Обезжиривание поверхности

Категория:
Подготовка под окраску


Обезжиривание поверхности

В процессе обезжиривания с поверхности металла приходится удалять различного рода загрязнения. При штамповке, волочении, обработке резанием на поверхности отлагаются жиры, мыла и масла. В процессе последующей механической обработки жиры сгорают и вместе с истершимися абразивными материалами заполняют имеющиеся на поверхности углубления и неровности. При операциях сварки, маркировки и т. д. появляются другие виды загрязнений, которые могут прочно приставать к металлической поверхности.

Классификация загрязнений в зависимости от их химического состава, характера воздействия и методов удаления 17-19 носит условный характер, так как чаще всего загрязнения представляют собой смесь веществ, различных по составу и свойствам.

Из всего многообразия встречающихся загрязнений, подлежащих удалению с поверхности металла, можно выделить следующие.

Органические загрязнения. К ним относятся антикоррозионные смазки и смазочные масла, в состав которых входят минеральные масла, вазелин, нефтяной воск, парафины, жирные кислоты, канифоль, древесные смолы. Эти загрязнения удаляются в процессе обезжиривания.

Неорганические загрязнения. К ним относятся нагары и окислы, отлагающиеся в результате закалки или неко-

ых других операций предварительной обработки. Эти Мнения, так же как и металлическая стружка и заГочис крупные и мелкие неорганические частицы, смешанные со смазкой, остающейся после механической обработки, удаляются с большим трудом при обезжиривании и травлении.

Смешанные загрязнения. К ним относятся смазки, применяемые при обработке металлов давлением, растворимые масла* и эмульсионные композиции, в состав которых входят различные пигменты в виде тонкоиз-мельченных порошков, сильно затрудняющих очистку, особенно после нагрева.

Удаление этих загрязнений, отличающихся наибольшим разнообразием свойств, представляет особые трудности.

При удалении загрязнений с поверхности металлов особенно важен выбор наиболее эффективного метода очистки, который зависит от следующих факторов: природы загрязнения, воздействия химических компонентов моющего раствора на металлы, требуемой степени очистки, безопасности при работе и стоимости.

Самое широкое распространение в металлообрабатывающей промышленности получили физико-химические методы удаления загрязнений, к которым относятся: 1) очистка органическими растворителями; 2) водная очистка щелочными, кислыми и нейтральными составами; 3) эмульсионная очистка.

Очистка органическими растворителями

При обезжиривании растворитель образует однородную смесь или раствор с загрязнением, которое он растворяет. Растворители, используемые для очистки, должны удовлетворять определенным требованиям, к которым относится:

1. Высокая растворяющая способность по отношению к удаляемому виду загрязнения. Растворяющая способность—это главное технологическое свойство растворителя. Чем разнообразнее вещества, которые может растворить тот или иной растворитель, или чем большее количество данного вещества растворяется в нем, тем выше качество растворителя.

Обычно применяемые нефтяные растворители (бензин, уайт-спирит) имеют слабую растворяющую способность; более высокой растворяющей способностью обладают ароматические углеводороды, кетоны, спирты и сложные эфиры. Самая высокая растворяющая способность характерна для хлорированных углеводородов, причем наиболее эффективен хлористый метилен, который целесообразно применять для растворения трудно-смываемых загрязнений, таких, как старые покрытия лаками, эмалями, смолами и т. д.

2. Стабильность при использовании. Применяемые растворители должны быть устойчивы к различным факторам, воздействующим на них. в процессе очистки. Они не должны разлагаться под действием очищаемых материалов, света, тепла, воды и реагировать с паром. В противном случае растворитель или совсем не применяют, или добавляют к нему стабилизатор. Так, трихлорэтилен (ТХЭ) под воздействием света и при повышенных температурах20 разлагается с образованием хлористого водорода, а при контакте с открытым огнем— фосгена, поэтому для предохранения его от разложения применяют стабилизаторы, в частности амины или циклические и ненасыщенные углеводороды. Имеются данные21 о том, что ТХЭ при воздействии на алюминий, магний и их сплавы может вызвать реакции, сопровождающиеся большим выделением тепла и даже взрывом. В связи с этим обезжиривание алюминия и магния ТХЭ не производят. В противоположность трихлорэтиле-ну перхлорэтнлен (тетрахлорэтилен) можно применять при удалении загрязнений с поверхностей любых деталей, в том числе изготовленных из алюминия и магния.

3. Способность к испарению (летучесть). Для быстрой сушки поверхности очищаемых изделий, особенно углублений, стыков и т. д., растворители должны обладать повышенной испаряемостью (летучестью). Способность растворителя к испарению определяется давлением его насыщенного пара. Однако в технике для оценки летучих растворителей удобно пользоваться легколетучим; растворители с летучестью 8—13 называются среднелетучими, а с летучестью более 15 —малолетучими.

4 Низкое поверхностное натяжение. Желательно, чтобы выбранный растворитель имел низкое поверхностное натяжение, быстро и хорошо смачивал очищаемую поверхность и легко проникал в углубления, пазы и стыки деталей.

5. Регенерируемость. Это важное требование по многом определяет экономичность всего процесса. В большинстве случаев растворители регенерируют путем перегонки.

Высокая испаряемость, токсичность, склонность к электризации, горючесть и способность образовывать с воздухом взрывоопасные смеси — все эти характерные особенности большинства органических растворителей требуют безусловного соблюдения правил техники безопасности и производственной санитарии.
Предельные углеводороды в качестве индивидуальных растворителей, как правило, не применяются. Чаще всего это смеси углеводородов, получаемых перегонкой нефти. К ним относятся бензины различных марок: бензин для промышленно-технических целей, ГОСТ 8505—57; бензин-растворитель для лакокрасочной промышленности (уайт-спирит), ГОСТ 3134—52; бензин-растворитель Для резиновой промышленности («Калоша»), ГОСТ 56. Эти растворители хорошо растворяют свежие и отработанные минеральные масла, консистентные смазки, консервационные составы. Изделия при очистке бензинами погружают в емкость с растворителем или протирают ветошью, смоченной растворителем.

Ароматические углеводороды по своей растворяющей особности значительно превосходят предельные углеводороды, но отличаются большей токсичностью, поэтому для обезжиривания при подготовке поверхности под лакокрасочные покрытия применяются только в виде смесей с алифатическими углеводородами.

Хлорированные углеводороды при очистке поверхности металлов играют особенно важную роль. За рубежом, в частности в США, имеется опыт работы с этими растворителями. Наибольшее распространение получили следующие растворители:

Трихлорэтилен — кипит при 87,3 °С; обладает очень высокой растворяющей способностью для огромного большинства загрязнений, встречающихся в металлообрабатывающей промышленности. Обезжиривание поверхности производится главным образом в парах растворителя.

Перхлорэти лен — кипит при 120,8 °С; применяется для удаления смол, парафинов и для обезжиривания в типографском деле. Установки для очистки перхлор-этиленом обычно несколько дороже, чем установки для очистки трихлорэтилеыом, вследствие больших затрат тепла на подогрев растворителя.

Хлористый метилен — кипит при 39,95 °С; применяется для специальных целей, когда нужен растворитель с низкой температурой кипения или с высоким растворяющим действием. Хлористый метилен используется в качестве основного компонента в составах смы-вок для удаления лакокрасочных покрытий, включая эпоксидные лаки.

При обезжиривании металлических поверхностей органическими растворителями различают: холодное обезжиривание, которое включает все способы обезжиривания металла или металлических изделий растворителем или смесями растворителей при температуре, близкой к комнатной; обезжиривание в парах растворителя.

При холодном обезжиривании изделия из металла обычно погружаются в специальную ванну, заполненную растворителем, или протираются ветошью, смоченной растворителем, реже обрабатываются в струе. После очистки этим методом на поверхности остается некоторое количество загрязнений в виде тонкой равномерной пленки масла.

Обезжиривание в парах растворителя является современным методом удаления смазок, жиров, масел, парафинов, смол и т. п. с любых поверхностей металлов и непористых материалов. При этом процессе используются невоспламеняемые хлорированные растворители, которые нагревают до температуры кипения в специальной ванне. Охлаждающий змеевик конденсирует пар и создает зону насыщенных паров чистого растворителя. На поверхности деталей, находящихся в этой зоне, растворитель конденсируется и растворяет жировые загрязнения. Детали по мере смывания конденсированным растворителем нагреваются до температуры паров; затем детали поднимаются выше зоны паров, где они быстро высыхают.

Обезжиривание в парах растворителя можно проводить на любой стадии обработки металлических изделий, когда необходимо быстро и полностью удалить масляные загрязнения.

На Таллинском электротехническсгм заводе им. М. И. Калинина в течение нескольких лет успешно эксплуатируется спроектированная и изготовленная этим предприятием обезжиривающая установка по типу «нагретый жидкий растворитель — пар с периодической регенерацией растворителя.

Некоторый опыт по разработке технологических режимов обезжиривания в парах трихлорэтилена накоплен в НИИТЛП38.

Схема одной из промышленных установок для обезжиривания металлической поверхности трихлорэтиленом, сконструированной в НИИТЛП, приведена на рис. 1. В этой установке использован комбинированный пособ очистки, который можно разделить на три ста-дни. На первой из них детали подвергаются обработк трихлорэтиленом, поступающим из коллектора с быточным давлением 1,5—2 ат. На второй стадии осуществляется жидкофазное обезжиривание в ванне, где трихлорэтилен нагревается до 40—45 °С. На третьей стадии детали перемещаются в зону паров трихлорэтилеиа (ванна 10) для окончательного обезжиривания.

Рис. 1. Установка для обезжиривания металлической поверхности-трихлорэтиленом: 1— вентиляционный кожух; 2 — транспортер; 3 — привод транспортера; 4 — смотровые окна; 5 — дверка; 6 — холодильники; 7 — отстойник; 8 — сборный жолоб (конденсата трихлорэтилеиа); 9 — змеевики; 10 — паровая ванна (обезжиривание в паровой фазе); 11 — регулятор уровня жидкости; 12 — переливная труба; 13 — коллектор; 14 — ванна для обезжиривания в жидкой фазе; 15 — люк; 16 — натяжное устройство; 17 — корзина.

Установка полностью герметизирована, ванна 10 оборудована автоматическими регуляторами температуры, уровня жидкого трихлорэтилеиа и его паров.

Все внутренние элементы установок для обезжиривания в парах трихлорэтилеиа, подвергаемые действию растворителя, воды и воздуха (например, холодильники для конденсации паров), изготавливаются из оцинкованной стали, никеля, олова, меди или хро-моникелевой нержавеющей стали. Для перекачивания как чистого, так и загрязненного растворителя целесообразно использовать стандартные центробежные насосы, например ЦНГ-68. Уплотнение напильники и рукава, по которым перемещается растворитель, сосов, саль ать из стойких к растворителю материалов.

Наиболее рационально установки для обезжиривания обогревать паром. Это позволяет точнее контролировать подачу тепла, сохранять низкую температуру стенок теплопередающей поверхности и относительно легко обслуживать установку. Обогрев паром осуществляется многоходовыми паровыми змеевиками.

В установках для обезжиривания с газовым обогревом используются перфорированные трубы или горелки, расположенные под ванной, или погруженные в камеру для растворителя газовые змеевики.

Небольшие установки для обезжиривания можно обогревать и электрическими полосовыми нагревателями, закрепленными под бортом ванны, а большие установки— погружными маслонагревателями удельной мощностью от 1,55 до 2,3 вт/дм2.

Для безопасной работы установки снабжаются терморегуляторами, которые располагаются в жидкой фазе и несколько выше уровня паров растворителя. В зоне паров терморегулятор устанавливается на температуру 74 °С (для трихлорэтилена) и 110 °С (для перхлорэтиле-на). В зоне жидкой фазы терморегулятор устанавливается на температуру от 110 до 115 °С (не выше 125 °С) для трихлорэтилена и не выше 145 °С для перхлорэтилена. Для снижения потерь растворителя установки оборудуются системой охлаждения, рассчитываемой из условий максимального поступления тепла. Наиболее часто для охлаждения применяются змеевики, уложенные вдоль внутренних стенок ванны на уровне паров. На небольших установках можно использовать также водяные рубашки. Небольшие рубашки требуются на всех установках для охлаждения стенок над уровнем паров для того, чтобы поддерживать температуру этих стенок близкой к комнатной и предотвращать подъем паров выше нормального уровня.

При выборе растворителя, способа обезжиривания и проектировании соответствующего оборудования рекомендуется пользоваться следующей литературой23’2428-42.

Очистка в водных щелочных растворах

Значительная часть операций по очистке при поцго товке металлических поверхностей под окраску проводится с водными растворами моющих средств18. Сама вода обладает слабым моющим действием по отношению к масляным загрязнениям. Небольшие добавки поверхностно-активных веществ (ПАВ) позволяют резко повысить ее моющую способность. Это является результатом способности ПАВ адсорбироваться на границе раздела фаз и резко менять степень взаимодействия соприкасающихся поверхностей и скорость обмена веществ между этими поверхностями (скорость испарения, конденсации, кристаллизации и др.).

Обработка поверхности моющими средствами

Механизм моющего действия можно представить в виде трех основных стадий:
1) смачивание водным раствором ПАВ поверхности материала;
2) удаление загрязнении с поверхности путем солюбилизации, эмульгирования, диспергирования, суспен-зирования и расклинивающего действия ПАВ на границе раздела твердая поверхность—загрязнение;
3) удержание загрязнений в объеме моющего раствора и удаление их из моющей ванны в суспендированном, эмульгированном и солюбилизированном состояниях.

Поэтому в рационально составленной рецептуре моющего средства для оптимального проявления технологических свойств раствора необходимо сочетание различных ПАВ с характерными наиболее выраженными для каждого свойствами (например, одного смачивателя, а другого — эмульгатора).

Эффективными смачивателями являются синтетические поверхностно-активные вещества ДБ (полиокси-этиленовый эфир дитретичного бутилфенола с полиэти-ленгликолевой цепью, состоящей из 6 звеньев) и ДС-РАС натриевый при условии активации соответствующими электролитами.

Исходя из механизма моющего действия, подбирается и состав электролитов, являющихся не инертными наполнителями, а активными добавками, значительно улучшающими как смачивающую способность, так и общий моющий эффект растворов ПАВ.

В качестве электролитов в моющих средствах, предназначенных для технических целей, наибольшее применение находят: каустическая сода, кальцинированная сода, силикаты натрия, соли фосфорной кислоты и сульфат натрия17’ 57>60. Их использование основано на благоприятном влиянии щелочной среды на процесс очистки, а также высокой диспергирующей способности, повышающей стабильность образующихся при очистке сус пензий.

Введение силикатов в моющий раствор обеспечивает ингибирующее действие раствора по отношению к отмываемому металлу, особенно алюминию.

Из фосфорнокислых солей в качестве компонентов моющих средств применяют: тринатрийфосфат тетрапирофосфат натрия Na4P207; триполифосфат натрия Na5P3Oio и гексаметафосфат натрия (NaP03)6. Действие фосфатов как наполнителей объясняется способностью образовывать комплексные соединения с ионами щелочноземельных металлов и ионами тяжелых металлов, вследствие чего устраняется жесткость воды, растворяются карбонаты поливалентных металлов и кальциевые мыла, обезвреживаются соли железа связыванием в комплексные соединения. Эти вещества также отличаются способностью суспендировать и пептизиро-вать* твердые частицы; благодаря этому загрязнения удерживаются в тонкодисперсной форме в растворе и не оседают на очищаемой поверхности. Положительное действие фосфатов проявляется также в способности регулировать рН среды. Например, при добавлении мета-фосфатов снижается рИ раствора, и очистка происходит в нейтральной и слабощелочной среде.

Кроме неорганических солей в состав синтетических моющих средств входят некоторые органические продукты, которые повышают их качество. К ним относится в первую очередь карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ).

Основное назначение КМЦ — предотвращение обратного оседания загрязнений на очищенные поверхности. Кроме того, КМЦ несколько увеличивает моющую способность композиций. Так, например, алкиларилсульфо-наты без добавления КМЦ хуже удерживают загрязнения, чем мыло, а с добавками КМЦ — лучше, чем мыло44.

Анализ многочисленных рецептур 61-65 моющих средств, предназначенных для металлов, показал, что их основой являются активные неорганические добавки, а содержание ПАВ в этих композициях не превышает 10%.

Значение рН моющего раствора следует выбирать так, чтобы достичь оптимального действия ПАВ и наполнителей. Для каждого электролита, входящего в состав моющего раствора, существует характерная область рН, при которой максимально проявляются его свойства. Например, оптимальное значение рН для карбонатов составляет 10,5—11, для метасиликата натрия — 11 — 11,5. Действие фосфатов не зависит от рН среды.

Для каждого ПАВ также существуют оптимальные значения рН моющей ванны, благоприятствующие более полному использованию ПАВ. Было показано17, что алкилсульфат при рН 7 и додецилбензолсульфонат при рН 10 обладают минимальной способностью удерживать загрязнения, причем в очень кислой среде оба синтетических ПАВ действуют эффективней, чем в щелочной ‘сре^де.

Мыла же, наоборот, обладают максимумом очищающего действия при рН раствора, равном 10,7. При рН ниже 10,2 они гидролизуются, а при рН 8,5 практически вообще не проявляют очищающего действия. Поэтому рН моющей ванны является одним из контролируемых в процессе обезжиривания параметров. Щелочность раствора определяют титрованием с индикатором бромкре-золовым зеленым по стандартной методике79.

Механическое воздействие. Роль механического воздействия при очистке сводится к обеспечению быстрого смачивания отмываемой поверхности, более быстрому и полному распределению моющего раствора, j отрыву частиц загрязнения под действием тангенциальных сил, возникающих при относительном перемещении деталей и жидкости.

Все это приводит к тому, что очистка может проводиться в жидкостях с пониженной концентрацией активного компонента, при более низких температурах, а самое главное — в течение более короткого времени.

Жесткость воды. При большой жесткости воды ухудшается обезжиривание вследствие образования нерастворимых известковых и магниевых мыл, осаждающихся на обезжириваемых поверхностях в виде трудно удаляемой пленки. Наиболее эффективными водосмяг-чающими средствами являются триполифосфат, тет-рапирофосфат и гексаметафосфат натрия.

Эти факторы оказывают большое влияние на выбор соответствующего моющего раствора.

Например, алюминий, особенно после полировки, подвергается коррозии в щелочных растворах. Литье из цинковых сплавов также корродирует в щелочных растворах, поэтому обработка его в этой среде не рекомендуется. Бронза в щелочном растворе быстро тускнеет, а медь часто чернеет, магний корродирует в слабощелочных растворах.

Промывка поверхности водой

Процесс обезжиривания заканчивается промывкой изделий водой. При плохой промывке нельзя получить чистую поверхность даже с помощью самых лучших обезжиривающих средств.

Перенос остатков загрязнений и моющего раствора в промывную воду зависит от формы деталей, продолжительности стекания раствора и технологических особенностей самого моющего раствора. Очевидно, что сложные по форме и имеющие слепые отверстия детали уносят большее количество моющего раствора, чем плоские изделия. Поэтому иногда для стекания моющего раствора целесообразно просверливать специальные отверстия. На стекание моющего раствора обратно в обезжиривающую ванну требуется время, в течение которого может происходить ржавление деталей или местное высыхание моющего раствора и образование затвердевших плохо растворимых остатков. В соответствии с этим рекомендуется медленное извлечение деталей из ванны после обезжиривания и быстрая транспортировка их на промывку.

Количество моющего раствора в промывной воде должно быть минимальным, что достигается постоянным притоком в ванну свежей воды. Предельная концентрация примесей в промывной воде устанавливается в каждом конкретном случае опытным путем. Загряз ненность промывной ванны измеряется по ее удельной электропроводности. Часто для промывки используется несколько ванн. При этом концентрация загрязнений и моющего раствора в первой промывной ванне должна составлять 1/10 от концентрации моющего раствора; во второй ванне эта концентрация будет еще меньше.

Большое значение имеет температура промывной воды. Если промывка осуществляется в горячей воде, то повышается растворимость остатков моющего раствора. Иногда при высокой температуре одновременно с растворением может происходить «закрепление» части остатков моющего раствора в результате гидролиза щелочных солей, содержащихся в моющем растворе, поэтому рекомендуется промывка в теплой воде при температуре 50—65 °С. Эти условия обеспечивают достаточную растворимость остатков моющего раствора без излишних потерь тепла.

Для процесса промывки важна также жесткость воды, особенно при очистке в растворах на основе каустической соды или при применении в качестве моющих средств мыла, алкилсульфатов с длинной прямой цепью или алкилбензолсульфонатов с длинной прямой алкильной цепью. При отмывке поверхностей от этих растворов образуются нерастворимые кальциевые и магниевые соли, что приводит к потере растворимости моющих веществ и образованию на поверхности деталей белого налета, хорошо заметного после высыхания. Поэтому в районах с жесткой водой для промывки часто приходится применять конденсат водяного пара или же умягчать воду введением специальных добавок, например фосфатов натрия.

Расход воды имеет существенное значение при промывке изделий. Расчеты показывают, что для уменьшения расхода воды размеры ванн должны быть минимальными, а приток свежей воды максимально возможным. Так как при промывке необходимы ванны меньшего размера, чем при очистке, большую ванну можно разделить на несколько секций, увеличив таким образом производительность установки.

Многоступенчатая промывка дает возможность эффективно использовать воду, пропуская ее из третьей ванны во вторую и из второй в первую. При этом ванны легко расположить таким образом, чтобы вода в них находилась на разном уровне. При разности уровней 50 мм обеспечивается самостоятельный переток воды со скоростью от 4 до 8 л/мин. Для предупреждения обратного движения воды устанавливается запорный вентиль. Такая система известна под названием каскадной промывки. Расход воды при каскадной промывке сокращается по сравнению с расходом воды при одноступенчатой промывке примерно в 100 раз.

Самым эффективным и экономичным методом является струйная промывка. На первый взгляд может показаться, что отвод отработанной после струйной промывки воды в канализацию может привести к чрезмерному потреблению воды. Но это не обязательно. Например, быстрая промывка в течение 5 сек с отводом в канализацию перед длительной струйной промывкой с рециркуляцией унесет с собой большую часть загрязнений и потребует значительно меньшего расхода воды в следующей ванне. Таким способом можно сэкономить значительное количество воды.

В установках струйной промывки форсунки должны быть расположены так, чтобы обеспечивать обработку изделий со всех сторон. При конструировании установок необходимо обратить особое внимание на то, чтобы струи были направлены в углубления изделий, а также на выбор типа форсунок и напора воды, обеспечивающих наиболее эффективную промывку.

Оборудование, используемое при очистке в водных щелочных растворах

При щелочном обезжиривании может применяться следующее оборудование: стационарные ванны; установки струйной очистки; пароструйные установки; качающиеся барабаны или шнековые транспортеры; циркуляционные установки; ванны электрической очистки; ультразвуковые установки.

В связи с отсутствием стандартного оборудования в каждом отдельном случае приходится проектировать и изготавливать установки для обезжиривания с учетом технологических особенностей конкретного производства: необходимой производительности, имеющейся в распоряжении производственной площади, материала, габа ритов и сложности формы очищаемых деталей, возможности транспортировки деталей и др.

Ванны для очистки деталей методом погружения изготавливаются из листовой углеродистой стали толщиной 4—6 мм со сварными швами внутри и снаружи; емкость ванн не должна превышать 1900 л. Ванны большого размера необходимо усиливать с боков ребрами жесткости.

Для подогрева моющего раствора ванны оборудуют паровыми змеевиками28, обеспечивающими нагрев моющего раствора до рабочей температуры в течение 30— 60 мин. Паровые змеевики монтируются на рабочей стороне ванны и закрываются экраном из листового металла. (При этом экран направляет поток нагретого раствора вверх и в сторону от змеевика, обеспечивая постоянную циркуляцию моющего раствора и унося плавающее масло в сторону дальней стенки).

Змеевик располагается на расстоянии 7—8 см от дна ванны и на расстоянии 7—8 см от уровня раствора. Дальняя стенка ванны оборудуется сливной перегородкой для удаления загрязнений, плавающих на поверхности моющего раствора. Для полной очистки ванны при замене всего раствора на дне монтируется линия слива.

Перемешивание моющего раствора осуществляется либо движением деталей, либо перекачкой моющего раствора вдоль погруженных изделий с помощью насоса.

Если ванны установлены на конвейере и скорость конвейера недостаточна для эффективного перемещения моющего раствора относительно обрабатываемой поверхности, ванны оборудуют специальными встряхива-телями или опрокидывателями, на которые детали наталкиваются при движении конвейера.

Более совершенным методом очистки металлов по сравнению с методом погружения является струйное обезжиривание. В связи со значительными капитальными вложениями применение этого метода оправдано только в условиях массового производства.

Струйные установки бывают самых различных конструкций80-81; они могут представлять собой простые устройства для орошения деталей в одной ванне или конвейерные агрегаты, в которых детали непрерывно перемещаются в последовательно смонтированных секциях обезжиривания, промывки, травления, пассивации и т. д.

Для перемещения деталей в струйных установках наиболее часто используются горизонтальные конвейерные и подвесные монорельсовые линии. Обычными приспособлениями для подачи моющего раствора являются: закрепленные форсунки или шлицованные патрубки, с помощью которых раствор может стекать на детали под разным углом, вращающиеся форсунки, подающие раствор на детали под постоянно меняющимся углом; вращающиеся колеса, которые создают в растворе волны, омывающие детали.

Моющий раствор поступает под избыточным давлением 0,5—2 ат; при больших давлениях требуются специальные меры, предотвращающие усиленное пенообра-зование.

В случае применения струйной очистки моющие растворы можно подавать при пониженном давлении (0,1 — 0,7 ат) и при повышенном расходе; это часто дает хорошие результаты.

Струйные установки должны иметь две или больше секций для очистки и последующей промывки. При большом количестве загрязнений целесообразно иметь две секции для очистки и одну для промывки. В этом случае основная масса загрязнений удаляется в первой секции с тем, чтобы незагрязненный раствор во второй секции мог завершить очистку при оптимальной температуре и с наибольшей эффективностью.

Американское общество по производству и применению металлов собрало полезные данные по организации и применению струйной очистки, которые приводятся в обзорной работе Спринга18.

Для очистки крупных объектов в зарубежной практике широко применяется метод пароструйной очистки. Этот метод заключается в подаче горячего моющего раствора вместе с некоторым количеством перегретого пара под избыточным давлением от 3 до 10 ат. Раствор подается дозирующим устройством через распылительную головку, в которой происходит смешение его с паром.

Известно три типа установок для пароструйной очистки:
— установки с собственным источником нагрева (газ, мазут или бутан) и с непосредственным нагнетанием моющего раствора;
— безтопочные установки, работающие на заводском паре, с подачей моющего раствора насосом под повышенным давлением;
— установки, работающие на заводском паре или паре, подаваемом от отдельного источника (парового котла) с сифонным засосом моющего раствора.

Пароструйные установки могут быть переносными и стационарными.

Переносные пароструйные установки предназначаются для обработки крупногабаритных изделий, металлоконструкций на монтажной площадке, а также изделий, окраска которых производится после сборки на участках, территориально удаленных от стационарных агрегатов подготовки поверхности.

Самым удобным оборудованием для очистки мелких деталей сложной формы являются вращающиеся барабаны и шнековые транспортеры. Барабан полностью или частично заполняется щелочным раствором, который перемешивается в результате качающе-вращающегося движения и трения детали о деталь. В качестве вспомогательного материала для очистки служат стальные шарики и мелкий щебень.

Эффективность очистки в барабанах в значительной мере зависит от типа используемого оборудования (вращающегося барабана, погруженного в ванну; опрокидывающего барабана; шнекового транспортера).

Очистка в циркуляционных установках, в электролитических ваннах, а также в аппаратах с применением ультразвука используется очень редко для подготовки поверхности под окраску, так как в этом случае не требуется тщательное удаление загрязнений, как это необходимо, например, при очистке деталей, предназначенных для электролитического покрытия.

Эмульсионная очистка

Обезжиривание органическими растворителями, особенно с применением пара, происходит быстро, причем изделия, выходящие из установки, оказываются сухими. Однако если в процессе очистки необходимо удалять не только масло, но и твердые частицы, находящиеся на поверхности (металлическую пыль, остатки после шлифования, полировальные пасты и др.), проводится дополнительная очистка в водном моющем растворе.

Для более эффективной очистки поверхности потребовались комбинированные способы, предусматривающие очистку в органических растворителях и в водных моющих растворах.

Эмульсионные обезжиривающие составы обладают высокой растворяющей, смачивающей и эмульгирующей способностью, поэтому в процессе эмульсионной очистки с металлической поверхности полностью удаляются раз-Личные масла, смазки и неорганические загрязнения.

При очистке эмульсионным методом продолжительность очистки изделий становится меньше, а срок службы моющей ванны — больше, чем при очистке в щелочных растворах с применением тех же поверхностно-активных веществ. Причем эмульсионное обезжиривание можно осуществлять при комнатной температуре без ухудшения качества очистки поверхности.

В процессе работы с эмульсионными составами не требуется контролировать их состав; необходимо только поддерживать постоянный уровень моющего состава в ванне.

Преимуществом метода является безопасность работы с этими составами, содержащими до 90% воды, так как они не токсичны и пожаро- и взрывобезопасны.

Очистные эмульсионные составы представляют собой эмульсии растворителя в воде, стабилизованные поверхностно-активными веществами. В качестве органических растворителей используются углеводороды и их хлорированные производные. Из эмульгаторов широкое применение нашли аминные мыла, нафтенаты, алкиларил-сульфонаты, алкилсульфонаты и полиоксиэтиленовые неионогенные ПАВ с низкой пенообразующей способностью. Нефтяные сульфонаты, применяемые в качестве эмульгаторов, хорошо растворяются в органических растворителях и обладают антикоррозионными свойствами. В состав эмульсий для очистки часто вводят специальные добавки (спирт, гликолевые эфиры), повышающие взаимную растворимость и тем самым облегчающие совмещение эмульгатора с растворителем, а также ингибиторы коррозии.

Эмульсии для очистки, как правило, высоко дисперсны и относительно устойчивы. Большинство из них представляют собой эмульсии типа «масло в воде», но известны также специальные эмульсии типа «вода в масле»57.

Стабильность эмульсий, применяемых в промышленности, колеблется в широких пределах; в некоторых эмульсиях растворитель не выделяется из эмульсий даже при длительной выдержке при высокой температуре, в других — водный слой и слой растворителя полностью разделяются. Для промышленных целей желательно иметь возможно более стабильные эмульсии.

Очистка в эмульсионных составах существенным образом отличается от очистки в органических растворителях и в щелочных обезжиривающих растворах. В эмульсиях одновременно с растворением масляных загрязнений органическими растворителями происходит эмульгирование этих загрязнений. Снижение вязкости масляных загрязнений при их растворении органическими растворителями облегчает процесс эмульгирования, в результате которого капли эмульсии не загрязняют уже отмытую поверхность.

Решающая роль в эмульсионной очистке принадлежит ПАВ; наличие поверхностно-активных веществ одновременно в виде водного раствора и раствора в органическом растворителе способствует быстрой и полной смачиваемости поверхности моющим составом и удалению загрязнений с поверхности в моющую ванну. В результате одновременного воздействия органического растворителя и водного моющего раствора значительно повышается эффективность очистки.

В зависимости от способа разбавления концентрата водой различают два метода эмульсионного обезжиривания: одностадийный и двухстадийный.

Одностадийный метод. Концентрат разбавляют водой или слабо щелочным раствором в отношении от 1 : 10 до 1 : 200. При этом образуется либо стабильная эмульсия органического растворителя в воде, либо неустойчивая эмульсия, которая быстро разделяется на два слоя, образуя так называемые двухфазные очищающие растворы.

Независимо от устойчивости эмульсии, образующейся в результате разбавления, при одностадийном методе основная масса загрязнений удаляется при погружении деталей в разбавленный препарат или в процессе распыления эмульсии.

При очистке погружением в двухфазные растворы в органической фазе происходит частичное растворение масляных загрязнений с одновременной адсорбцией ПАВ на очищаемой поверхности; а в водной — удаление неорганических загрязнений и эмульгирование остатков масла. Органический растворитель в зависимости от плотности может находиться над или под водной фазой.

Большой интерес представляют растворы, в которых органический растворитель (хлорированный углеводород) располагается под слоем воды. В этом случае качество очистки повышается при поочередном контакте загрязнений с двумя фазами раствора; кроме того, верхний водный раствор способствует уменьшению испарения летучего растворителя.

Двухфазные эффективные очищающие растворы целесообразно применять для очистки поверхности от трудно удаляемых загрязнений, таких, как нагары, лакокрасочные покрытия и др. Однако по сравнению с устойчивыми эмульсиями двухфазные растворы менее экономичны, так как в большинстве случаев при их использовании требуется нагрев и частая корректировка ванны.

Концентрат, предназначенный для двухфазной очистки19,20, имеет следующий состав (в г): керосин — 89; олеат натрия — 7,2; триэтаноламин — 3,8; трикрезол — 1.

При разбавлении концентрата водой в соотношении 1:10 очистка продолжается от 30 сек до 3 мин в зависимости от вида загрязнения.

Двухстадийный метод. Очистка этим методом осуществляется погружением деталей на несколько минут в концентрированный препарат с последующей промывкой изделий водой. При погружении деталей в концентрат загрязнения не переходят в моющую ванну, но на загрязнениях и на поверхности металла адсорбируются компоненты моющего состава. В последующем процессе промывки водой происходит быстрое, в большинстве случаев самопроизвольное эмульгирование загрязнений и удаление их с поверхности металла.

Таким образом, при двухстадийном методе очистки не происходит загрязнения моющего состава, а концентрат расходуется за счет адсорбции и уноса его с деталями. Поэтому срок службы концентрата без его полной замены может составлять несколько лет при условии пополнения рабочей ванны свежими порциями концентрата по мере его уноса.

Эмульсионные препараты, приведенные в специальной литературе83’88-93, отличаются друг от друга эмульгаторами, растворителями, способами увеличения растворимости ПАВ, а также стабильностью.

Детали промывают в этом препарате при нормальной температуре. Продолжительность очистки зависит от вида и степени загрязнения и находится в пределах от 30 сек до 10 мин. Недостаток препарата — его летучесть; в связи с этим необходима хорошая вентиляция. Раствор вредно действует на кожу рук, поэтому работать следует в защитных перчатках. Поскольку раствор содержит воду, опасность воспламенения его невелика, однако в помещении, где находится ванна, не рекомендуется проводить работы с открытым огнем.

В качестве эмульгаторов для приготовления эмульсии использованы смеси поверхностно-активных веществ ионогенного и неионогенного типов. Введение смеси ПАВ в состав эмульсии способствовало увеличению моющей способности данной композиции. Процесс очистки этим составом проводится как при нагреве до 60 С, так и при комнатной температуре.

Определение чистоты поверхности

Методы определения количества загрязнений на поверхности металлов обобщены в ряде работ. Однако большинство из них дают только качественные представления о степени обезжиренности поверхности, только в редких случаях можно получить количественные данные о процессе очистки.

При оценке чистоты поверхности используются следующие методы: весовой, ферроцианидный, протирка, смачивание поверхности водой, распыление воды с пигментом или фуксином, флуоресцентный, контактного осаждения металла, а также метод остаточных радиоактивных примесей.

Весовой метод — простой и удобный способ определения степени очистки мелких деталей. В этом случае с поверхности металла эффективным растворителем (типа хлорированных углеводородов) смывают масло, затем после испарения растворителя взвешивают сухой остаток. Можно также взвешивать исследуемую деталь до и после промывки растворителем.

Ферроцианидный метод — служит для определения степени очистки поверхности стали и меди. Бумагу, насыщенную раствором, содержащим NaCl — 50 г/л, KgFe(CN)e — 10 г/л и НС1 — 1 г/л, оставляют на несколько минут во влажном состоянии в контакте с исследуемым образцом. Чистая поверхность соответствует окрашенной части бумаги, зажиренная поверхность — белым пятнам на бумаге.

Метод протирки — служит для определения чистоты всей поверхности деталей и отдельных ее участков. Для протирки можно использовать фильтровальную бумагу, бумажные салфетки и белую ткань. Определение чистоты протиркой особенно удобно для обнаружения загрязнений, состоящих из мельчайших частиц, которые трудно обнаружить другими методами.

Метод смачивания поверхности водой — самый быстрый метод, чаще всего применяемый на практике, особенно в промышленности. При смачивании на участках, свободных от жировых загрязнений, остается непрерывная пленка воды, а на неполностью обезжиренных участках наблюдается ее разрыв.

Метод распыления воды с пигментом или фуксиновый — на исследуемую поверхность разбрызгивают раствор фуксина, приготовленный растворением в 200 г дистиллированной воды при нагревании 2 г фуксина, 10 мг фенола и 100 мгг глицерина. Через 5 мин после разбрызгивания раствора исследуемую поверхность тщательно промывают водой. Следы жиров и масел оставляют ярко-красные пятна.

Метод флуоресценции — основан на флуоресценции в темноте минеральных масел при действии на них ультрафиолетового света; при этом интенсивность флуоресценции прямо пропорциональна содержанию масла на поверхности металла. Степень чисто ы этим методом определяют с помощью ультрахнмископа УИ-Н.‘или аппарата для флуоресцентного анализа (модель 833).

Метод контактного осаждения металла — показателем обезжиривания служит взаимное замещение— металлов в ряду напряжения, т. е. осаждение более электроположительного металла на обезжиренной поверхности менее благородного металла.

Для определения степени очистки поверхности металла образцы погружают на 1—2 сек в следующие составы: 3%-ный раствор ZnS04 (сталь, алюминий, сплавы алюминия), 1%-ный раствор CnS04 (сталь, алюминий, сплавы алюминия и цинк), 3%-ный раствор Hg(N03)o (медь и латунь).

Метод остаточных радиоактивных приме-сей— применяется редко; основан на определении после очистки интенсивности излучения с помощью счетчика Гейгера—Мюллера следов ранее нанесенного вещества, в состав которого входят меченые атомы.

Ни один из перечисленных методов не является совершенным.

Выбор метода для оценки качества обезжиривания зависит от требований, предъявляемых к обрабатываемой поверхности, т. е. от количества загрязнений, допустимых для последующей технологической обработки.

Например, если после обезжиривания в щелочном растворе следует электролитическое обезжиривание, достаточен внешний осмотр поверхности, которым устанавливается наличие на поверхности большого скопления загрязнений. После электролитической -очистки эффективность обезжиривания проверяется более тщательно методом смачивания водой.

При лабораторной проверке и в исследовательской работе хорошо зарекомендовали себя метод флуоресценции, контактного осаждения металла и метод остаточных радиоактивных примесей.


Читать далее:



Статьи по теме:


Реклама:




Главная → Справочник → Статьи → БлогФорум