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    鋁型材脫脂的演變過程 和“無氟脫脂”技術的展望
    發表時間:2024-04-15

    一、序言

    采用酸性材料進行的脫脂過程,不論我們向處理液中加沒加入活性劑,或者加入了啥樣的活性劑,都不會真正去除鋁型材表面的油脂。這不是知識理念,這是常識。

    因此,除了鋁型材行業外我們不會看到其它任何行業會采用酸來完成脫脂的任務。

    但是,多年來鋁型材行業普遍采用的酸式脫脂方法確實基本上滿足了生產的需要。這是為什么呢?是蝕刻量的理念在發揮決定性的作用。

    脫脂的理念是把帶油污的衣服洗凈;蝕刻量的理念是把帶油污的衣服脫掉。因而,在采

    用酸式脫脂材料時沒必要擔憂是否可以把長期隨便存放的鋁型材洗干凈,只要脫脂液的濃度足夠大,蝕刻量足夠多,放置多久的鋁型材或在什么條件下存放鋁型材都能清洗干凈,問題僅僅在于采用過度酸洗的做法是否正確?由此導致鋁型材的過度浪費是必然的,因滲氫而降低鋁型材的應有機械強度也是必然的。

    強化鋁型材的轉運和存放條件才是正確的選擇,而不是無限的強化蝕刻量。

    二、脫脂機理簡述

    要想評價一條噴涂前處理生產線的工藝過程是不是適當的,我們首先需要弄清楚主要工序的作用機理和它的局限性。

    1、  金屬表面的油脂種類

    就廣普性意義上來說,金屬表面的油脂種類完全可以涵蓋在有機油和礦物油的范圍之內。比如機油,防銹油,拉延油,擠壓油,沖壓油等。

    2、  去除機理

    所有的有機油的去除過程均屬于將油脂轉化成的化學過程,符合如下化學反應。

    油脂  +  堿物質    皂化物

    (CnH2n+1COO)3C3H5  +  3NaOH    3CnH2n+1COONa  +  C3H5(OH)3

    將有機油變成皂后,皂是可以溶解于水中,有機油便從金屬上被清洗到處理液中了。

    所有的礦物油均可以被表面活性劑乳化和分散成細微的顆粒,從金屬上被分散剝離下來落入處理液中。這是個物理過程,改變的并不是礦物油的本質而僅僅是物理形態。

    3、  脫脂劑的構成為了滿足上面的機理,堿性脫脂劑便只能由如下組成構成:

    (1)  堿類物質

    (2)  活性劑類物質

    (3)  輔助材料

    (4)  消泡材料

    4、  局限特性

    盡管堿性脫脂材料可以有效的去除金屬表面的油污和大部分的灰塵,但它本質上僅僅是去除油脂的材料。

    堿式脫脂劑并不能有效的去除金屬表面帶有電荷的吸附微粒、碳粉及石墨粉,脫脂機理并不支持它具備這樣的功能。

    明確的認識清楚這一點是非常重要的,它可以幫助我們理解為什么采用堿式脫脂材料的前處理

    工藝過程會顯得比較怪異?為什么鋁型材行業會有酸式脫脂材料大行其道?為什么立式線的作業方式和設備結構會是目前這個樣子的?

    三、堿式脫脂藥劑的前處理過程

    堿式藥劑脫脂的前處理過程是早期的工藝過程,它的流程如下:

    預脫脂脫脂1 水洗2 水洗脫膜(出光)3 水洗4 水洗鈍化5 水洗6 水洗烘干這是個稍顯怪異的采用堿式藥劑進行脫脂處理的噴涂前處理過程。除了鋁型材行業外,其它行業并不存在脫模和其后的兩次水洗工序。這三道附加工序的存在就決定了該工藝過程的脫脂并不是通常意義上把臟衣服洗干凈而是要把臟衣服脫掉。

    不要把蝕刻量簡單的理解成是為了去除鋁型材表面的氧化物。從本質上講,作為鋁型材噴涂底層最有效的膜層就是鋁的氧化膜的水合物質,已知的其它膜層作為噴涂底層均是對提高噴涂層附著力無效的。

    鋁型材行業的客觀情況決定了單純把關注點放在脫脂層面是不能滿足生產的實際需要的,

    鋁型材在擠壓、轉運和存放階段會在其表面吸附大量的靜電顆粒,有些甚至是顯微吸附。這并不是任何脫脂材料可以解決的問題。因而,脫脂工序的主要關注點并不僅僅是去除油脂,而是如何有效的去除靜電吸附的顆粒。所以,所謂的堿式脫脂材料本質上是和酸式脫脂材料一樣,都是關注剝皮功效的蝕刻量。這就決定了用于脫脂材料中必須含有如硅酸鈉或苛性鈉這類強堿性材料,否則就不可能具有剝皮功能。

    鋁與強堿性物質發生的化學反應是十分激烈的,由此產生的蝕刻量也是比較嚴重的,并且在鋁材表面沉積了深灰色附著層,導致鋁型材失去光澤。其化學反應如下式:

    2Al  +  2NaOH  +  2H2O  =  2NaAlO2  +  3H2

    鋁型材表面沉積的偏鋁酸鈉(NaAlO2)對后序的噴涂層附著力是存在很大的破壞性的,因而需要設置一道脫膜工序,用硝酸與偏鋁酸鈉反應可以有效的去除鋁型材表面沉積的偏鋁酸鈉,并使之恢復新金屬鋁的光潔表面。其化學反應如下式:

    1NaAlO2 過量時

    NaAlO2  +  HNO3  +  H2O  =  Al(OH)3  +  NaNO3

    2HNO3 過量時

    NaAlO2  +  4HNO =  NaNO3  + Al(NO3)3   +  2H2O 顯而易見,堿式脫脂過程的缺點是明顯的。

    (1)     對鋁金屬這個特定的材質而言,強堿對其帶來的腐蝕強度、鋁的損失量和滲氫危害要遠大于酸。

    (2)     導致工序較多,生產線較長,占用廠房較大,設備投資較多。

    (3)     既然避免不了酸洗工序的存在,那就不如去掉脫脂和緊跟著的水洗工序,直接從脫膜工序開始。由酸洗產生的蝕刻量和強堿是一樣的效果。

    由此,鋁型材噴涂前處理就進入了酸式脫脂的時代。

    四、酸式脫脂藥劑的前處理過程

    酸式脫脂藥劑的前處理過程是堿式藥劑前處理過程的改進。它的流程如下: 水洗 脫脂(脫膜) 水洗 水洗 水洗 鈍化 水洗 烘干

    所謂的酸式脫脂工藝,其實是省略了堿式脫脂工藝脫膜之前的工序得來的。因而,該工藝的改進部分十分明確:

    (1)     減少了設備占用廠房的空間。

    (2)     減少了前處理過程中鋁的損失量。

    (3)     降低了鋁型材因前處理滲氫造成的強度降低。

    酸不存在與油脂發生化學反應的去除機理,因而沒有酸可以除油。酸式藥劑在脫脂過程中可以發揮的唯一作用是腐蝕剝離。

    不論什么酸,在與鋁發生腐蝕反應的過程中都會隨著鋁離子在處理液中的積累而失去效能。酸可以容忍的鋁離子十分有限。當酸性槽液中的鋁離子達到了飽和點時,即使酸的濃度很高時也不能滿足脫脂的需要了。能夠維持酸式脫脂槽液可以持續使用的唯一方法是加入氫氟酸或含有氟的化合物。

    事實上,對于含有鉻的鈍化材料也一樣,一旦離開了氟,鉻化槽液便難以在較低溫度下使用,而且當槽液中的氟含量過低時還會導致掉膜現象的發生。

    氟,是目前已知的化學元素中唯一可以與鋁金屬形成配位鍵的化學元素。所以,酸性脫脂材料離不開氟。

    去除了氟就等同于扼殺了酸式脫脂藥劑。

    由此,酸式脫脂材料的配方組成就非常明晰了:

    (1)  用于腐蝕反應的酸

    (2)  用于緩沖反應的酸

    (3)  氫氟酸或氟化物

    (4)  少量的活性劑

    (5)  消泡材料。

    酸式脫脂材料的組成決定了鋁型材立式前處理生產線都是采用了漫溢流式立式線而不是廣泛

    采用的立式噴淋式前處理生產線,工件與處理液的接觸方式是源自頂部溢流下來的處理液而不是把處理液直接噴淋到工件上。

    這是不得不采用的效率比較低下的作業方式。

    (1)     所有的無機酸都是酸性氣體通入水中獲得的物質,因而它也非常容易被釋放出來。這就是所有的無機酸都需要密閉儲存的緣由。之所以鋁型材的立式前處理過程均采用漫溢流式作業方式而不是采用直接噴淋的作業方式就是要避免酸性氣體的大量外溢,但即便如此仍然不能避免酸性氣體的外溢對廠房和設備完成的損害。

    (2)     由于被處理工件與各個工序處理液的接觸方式缺少了機械沖刷力,因而不得不把生產線設置的很長,甚至設置了兩到三個脫脂工序,增大了設備的投資。

    (3)     工件的脫脂過程完全依賴了腐蝕機理。要想把工件清洗干凈只有兩個選擇:一是加大處理液的腐蝕強度,二是延長工件的腐蝕時間,這兩個選項導致的同一個結果就是增大鋁的損失量。

    (4)     對于立式線而言,非常容易造成鋁型材的上、下兩個端部涂層的附著力不良。工件的上端部會因欠腐蝕而導致污物殘留;工件的下端部因過腐蝕而導致鋁型材下端的深度腐蝕。尤其是鋁型材下端 0.5 1 厘米處,在張力的作用下產生的積累性腐蝕導致涂層附著力下降的情況普遍存在。

    非常明顯,即使是沒有去氟這種嚴厲的環保要求,取代酸式脫脂材料也會是必然的發展趨勢。

     減少設備投資和穩定產品質量,這也是必然的追求目標

    五、無氟脫脂技術的展望

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