电真空用金属零部件表面油污种类及去油方法

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)中国工程物理研究院电子工程研究所 作者:杨卫英

  组成电真空器件的金属零件在机加等过程中表面要沾污到一些油污,如果零件没有得到有效去油清洗,带有残留污染物的零件装配到高真空环境中,可能成为大量气体和蒸气的来源,影响器件的真空度和使用寿命。结合零件表面油污种类、特性,对两种去油方法进行对比。

零件表面的油污

  金属零件表面的主要有机污染来源于零件的加工、处理、运转等过程,加工零件过程中要使用保护液,一般的保护液中含有基础油(矿物油、合成油等)、油性剂(油脂类、脂肪酸类、酯类、高级醇类)等,另外在检验、转运过程中由于人手与零件的接触,表面沾污到动植物油,此外就是加工的切屑和灰尘等。

  矿物油如石蜡、凡士林、多种润发油与碱不起皂化反应,属非皂化油。动、植物油能与碱作用生成硬酯酸钠,产生皂化反应,属于皂化油。因此一般的零件表面粘附的油污不外乎两大类:皂化油和非皂化油。

  但也有特殊的零件加工方法,加工过程中使用植物油(如菜籽油)作保护液,在零件的转运、检验过程中由于人手的触摸,零件表面还沾污动物油,植物油和动物油都属于皂化油,因此该类零件表面的油污为皂化油。

  为了清洗掉零件表面的油污,清洗工艺是有区别和针对性的:油的种类和性质不同,清洗工艺也应该有所区别,否则油污就不能得到有效地去除。

金属零件去油方法

  针对不同的污垢类型使用不同的去油方法,常用的有化学酸洗(主要除去金属氧化物)、化学碱洗(除去动植物油脂)、有机溶剂清洗(靠溶剂溶解污垢)和水基清洗(以表面活性剂为主要活性组分)。前几种清洗剂都存在不同的缺陷,而且使用范围较窄, 以表面活性剂为主体的水基清洗则克服了其它几种清洗剂的不足, 因此真空技术网(www.chvacum.com)认为水基清洗成为金属清洗工业的主要发展方向。

  我们根据零件表面的油污特性,研制了以苛性钠、磷酸钠、硅酸钠的化学碱液(称方法1)和含磺酸类表面活性剂的化学碱液(称方法2),组成见表1,从理论上对清洗液各成分的作用进行了分析,并运用一定的试验方法来评价两种去油方法。

两种去油方法组成成分的对比

  表1 两种去油方法组成成分的对比

  水基清洗液去油原理是借助于溶液的皂化与乳化作用,达到去油的目的。其中的皂化作用是油脂与碱液中的碱起化学反应生成肥皂的过程,动植物油的主要成分硬脂酸, 硬脂酸与氢氧化钠的反应是:

 硬脂酸与氢氧化钠的反应

  反应后,不溶于水的油脂,分解变成了可溶于水的肥皂和甘油,从而达到去除金属表面油污的作用,另外肥皂是一种表面活性剂,有利于油的乳化作用。

  矿物油与碱不发生上述反应,但在一定条件下在碱液中可进行乳化。乳化就是两种互相不相溶的液体形成乳浊液的过程:吸附在油污与溶液界面上的乳化剂,起降低界面张力的作用,间接加强了碱液对金属表面的润湿,增大了接触面,促使油膜破裂、脱落而变成小油滴;吸附在油滴上的乳化剂,作定向排列,其亲水基向着溶液,而憎水基向着油珠,形成定向的吸附乳化油珠,这种小油珠分散在碱液中,形成混合物的乳浊液,在超声波的作用下,矿物油从零件表面脱落,脱离零件的乳化油珠,因有定向吸附的乳化剂膜包围,不会再度污染零件。

  对于零件表面主要是皂化油污染,采用的去油配方中一般有氢氧化钠、磷酸三钠、硅酸钠成分,如果零件表面有非皂化油,碱液中应该有表面活性剂,此外还有温度及搅拌、超声等辅助因素。碱液中各成分及其它因素的作用:

  a. 氢氧化钠:是一种强碱,具有很强的皂化能力。所生成的肥皂在浓的碱液中附在金属表面上,很难溶解。

  b. 磷酸三钠:具有碳酸钠的优点,除油效果和缓冲作用较好,除此之外还具有一定的乳化能力,本身水洗性好,可帮助水玻璃被水洗掉。

  c. 硅酸钠:具有较好的表面活性作用和一定的皂化能力,但它与表面活性剂组合时,是碱类化合物中最佳的润湿剂、乳化剂和分散剂。

  d. 表面活性剂:在碱性去油液中加入表面活性剂,可以除去矿物油。表面活性剂的分子结构含有亲水基团和憎水基团,在除油过程中,憎水基团吸附在油与溶液的界面上,亲水基团与除油液接近,与水相结合。在表面活性剂分子定向排列的作用下,油—溶液界面的表面张力降低,在溶液的对流和搅拌等作用下,油污就能脱离零件表面。

  用于碱液中的表面活性剂主要有离子型和非离子型表面活性剂,非离子型表面活性剂选择HLB 值(亲水基的分子量大小)在13~15 之间的去污力好。离子型的表面活性剂由亲油基和亲水基两部分构成,具有两亲结构。含有12~18 个碳原子的活性剂既难溶于水又难溶于亲油性溶剂,具有表面活性剂的各种特性。由于离子具有协同效应,离子型与非离子型表面活性剂结合使用,具有更高的清洗效果,表面活性剂一般在浓度很小的时候(0.1%~0.2%)起作用。

  e. 温度:提高温度可以提高皂化反应的速度和皂化产物的溶解度,并能加快溶液的循环和降低油脂的粘度。在高温下,油-溶液界面的表面张力降低,较易润湿。因此提高溶液温度可以大大加速除油过程。

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