CN108081151A - 一种金属零件表面无损物理清洗方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种金属零件表面无损清洗方法，采用喷射清理法，以由一系列[SiO4]四面体以角顶相连成二维无限延伸的层状硅氧骨干的层片状硅酸盐矿物粉为清洗介质，对金属零件表面污层进行无损快速清理。本发明尤其能够解决复杂形状金属零件表面清洗中存在的难于清理，清理效率低等问题，具有高效、无损、快速、清除容易、操作方便、环境友好等特点，不仅可以对钢铁、不锈钢、轻合金等金属材料进行表面处理，还可对陶瓷、塑料、玻璃纤维、橡胶等材料进行表面处理，适用于清理零件表面的积碳、氧化物、油污、锈蚀、水垢以及有机涂层等，适用范围广泛，实现了绿色、高效、高质量的清洗效果，具有重要的实际应用价值。

Description

一种金属零件表面无损物理清洗方法
技术领域
本发明涉及一种零件清洗方法，尤其涉及一种金属零件表面无损物理清洗方法。
背景技术
零件表面清理和清洗是装备零件维修过程中的重要工序，是维修与再制造的前提和基础。零件表面清理的质量直接影响零件性能分析、表面检测、维修、再制造加工及装配，对零件维修和再制造质量具有全面影响。目前可应用于装备零部件的表面清理和清洗的技术主要有化学清洗、喷砂清洗、高压水射清洗、振动研磨清洗、超声波清洗、干冰清洗、激光清洗、等离子清洗等，这些清洗技术各有优势，又有一定的局限性。化学清洗适合清理各种污染物，但浪费水资源，污染严重，清洗时间长；例如有些包含有硅酸盐的化学清洗剂，其本身为化学清洗，会对金属表面造成腐蚀，工件有不同程度的损伤；高压水射清洗清洗效果好，清理效率高，但水资源浪费严重，操作过程存在危险；振动研磨清洗清理效果较好，可以清理各种污染物，但效率较低，不适合大件清洗；超声波清洗对工件表面不产生损伤，但效率低，且不适合声波吸收性强的物质；干冰清洗污染小，对工件不产生损伤，但不能去除氧化层；激光清洗和等离子清洗效果好，可以处理各种污染物，但设备昂贵，不便携带，不利用广泛使用。
物理清洗以其污染小、无腐蚀以及操作灵活等诸多优点逐渐取代化学清洗，成为工业清洗的主流。喷砂清理工艺简单，成本低，可以清理各种污染物，可对不同形状零件进行清洗，效率高，被广泛应用于表面污物的清理。为达到较好的磨料磨削效果，清洗介质通常采用硬度较高的材质。喷砂清理用磨料按其材质可分为金属和非金属两大类。非金属磨料一般有石英砂、铜矿砂等，金属磨料一般有铸铁砂和铸钢砂等。这些清洗介质的硬度较高，莫氏硬度通常在7-9左右，清洗后表面会形成较大的粗糙度(由于砂粒的粒径不同，清理后表面粗超度Ra可达到3-10左右)，易造成表面微损伤，不适用于对表面质量要求较高零件的清理。目前工厂主要靠手工刮擦方式清理表面积碳，由于积碳层由树脂、漆膜、碳质化合物、金属碎屑等物质混合而成，粘附性较强，手工清除困难且效率低，大大影响了维修保养的进度。
发明内容
鉴于上述的分析，本发明提供一种采用层片状硅酸盐矿物粉为清洗介质的喷射清洗方法对金属材料表面污层进行清洗，解决传统喷射清洗方法中存在的，清洗后的金属材料表面粗糙度大幅增加，以及积碳层清除困难的问题，实现了绿色、高效、高质量的无损清洗效果，具有重要的实际应用价值。
本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：
一种金属零件表面无损清洗方法，其特征在于，采用喷射清理法，以层片状硅酸盐矿物粉为清洗介质，对金属零件表面污层进行无损快速清理。
进一步地，所述层片状硅酸盐矿物粉为由一系列[SiO4]四面体以角顶相连成二维无限延伸的层状硅氧骨干的硅酸盐矿物粉，所述清洗介质为硅酸盐矿物粉或复合硅酸盐矿物粉。
进一步地，所述硅酸盐矿物粉为高岭土矿物粉；或高岭土矿物粉与滑石微粉、蒙脱石微粉及蛇纹石微粉中至少一种的混合物，此时所述高岭土矿物粉的质量百分比含量为80％以上。
进一步地，所述硅酸盐矿物粉的粒径为50-300μm，形状为多棱形，莫氏硬度为1-3，比重为2.5-3。
符合上述特征的硅酸盐矿物粉能够清洗金属材料表面的污层，同时不会对金属表面造成损伤，实现了绿色、高效、高质量的清洗效果。
进一步地，复合硅酸盐矿物粉为在所述硅酸盐矿物粉中加入一定质量百分比含量的Al2O3或SiO2微颗粒复合而成。
对于难去除覆盖层，如传统清洗方式难以祛除的积碳层或氧化物层，适当添加一定比例的硬质微颗粒，即Al2O3或SiO2微颗粒，用于以更大的动能冲击表面覆盖层或污层，使覆盖层开裂，有利于辅助硅酸盐矿物粉将其剥离下来，能够提高清洗质量和清洗效率。同时需要控制硬质微颗粒的含量，含量过高会使被清洗材料表面的损伤增加，影响表面光洁度，含量过低，又无法达到剥离覆盖污层的目的，因此需要设置合适的掺杂比例来达到良好的清洗效果。
进一步地，复合硅酸盐矿物粉中，所述Al2O3或SiO2微颗粒的质量百分比含量小于10％，粒径在50μm以下，形状为沙粒状或圆形，莫氏硬度为7-8。
为了提高清洗质量和清洗效率，同时减少表面微损伤，不影响材料表面的光洁度，需要控制Al2O3或SiO2微颗粒的粒径，含量，形状以及硬度这些参数。
进一步地，所述方法具体包括以下步骤：
步骤一、根据金属材料的物理性能及覆盖层或污染层的特点，选用清洗介质，将所述清洗介质加入到喷砂设备的储料罐中；
步骤二、将待清洗试样固定在喷砂间或密闭空间内；
步骤三、根据需清洗金属材料的物理性能及覆盖层或污染层的特点，选择喷射距离，喷射压力，喷射时间和喷射角度；
步骤四、将喷砂管对准零件，打开阀门，根据步骤三中选择的参数开始清洗；
步骤五、清洗后，采用高压空气吹去试样表面的浮尘。
把试样放在密闭空间内，能够有利于废砂的回收，同时可以避免清洗过程中试样的移动。
进一步地，所述覆盖层或污染层为油污或漆层时，清洗介质为硅酸盐矿物粉；所述覆盖层或污染层为积碳层或氧化物层时，清洗介质为复合硅酸盐矿物粉。
对于常规的污层，如油污或漆层，只需采用单一硅酸盐矿物粉作为清洗介质，即可将表面污层清洗干净。而对于具有一定粘度的积碳层或氧化物层，需要增加一定含量的Al2O3或SiO2硬质微颗粒的Al2O3颗粒，辅助硅酸盐矿物粉清洗表面污层。
进一步地，当清洗碳素钢、合金钢或不锈钢时，硅酸盐矿物粉的粒径为250-300μm，Al2O3或SiO2微颗粒的粒径为20-50μm，Al2O3或SiO2微颗粒的质量百分比含量为5-10％；当清洗铝合金或铜合金时，硅酸盐矿物粉的粒径为50-100μm，Al2O3或SiO2微颗粒的粒径为5-20μm，Al2O3或SiO2微颗粒的质量百分比含量为1-5％。
进一步地，当清洗碳素钢、合金钢或不锈钢时，喷射距离为8-10cm，喷射压力为6-8Mpa，喷射时间为2-5s/cm2，喷射角度为45-75°；当清洗铝合金或铜合金时，喷射距离为6-8cm，喷射压力为2-4Mpa，喷射时间为1-3s/cm2，喷射角度为45-75°。
根据金属材料的物理性能及覆盖层或污染层的特点，选择适宜的清洗介质粒径及成分，合适的喷射参数能够实现绿色、高效、高质量的清洗效果，保证清洗效果的同时，减少材料表面的损伤程度，增加表面光洁度，为后续的处理工艺奠定良好的基础。
本发明有益效果如下：
本发明提供一种金属零件表面无损清洗方法，选用硅酸盐矿物粉作为清洗介质，利用喷砂设备对金属零件进行喷射清洗。本发明为物理清洗：①与含有硅酸盐的液体化学清洗相比，本方法能够对金属零件表面污层进行无损快速清理，且不会对金属表面造成损伤；②与其它种类的物理清洗介质相比，本发明的层片状硅酸盐矿物粉清洗介质，能够对材料表面的污层进行切削式的去除，同时所述介质的硬度适中，具有不损伤材料表面、清理速度快，操作工艺简单等优点，可对表面质量要求较高的零件进行清理；③对于难去除的覆盖层，复合硅酸盐矿物粉中含有的一定比例硬质微颗粒，既可以达到清洗效果，同时能够保证零件表面的光洁度，减少表面损伤。
本发明所述方法适用于金属材料零件的快速清理，能够用于涂装技术或表面涂覆技术(如喷涂技术)的预处理，增加表面接触面积，提高基体与涂覆层的界面结合强度。
本发明开发的无损快速表面清理技术具有高效、无损、快速、清除容易、操作方便、环境友好等特点，不仅可以对钢铁、不锈钢、轻合金等金属材料进行表面处理，还可对陶瓷、塑料、玻璃纤维、橡胶等材料进行表面处理。适用于清理零件表面的积碳、氧化物、油污、锈蚀、水垢以及有机涂层等，适用范围广泛，实现了绿色、高效、高质量的清洗效果，具有重要的实际应用价值。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书中所特别指出的结构来实现和获得。
具体实施方式
下面具体描述本发明的优选实施例，阐释本发明的原理。
本发明所述喷砂设备可为普通压差阀控制喷砂机，但不限于所述喷砂机。
本发明提供一种金属零件表面无损物理清洗方法，该方法的具体过程为：
步骤一：根据金属材料的物理性能，覆盖层或污染层的特点，选用单一清洗介质或复合清洗介质。
本发明所用清洗介质为硅酸盐矿物粉或复合硅酸盐矿物粉，所用硅酸盐矿物粉为层片状硅酸盐矿物粉，具有由一系列[ZO4]四面体以角顶相连成二维无限延伸的层状硅氧骨干的硅酸盐矿物，Z主要为Si4+，包括高岭土和高岭土与滑石、蒙脱石及蛇纹石微粉中至少一种的混合物，混合物中高岭土的比例为80％以上，所用硅酸盐矿物粉的莫氏硬度为1-3左右，颗粒尺寸范围50-300微米，比重约为2.5-3。
根据金属材质、覆盖层或污染层的特点，选用硅酸盐矿物粉或复合硅酸盐矿物粉(硅酸盐矿物粉复合Al2O3或SiO2硬质微颗粒)。根据金属材料的硬度及覆盖层的特点，对于难去除的覆盖层，例如积碳层，可在硅酸盐矿物粉中加入一定比例的Al2O3或SiO2硬质微颗粒，以达到清洗效果，同时能够保证零件表面的光洁度，减少表面损伤，复合硅酸盐矿物粉中硬质微颗粒的质量百分含量应小于10％。
Al2O3微颗粒主要用于以更大的动能冲击表面覆盖层或污层，使覆盖层开裂，有利于辅助硅酸盐矿物粉将覆盖层剥离下来。为了达到清洗效果，同时不影响清洗件的表面光洁度，需要控制硬质微颗粒的直径，含量，形状及硬度，否则将破坏表面光洁度，因此所用硬质微颗粒的粒径应控制在50微米以下，形状为少棱形，如沙粒状或圆形，莫氏硬度为7-8。
步骤二：将清洗介质即层片状硅酸盐矿物粉或复合硅酸盐矿物粉加入到加入到喷砂设备的储料罐中。选择复合硅酸盐矿物粉时，将硅酸盐矿物粉与一定质量百分含量的Al2O3或SiO2硬质微颗粒加入到混料机进行机械干混合，常温下混合10分钟即可。
下表是不同金属材料及表面覆盖层或污染层所对应使用的清洗介质及清洗介质的粒径。
步骤三：将待清洗试样固定在喷砂间或密闭空间内，以利用废砂的回收，以防止清洗过程零件移动。
步骤四:根据金属材料的物理性能，覆盖层或污染层的特点，选择合适的喷射距离、喷射压力、喷射时间和喷射角度。
下表是不同金属材料及表面覆盖层或污染层所对应的喷射距离、喷射压力、喷射时间和喷射角度。
步骤五：将喷砂管对准零件，打开阀门，根据选定的工艺开始清洗。
步骤六：清洗后用喷砂机中高压空气吹去表面浮尘，根据零件用途，选择是否对表面进行防护处理，如需要，则进行表面防护处理，以防新鲜裸露金属基体进一步腐蚀氧化，例如对于一些易氧化或生锈的钢质零件涂抹防锈油，对于将要涂装的设备可先刷底漆，而后将零件放置在干燥处以备后用。
本发明开发的无损快速表面清理技术，根据金属材料的物理性能，金属表面的污层或覆盖层的类型选择喷射压力，喷射距离，喷射时间和喷射角度进行清洗。对于一些难去除覆盖层如积碳层，加入一定比例的硬质微颗粒。本发明所述方法能清洗金属材料表面的锈蚀层、油污层、积碳层、残漆层等覆盖层，尤其能够解决针对复杂形状金属零件表面的锈蚀层、油污层、积碳层、残漆层等覆盖层，传统清洗方法中存在的难于清理，清理效率低等问题。本发明能够对金属零件表面污层进行无损快速清理，不会对金属表面造成损伤，具有不损伤材料表面、清理速度快，操作工艺简单等优点，可对表面质量要求较高的零件进行清理，适用于金属材料零件的快速清理，能够用于涂装技术或表面涂覆技术(如喷涂技术)的预处理，增加表面接触面积，提高基体与涂覆层的界面结合强度。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种金属零件表面无损清洗方法，其特征在于，采用喷射清理法，以层片状硅酸盐矿物粉为清洗介质，对金属零件表面污层进行无损快速清理。
2.根据权利要求1所述金属零件表面无损清洗方法，其特征在于，所述层片状硅酸盐矿物粉为由一系列[SiO4]四面体以角顶相连成二维无限延伸的层状硅氧骨干的硅酸盐矿物粉，所述清洗介质为硅酸盐矿物粉或复合硅酸盐矿物粉。
3.根据权利要求2所述金属零件表面无损清洗方法，其特征在于，所述硅酸盐矿物粉为高岭土矿物粉；或高岭土矿物粉与滑石微粉、蒙脱石微粉及蛇纹石微粉中至少一种的混合物，此时所述高岭土矿物粉的质量百分比含量为80％以上。
4.根据权利要求2所述金属零件表面无损清洗方法，其特征在于，所述硅酸盐矿物粉的粒径为50-300μm，形状为多棱形，莫氏硬度为1-3，比重为2.5-3。
5.根据权利要求2所述金属零件表面无损清洗方法，其特征在于，复合硅酸盐矿物粉为在所述硅酸盐矿物粉中加入一定质量百分比含量的Al2O3或SiO2微颗粒复合而成。
6.根据权利要求3所述金属零件表面无损清洗方法，其特征在于，复合硅酸盐矿物粉中，所述Al2O3或SiO2微颗粒的质量百分比含量小于10％，粒径在50μm以下，形状为沙粒状或圆形，莫氏硬度为7-8。
7.根据权利要求1-6中任一项所述金属零件表面无损清洗方法，其特征在于，所述方法具体包括以下步骤：
步骤一、根据金属材料的物理性能及覆盖层或污染层的特点，选用清洗介质，将所述清洗介质加入到喷砂设备的储料罐中；
步骤二、将待清洗试样固定在喷砂间或密闭空间内；
步骤三、根据需清洗金属材料的物理性能及覆盖层或污染层的特点，选择喷射距离，喷射压力，喷射时间和喷射角度；
步骤四、将喷砂管对准零件，打开阀门，根据步骤三中选择的参数开始清洗；
步骤五、清洗后，采用高压空气吹去试样表面的浮尘。
8.根据权利要求1-7中任一项所述金属零件表面无损清洗方法，其特征在于，所述覆盖层或污染层为油污或漆层时，清洗介质为硅酸盐矿物粉；所述覆盖层或污染层为积碳层或氧化物层时，清洗介质为复合硅酸盐矿物粉。
9.根据权利要求7所述金属零件表面无损清洗方法，其特征在于，当清洗碳素钢、合金钢或不锈钢时，硅酸盐矿物粉的粒径为250-300μm，Al2O3或SiO2微颗粒的粒径为20-50μm，Al2O3或SiO2微颗粒的质量百分比含量为5-10％；当清洗铝合金或铜合金时，硅酸盐矿物粉的粒径为50-100μm，Al2O3或SiO2微颗粒的粒径为5-20μm，Al2O3或SiO2微颗粒的质量百分比含量为1-5％。
10.根据权利要求7所述金属零件表面无损清洗方法，其特征在于，当清洗碳素钢、合金钢或不锈钢时，喷射距离为8-10cm，喷射压力为6-8Mpa，喷射时间为2-5s/cm2，喷射角度为45-75°；当清洗铝合金或铜合金时，喷射距离为6-8cm，喷射压力为2-4Mpa，喷射时间为1-3s/cm2，喷射角度为45-75°。
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