与聚乙烯薄膜也大致相似。
总之,合理地选择包装材料,特别是内包装材料与金属、防锈油脂三者的适应性是关系到封存质量的大事,若选用不当,轻则不能确保封存期,重则造成成批锈蚀,这在生产中是屡见不鲜的。由于防锈包装材料目前多为企业标准,不但指标不一,而且试验方法也不统一,有的包装材料虽然有部标,但却没有考虑到作为防锈的内包装材料。所以选用包装材料更必须慎重。
与包装不当有关的,常见的还有所谓“干性油斑”腐蚀。干性油斑被认为是由于矿物油变质所引起的,矿物油的精制程度差,再加上光和氧的存在就容易发生油斑,而波长为360毫微米的光又是引起光氧化反应的主要因素。当有SO2气体和光同时存在时,由于磺化反应,还可能生成磺酸性。用X射线荧光光谱仪分析,可发现油斑部位的成份是矿物油本身变质而生成羧基和磺酸盐等化合物,其厚度大致在300A(埃)以上,并且上、下层的组份又各有差异。归纳起来说,钢铁表面的干性油斑腐蚀,就是精制程度不好的矿物油膜,由于光氧化反应,并生成膜厚到肉眼能够观察到的一种腐蚀现象,所以,在选购防锈油时一定要到专业的防腐公司购买。
减少或避免干性油斑腐蚀的一个方法是选用高精度的矿物油,即杂质较少的矿物油。如众所知,矿物油中的杂质是以硫为主,其它的是多环芳香族复杂化合物及氮、氧的有机化合物。若将矿物油精制到硫含量在100ppm以下,则可在较长时间内避免产生干性油斑腐蚀。
另一个防止、减缓干油斑腐蚀的办法是油封、包装后避免光照射。为此,当选用聚乙烯、聚氯乙烯等透明薄膜包装时,还必须再选用不透光包装材料包装,如放在纸盒、木箱中,另用不透光的外包装纸包装一层等。
在品质低劣的防锈油品中,有一种油斑腐蚀被称为湿性油斑腐蚀,这在包装中也经常遇到,即通常指的油脂重叠性,它是指金属在重叠和潮湿条件下,由于油膜不均匀而引起金属在重叠面上的腐蚀。重叠腐蚀主要是由于氧的浓差极化而引起,它的腐蚀与油品本身和重叠面油膜不均匀程度都有关系。为此,在油品的选择及包装时都应注意,因为在金属与内包装材料之间也同样会产生湿性油斑腐蚀。以上是关于油品的耐重叠性情况。
在潮湿情况下,外包装材料还会遇到生霉的情况。纸质包装材料如牛皮纸、纸盒,可以采用在包装材料上加有机腈RCN或氟化物的办法来防止生霉。若局部改善包装环境,如用透湿率低的外包装材料如聚乙烯、聚丙烯、铝塑薄膜并结合干燥剂如硅胶、分子筛密封包装,不但能防止生霉,而且还能进一步提高防锈油脂的封存效果。为了防止生霉,当然还可以选择抗霉的包装材料。