水声换能器金属零部件的环保清洗工艺研究_陈卫华.pdf

新技术新工艺 年第期 新技术新工艺 工艺与材料水声换能器金属零部件的环保清洗工艺研究陈卫华，谢程锋，郭西洋，包英俊（中国船舶重工集团公司第七一五研究所，浙江 杭州 ）摘要：换能器金属零部件经过机械加工和工艺处理后，在其表面不同程度地粘有油性污垢，若在换能器装配之前清洗不充分，将直接影响换能器的绝缘强度和机械强度。现阶段大部分换能器金属零部件表面的清洁仍采用汽油、丙酮等传统清洗剂完成，而传统清洗剂在使用过程中存在易燃易爆等风险，不宜在自动化设备上使用。因此，针对换能器金属零部件油污清洗中对安全环保型清洗剂的迫切需求，提出传统清洗剂的替代方案。研究了某安全环保型清洗剂（以下统称 型清洗剂）和传统清洗剂针对换能器金属表面油污的清洗效果的差异，通过腐蚀性、清洗效果、粘接情况的对比及环保型清洗剂的可回收性展开详细论述，研究型清洗剂应用于换能器金属表面油污清洁的有效性。研究表明，型清洗剂可用于换能器金属表面清洁，是一款清洗高效、无腐蚀、无闪点、可回收使用的安全环保的清洗剂。关键词：换能器；表面清洗；清洗剂；腐蚀性；净洗力；荧光值；粘接强度；清洗剂回收中图分类号：；文献标志码：，（，）：，（），：，换能器金属零部件表面除油脱脂是装配、粘接前的一道重要工序，其目的在于：）保证换能器的绝缘强度，使换能器通电电路中有良好的导电性；）安全的机械强度，特别是粘接、密封强度。换能器金属零部件在经过机械加工后表面粘有不同程度的油性污垢，该油性污垢主要由金属零部件加工过程中的乳化液（烷基、烯基、炔基、羧基、酯基、磺酸钠等）、机油（烷基、苯基等）等油污组成。现阶段大部分换能器金属零部件表面的清洁仍采用汽油、丙酮等传统的溶剂型清洗剂完成，利用其与各类油脂的相似相溶来去除各类金属零部件表面的油污，并利用机械作用去除各类金属零部件表面的金属碎屑和粉尘；但汽油（闪点）、丙酮（闪点 ）等清洗剂在使用过程中存在易燃易爆等风险，操作中存在安全隐患，长期使用影响工人健康，且因清洗剂的低闪点特性导致其不宜在自动化设备上使用，影响清洗效率的提高。为此，基于金属表面油污清洁开展 型清洗剂与传统清洗剂之间的对比性研究试验，判断 型清洗剂在换能器金属零部件表面油污清洁的应用效果及应用前景，供清洗行业相关人员参考。为使本次开展的对比性研究试验方法严谨有效，充分借鉴国家标准（金属清洗剂、硫化橡胶与金属粘接DOI:10.16635/ki.1003-5311.2023.02.005工艺材料 新技术新工艺 工艺与材料 剥离试验）及清洗行业的新兴检测方法（荧光值的测量），应用现有成熟方法及新方法完成本次换能器金属零部件表面清洁效果的对比性试验探究。试验方法 清洗剂选用为避免传统清洗剂的使用缺陷，保证换能器金属零部件避免油污清洗的有效性，选择环保、安全的 型清洗剂用于换能器的各类金属零部件清洗。该清洗剂是一种由石油提取物、碳氢溶剂、烷烃类化合物、表面活性剂等成分组成的混合溶剂，可彻底挥发，无残留，可溶解多种有机溶剂，具有优良的油污清洗能力；其无闪点，不可燃，可回收使用及生物降解，使用过程安全环保；其不含氯、硫等可能产生酸性的元素，因此不会锈蚀金属。试验方案为进一步验证型清洗剂可替代传统清洗剂用于换能器金属零部件表面油污清洗的可行性，设计如下试验方案。）腐蚀性试验。测量不同材质金属经各清洗剂浸泡后其质量的变化，判断型清洗剂对金属件的影响程度。）净洗力试验。测试各清洗剂对人工油污的清洗力，分析型清洗剂的清洗洁净度是否满足要求。）机油清洁试验。测量不同材质金属经各清洗剂清洗后其荧光值的变化，判断型清洗剂对机油的清洗效果。）乳化液清洁试验。测量不同材质金属经各清洗剂清洗后其荧光值的变化，判断 型清洗剂对乳化液的清洗效果。）粘接试验。测量不同材质金属经各清洗剂清洗后其与橡胶的粘接强度情况，分析经 型清洗剂清洗后各金属粘接时机械强度是否满足要求。）回收及清洗试验。分析 型清洗剂经回收后其清洗能力是否满足要求。试验研究 腐蚀性试验选用换能器金属零部件常用金属材料 、和 钢等种材料各片试片进行试验，试验流程充分参照 金属清洗剂 所述操作要求进行，试验流程如图所示。图金属试片腐蚀性试验流程图通过测量同等条件下 型清洗剂、汽油和丙酮浸泡前后的试片质量获得腐蚀量，并根据金属腐蚀外观的评级标准完成评级，计算腐蚀性如下：（）（）试片腐蚀性情况取片试片的腐蚀量平均值，基于金属腐蚀所示标准（外观级，腐蚀量）判定是否合格，结果见表。表腐蚀性试验腐蚀量情况表试片材质清洗剂样本数外观变化试片腐蚀量平均值 判定结果 型清洗剂 级 合格汽油 级 合格丙酮 级 不合格 型清洗剂 级 合格汽油 级 合格丙酮 级 不合格 钢型清洗剂 级 合格汽油 级 合格丙酮 级 不合格基于表数据对型清洗剂、汽油和丙酮的腐蚀性进行分析，、钢在清洗剂中受到清洗剂的腐蚀作用，在烘箱中晾干受氧化作用；因清洗剂残留对试片测量的影响，经分析确认，汽油、丙酮、型清洗剂均 挥发。在腐蚀与氧化双重作用下，在汽油、丙酮中各类金属的腐蚀量大于氧化量，造成试片试验后质量小于试验前质量，在 型清洗剂中各类金属的腐蚀量小于氧化量，造成试片试验后质量大于试验前质量。考虑到精密天平的精确度，而腐蚀性试验的试片试验前后质量差值均较小，可知型清洗剂和汽油这两种清洗剂对各类金属的腐蚀性相近（汽油的腐蚀性略强），而丙酮清洗剂的腐蚀性明显更强。根据 金属清洗剂 表溶剂型金属清洗剂指标要求，腐蚀量应满足，可知 型清洗剂及汽油两种清洗剂均满足溶剂型金属清洗剂指标要求。净洗力试验选用换能器金属零部件常用金属材料 、和 钢等种材料各片试片进行试验，试验新技术新工艺 年第期 新技术新工艺 工艺与材料流程及人工油污的配制充分参照 金属清洗剂 所述操作要求进行，试验流程如图所示。图各类金属试片净洗力试验流程图试验通过测量同等条件下 型清洗剂、汽油和丙酮去除人工油污的质量获得净洗力（），计算清洗力如下：（）试片净洗力情况取片试片的净洗力平均值，详见表，可见型清洗剂的清洁效果与汽油的清洁效果相当甚至略优，而丙酮清洗效果相对较差；经过长期实践检验，汽油、丙酮清洗力满足换能器金属零部件的清洗要求，故 型清洗剂同样满足要求。机油清洁试验选用换能器金属零部件常用金属材料 、和 钢等种材料各 片试片进行试验，并利用油污的荧光效应测量油污的残留量，通过荧光表净洗力试验情况表试片材质清洗剂样本数净洗力平均值 型清洗剂 汽油 丙酮 型清洗剂 汽油 丙酮 钢型清洗剂 汽油 丙酮 值的大小判断残留量的多少（荧光值越小，残留量越低，反之亦然）。试验流程如图所示。图各类金属试片机油清洁试验流程图试验通过测量同等条件下型清洗剂、汽油和丙酮浸泡清洗的试片荧光值，获得 片试片平均荧光值，详见表；并整理绘制出平均荧光值的变化趋势图（见图）。绘图过程中考虑到机油涂抹后荧光值与经试剂处理后荧光值存在数量级差，故不将机油涂抹后荧光值数据绘制进折线图中。表机油污染浸泡清洗后试片平均荧光值数据表试片材质清洗剂类别样本数平均荧光值机油涂抹后浸泡 浸泡 浸泡 浸泡 浸泡 浸泡 型清洗剂 汽油 丙酮 型清洗剂 汽油 丙酮 钢型清洗剂 汽油 丙酮 工艺材料 新技术新工艺 工艺与材料 图机油污染浸泡清洗后试片平均荧光值变化趋势图由表可知，针对 、和 钢等种材料试片表面机油污染，型清洗剂的清洗效果要优于汽油和丙酮的清洗效果；由图可知，型清洗剂、汽油对机油的清洗效果明显优于丙酮的清洗效果；当试片放置于清洗剂中清洗时，表面机油油污溶解于清洗剂中，随着浸泡时间的增长，溶解程度越高（易溶区快速溶解，孔洞区域缓慢溶解）。即型清洗剂代替汽油与丙酮具有可行性。乳化液清洁试验选用换能器金属零部件常用金属材料 、和 钢等种材料各片试片进行试验，并利用油污的荧光效应测量油污的残留量，试验流程如图所示。图各类金属试片乳化液清洁试验流程图按图流程图要求对试片进行试验并测量，试验通过测量同等条件下 型清洗剂、汽油和丙酮浸泡清洗的试片荧光值，试片试验后状态图如图所示。按照数据处理方式对测量数据进行处理，获得片试片平均荧光值（见表），整理绘制出平均荧光值的变化趋势图（见图）。）汽油浸泡清洗效果）型清洗剂浸泡清洗效果）丙酮浸泡清洗效果图乳化液油污清洁试验后试片状态图新技术新工艺 年第期 新技术新工艺 工艺与材料表乳化液污染浸泡清洗后试片平均荧光值数据表试片材质清洗剂类别样本数平均荧光值乳化液涂抹后汽油浸泡 汽油浸泡 汽油浸泡 型清洗剂 汽油 丙酮 型清洗剂 汽油 丙酮 钢型清洗剂 汽油 丙酮 图乳化液污染浸泡清洗后试片平均荧光值变化趋势图由表可知，针对 、和 钢等种材料试片表面机油污染，型清洗剂的清洗效果要明显优于汽油和丙酮的清洗效果；结合图可知，汽油、丙酮对乳化液清洗效果不明显，型清洗剂对乳化液具有较为明显的清洗效果。即型清洗剂代替汽油与丙酮具有可行性。粘接试验选用换能器金属零部件常用金属材料 、和 钢等种材料各片试片进行试验，试验流程及试片要求参照 硫化橡胶与金属粘接 剥离试验 所述操作要求进行，试验流程如图所示。图各类金属试片粘接试验流程图试验通过测量同等条件下型清洗剂、汽油和丙酮清洗处理后试片与橡胶的粘接力（剥离力）获得剥离强度，计算粘接强度如下：工艺材料 新技术新工艺 工艺与材料（）式中，是橡胶与金属粘接剥离强度，单位为 ；是剥离曲线的负荷坐标单位长度所代表的力，单位为 ；是剥离长度内剥离曲线的平均高度，单位为；是试片粘接面的平均宽度，单位为。试片剥离强度取片试片的剥离强度平均值，结果见表。表剥离强度情况表试片材质清洗剂样本数剥离强度平均值 型清洗剂 汽油 丙酮 型清洗剂 汽油 丙酮 钢型清洗剂 汽油 丙酮 由表可知，通过对比 、和 钢等种材料试片表面清洁后的粘接效果，经型清洗剂清洁处理后的试片与橡胶的平均剥离强度最大；即采用型清洗剂清洁处理金属表面与橡胶粘接，其粘接强度要高于采用汽油、丙酮清洁处理。即型清洗剂代替汽油与丙酮具有可行性。回收及清洗试验通过蒸馏回收设备回收 型清洗剂废液可获得型清洗剂回收液；经回收，型清洗剂回收液占原废液量的 左右，在回收装置中残留的稠状残留物（油污、粉尘等）。通过对 型清洗剂回收液进行机油清洁试验、乳化液清洁试验及粘接试验，试验表明，型清洗剂回收液仍可代替汽油、丙酮进行换能器金属表面清洁处理。结语通过分析换能器金属零部件清洗特点，选取某安全环保型清洗剂，设计试验验证了其应用的可行性。目前该溶剂型清洗剂在换能器金属零部件表面的清洗操作中获得广泛应用，清洗效果优良，且在诸多批产产品完成多次试验考核；该清洗剂的成功应用，减少了换能器金属零部件清洗过程中汽油、丙酮的使用量，降低了易燃易爆的风险。另外，该清洗剂也可借鉴应用于船舶、航空的金属零部件清洗，试验验证方案对其他产品的清洗剂替代试验方案具有指导意义。参考文献谢程锋，徐匡，黄丽蓉，等基于换能器金属表面清洁效果的检测方法研究 新技术新工艺，（）：马俊杰，戴莹，赵志强，等环保型清洗剂在运载火箭伺服机构中的应用研究航天制造技术，（）：，金属清洗剂 ，硫化橡胶与金属粘接 剥离试验瞿德勤，郑安新，王计桥精密清洗技术述评清洗世界，（）：，常冬艳，葛睿，黄燕，等纳米过渡金属催化剂在有机合成中的应用进展有机化学，（）：孟宪印，陈猛，姚坤经，等橡胶与金属热硫化粘接工艺的过程控制世界橡胶工业，（）：作者简介：陈卫华（），男，大学本科，高级工程师，主要从事工艺技术等方面的研究。通信作者：谢程锋收稿日期：责任编辑王锦宣