Применение поверхностно-активных веществ в обработке металлов

Обработка металла включает очистку металла, чистовую обработку поверхности и различные операции механической обработки, такие как токарная обработка, фрезерование, строгание, сверление, прокатка и литье. Для снижения трудоемкости, улучшения качества продукции, экономии энергии и снижения себестоимости производства в этих процессах необходимы различные добавки. Среди них особенно важную роль играют поверхностно-активные вещества.

Применение поверхностно-активных веществ в обработке металлов

1. Принцип

Поверхностно-активные вещества — это вещества, которые могут значительно снизить поверхностное натяжение жидкостей или межфазное натяжение между двумя жидкостями. Их молекулы состоят из двух частей: полярной гидрофильной группы и неполярной гидрофобной группы. Обычные гидрофильные группы включают карбоксильные, сульфатные, сульфонатные, аминогруппы, четвертичные аммониевые и гидроксильные группы, тогда как гидрофобные группы обычно представляют собой длинноцепочечные алкильные или ароматические углеводородные структуры.

Из-за своей двойной природы — гидрофильной и липофильной — они изменяют поверхностные или межфазные свойства чистящих растворов во время химической очистки, что приводит к снижению поверхностного натяжения.

Поверхностно-активные вещества подразделяются на анионные, катионные, неионные и амфотерные в зависимости от заряда, который несут их поверхностно-активные группы. Они проявляют такие свойства, как смачивание, пенообразование, солюбилизация и пеногашение.

2. Применение в очистке металлов.

Очистка металла по существу включает в себя весь рабочий процесс обработки металла. Чистящие средства в основном состоят из трех основных компонентов: первичных чистящих средств, ингибиторов коррозии и поверхностно-активных веществ.

Поверхностно-активные вещества играют множество ролей в химической очистке, включая адсорбцию, проникновение, эмульгирование, солюбилизацию и моющее действие. В процессах химической очистки поверхностно-активные вещества используются не только в качестве вспомогательных добавок, но и могут выступать в качестве основных активных ингредиентов. Они особенно важны в таких процессах, как травление, щелочная очистка, ингибирование коррозии, обезжиривание и дезинфекция, где их роль становится все более заметной.

В настоящее время очистка на водной основе, основанная на поверхностно-активных веществах, преодолела многие недостатки, связанные с традиционными кислотными или щелочными химическими чистящими средствами, и стала основным направлением развития очистки металлов.

Преимущества средств для очистки металлов на водной основе:

• Высокая эффективность очистки и сильные моющие свойства.

• Хороший профиль безопасности и экологичность.

• Энергосберегающий и экономичный

• Отсутствие повреждений очищенных металлических деталей и отсутствие коррозии после очистки.

В чистящих средствах на водной основе в качестве основных компонентов обычно используются смеси неионогенных и анионных поверхностно-активных веществ, дополненные различными вспомогательными добавками. Неионогенные поверхностно-активные вещества обладают сильными моющими свойствами, а также хорошими свойствами защиты от ржавчины и коррозии, в то время как анионные поверхностно-активные вещества улучшают общие характеристики чистящего состава.

Механизм очистки основан на смачивании, проникновении, эмульгировании, растворении и диспергировании поверхностно-активных веществ для ослабления адгезии масляных загрязнений на металлических поверхностях. Затем посредством механического перемешивания, чистки щеткой, нагревания, ультразвука или других физических методов масляная пленка отделяется от поверхности металла и эмульгируется или диспергируется в чистящем растворе.

К обычным поверхностно-активным веществам, используемым при очистке металлов, относятся:

• Жировые полиоксиэтилентные эфиры с жирным спиртом

• Алкилфенол полиоксиэтиленовые эфиры

• Додецилбензолсульфонат натрия

• Лаурилдигликоламид

• Бензолсульфонат метоксижирного амида натрия

3. Применение в фосфатировании металлов.

Фосфатирование – это обработка металлов разбавленными растворами, содержащими фосфорную кислоту, фосфаты и другие химические вещества. Когда металлическая поверхность вступает в химическую реакцию с фосфорной кислотой и фосфатной средой, она превращается в плотный нерастворимый слой фосфата металла, который обеспечивает умеренную защиту от коррозии.

Это фосфатное конверсионное покрытие для металлов выполняет несколько функций:

• Улучшает адгезию и коррозионную стойкость красок, нанесенных на металлическую поверхность.

• Он может служить носителем антикоррозийных масел.

• Он действует как носитель смазки в процессах холодной обработки металлов.

• Его также можно использовать в качестве смазки на фрикционных поверхностях.

Для улучшения структуры фосфатного покрытия и усиления эффекта фосфатирования в фосфатирующие растворы вводят различные добавки. Среди них поверхностно-активные вещества играют несколько важных ролей:

• Они эмульгируют и растворяют остатки масляных загрязнений на металлических поверхностях и предотвращают повторное осаждение грязи.

• Они способствуют смачиванию и проникновению, улучшая контакт между фосфатирующим раствором и поверхностью металла.

• Они уменьшают поверхностное натяжение, способствуя высвобождению газообразного водорода, образующегося в ходе реакции фосфатирования, усиливая катодную деполяризацию и тем самым ускоряя процесс пленкообразования.

Поверхностно-активные вещества, обычно используемые при фосфатировании, представляют собой неионогенные поверхностно-активные вещества, образующиеся в результате конденсации оксида этилена с различными гидрофобными длинноцепочечными углеводородами.

4. Применение в гальванике металлов.

При гальванике вводятся различные добавки, улучшающие характеристики электролита и повышающие качество гальванического покрытия. Среди этих добавок поверхностно-активные вещества являются одной из наиболее важных категорий. Они помогают выровнять и осветлить покрытие, улучшить дисперсию, изменить физические свойства отложения и подавить выделение кислотного тумана.

К обычным поверхностно-активным веществам, используемым при гальванике, относятся:

• Pingpingjia (неионогенные поверхностно-активные вещества серии AEO)

• Эмульгаторы ОП (этоксилаты алкилфенолов)

• Лаурилсульфат натрия (SLS)

• Метилен-бис-нафталинсульфонат натрия

• Фторированные поверхностно-активные вещества

• Эфиры полиоксиэтилена жирных кислот

• Полиоксиэтиленовые производные касторового масла