CN113403671A - 一种金属合金表面微弧清洗方法及应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及金属合金表面处理技术领域，具体涉及一种金属合金表面微弧清洗方法及应用，所述微弧清洗方法的步骤为：将金属合金置于水溶液中，连通形成导电回路，在金属合金与对电极之间施加高电压，在金属合金表面形成等离子体微弧，利用等离子体微弧的高温高压效应对金属合金表面的有机污染物、金属镀层及陈旧氧化皮进行去除剥离。本清洗方法清洗原理明晰、工艺流程短且控制稳定；设备、施工条件要求简单；特别地，对工件形状无要求，不存在孔洞沟槽弯折等对工件清洗时的遮挡现象，可达到无死角清洗；绿色环保，通用性强、适用范围广，能够有效去除金属合金表面的油污、漆层、胶层、氧化皮、锈层，起到表面清洁和表面活化的目的。

Description

一种金属合金表面微弧清洗方法及应用

技术领域

本发明涉及金属合金表面处理技术领域，具体涉及一种金属合金表面微弧清洗方法及应用。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

金属板材、型材在各个行业中广泛应用，而这些金属制品在加工成形、暂存、转移、回收再利用过程中不可避免地会受到加工环境和转运过程中的沾污和氧化，特别是油污、氧化皮、漆膜，这对于金属制品的后续处理是十分不利的，必须经过合适的清洗除污工艺进行去除以获得清洁表面。

溶剂清洗是最常用的方法，其主要是采用苯类、丙酮和乙醇等有机溶剂进行擦洗或超声波清洗，这种方法实施起来较为简单，但是容易造成清洗不彻底，从而使后续涂装和镀覆出现缺陷，而且这种方法十分不环保，对操作人员的身体健康和生态环境造成巨大的威胁。

此外，多项专利报道了激光清洗和等离子清洗这些新型的清洗方法。激光清洗主要是利用聚焦激光束的热效应使待清洗物件表面的污染物蒸发或升华。激光清洗时基本不需要化学试剂，但是激光器的投入较大，而且最为关键的一点是对于立体几何形状复杂的零部件，由于激光束的直线传输效应以及零件众多沟槽孔的相互遮挡作用，使得激光清洗不能够彻底清洗全部外表面。

等离子清洗的清洗原理是将待清洗工件置于真空环境中，充入工艺气体，再利用射频源产生的高压交变电场将工艺气体震荡成具有一定反应活性或高能量的离子，这些离子通过与工件表面的有机污染物或微颗粒污染物发生反应或碰撞，从而形成挥发性物质，然后由工作气体及真空泵将这些挥发性物质清除出去，从而达到表面清洁活化的目的。等离子清洗首先需要实现真空环境，而且需要合理选择工艺气体，并调整射频源电场状态，等离子清洗实现起来装置复杂、工艺不稳定，对于工件的大批量清洗效率较低。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种金属合金表面微弧清洗方法及应用，本发明可以解决传统清洗方法中不环保、投入大、清洗不全面、设备工艺复杂、清洗效率低的不足；本发明所提供的金属合金表面微弧清洗方法工艺流程短且控制稳定，设备、施工条件要求简单；对工件形状无要求，不存在孔洞沟槽弯折等对工件清洗时的遮挡现象，可达到无死角清洗；绿色环保，通用性强、适用范围广，能够有效去除金属合金表面的油污、漆层、胶层、氧化皮、锈层，起到表面清洁和表面活化的目的。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下所述：

在本发明的第一方面，提供一种金属合金表面微弧清洗方法，所述微弧清洗方法的步骤为：将金属合金置于水溶液中，连通形成导电回路，在金属合金与对电极之间施加高电压，在金属合金表面形成等离子体微弧，利用等离子体微弧的高温高压效应对金属合金表面的有机污染物、金属镀层及陈旧氧化皮进行去除剥离。

具体地，所述金属合金表面微弧清洗方法，具体包括以下步骤：

(1)将待清洗金属合金装卡于合适夹具上，通过导线连接电源正极，使其作为阳极使用，同时将不锈钢板通过导线连接电源负极使其作为阴极使用；

(2)分别将金属合金阳极和不锈钢板阴极置于装有水溶液的绝缘槽内，使待清洗金属合金完全浸没于液面以下；

(3)设定电源输出电压、频率、占空比，连通导电回路，进行微弧清洗处理；

(4)微弧清洗处理完后取出金属合金阳极，用清水冲洗干净。

在本发明的第二方面，提供一种上述金属合金表面微弧清洗方法在除油污、除漆层、除胶层、除氧化皮、除锈层、表面清洁、表面活化领域中的应用。

本发明的具体实施方式具有以下有益效果：

(1)本发明所提供的一种金属合金表面微弧清洗方法，清洗原理明晰、工艺流程短且控制稳定；设备、施工条件要求简单；特别地，对工件形状无要求，不存在孔洞沟槽弯折等对工件清洗时的遮挡现象，可达到无死角清洗。

(2)本发明所提供的一种金属合金表面微弧清洗方法，绿色环保，整个过程不涉及酸雾、重金属离子、有机溶剂、烟尘等有毒有害物质的使用和排放，对人员健康和生态环境非常友好。

(3)本发明所提供的一种金属合金表面微弧清洗方法，通用性强、适用范围广，能够有效去除金属合金表面的油污、漆层、胶层、氧化皮、锈层，起到表面清洁和表面活化的目的。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明实施例1中工件表面有机电泳涂层的清洗过程效果图。

图2为本发明实施例2中工件表面无机磷化涂层的清洗过程效果图。

图3为本发明实施例3中工件表面镀铜层的清洗过程效果图。

图4为本发明实施例4中工件表面油污与氧化皮的清洗去除前后效果图。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本申请使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

本发明的一种实施方式中，提供了一种金属合金表面微弧清洗方法，所述微弧清洗方法的步骤为：将金属合金置于水溶液中，连通形成导电回路，在金属合金与对电极之间施加高电压，在金属合金表面形成等离子体微弧，利用等离子体微弧的高温高压效应对金属合金表面的有机污染物、金属镀层及陈旧氧化皮进行去除剥离。

具体地，所述金属合金表面微弧清洗方法，具体包括以下步骤：

(1)将待清洗金属合金装卡于合适夹具上，通过导线连接电源正极，使其作为阳极使用，同时将不锈钢板通过导线连接电源负极使其作为阴极使用；

(2)分别将金属合金阳极和不锈钢板阴极置于装有水溶液的绝缘槽内，使待清洗金属合金完全浸没于液面以下；

(3)设定电源输出电压、频率、占空比，连通导电回路，进行微弧清洗处理；

(4)微弧清洗处理完后取出金属合金阳极，用清水冲洗干净。

本发明的金属合金表面微弧清洗方法清洗原理明晰、工艺流程短且控制稳定，并且对工件形状无要求，不存在孔洞沟槽弯折等对工件清洗时的遮挡现象，可达到无死角清洗。

在一种或多种实施方式中，所述水溶液中包含氢氧化钠、硅酸钠和十二烷基苯磺酸钠中的一种或多种；

进一步地，氢氧化钠的浓度为0～10g/L，硅酸钠的浓度为0～8g/L，十二烷基苯磺酸钠的浓度为0～2g/L；

其中，氢氧化钠的作用在于调节水溶液的电导率和酸碱度，硅酸钠的作用在于诱导等离子体微弧的发生，十二烷基苯磺酸钠的作用在于活化工件表面的有机物质。本发明的金属合金表面微弧清洗方法中不采用和产生酸雾、重金属离子、有机溶剂、烟尘等有毒有害物质，对人员健康和生态环境非常友好。

在一种或多种实施方式中，所述夹具的材质为铝及铝合金、镁及镁合金、钛及钛合金。

在一种或多种实施方式中，所述不锈钢板阴极的总表面积不低于金属合金阳极总表面积的三分之一。

在一种或多种实施方式中，所述步骤(3)中的输出电压为400V～800V，频率为100Hz～800Hz，占空比为20％～60％。该电压和频率条件下，金属合金表面形成的等离子体微弧的高温高压效应最好，可以更好地对金属合金表面的有机污染物、金属镀层及陈旧氧化皮进行去除剥离。

在一种或多种实施方式中，所述步骤(3)中微弧清洗处理的处理时间为30s～20min；采用本发明的清洗方法，清洗速度快，效率高。

在一种或多种实施方式中，所述步骤(3)中微弧清洗处理时水溶液的温度为20～60℃。

本发明的一种实施方式中，提供了一种上述金属合金表面微弧清洗方法在除油污、除漆层、除胶层、除氧化皮、除锈层、表面清洁、表面活化领域中的应用。

本发明的金属合金表面微弧清洗方法，通用性强、适用范围广，能够有效去除金属合金表面的油污、漆层、胶层、氧化皮、锈层，起到表面清洁和表面活化的目的。

下面结合具体的实施例对本发明作进一步的解释和说明。

实施例1

工件表面有机电泳涂层的清洗：

首先，将一表面具有有机电泳涂层的镁合金工件装卡于材质为纯铝的夹具上，通过导线连接电源正极，使其作为阳极使用，同时将不锈钢板通过导线连接电源负极使其作为阴极使用，其中，阴极的总表面积约为阳极总表面积的3倍；

然后，分别将工件阳极和不锈钢板阴极置于装有水溶液的绝缘槽内，使待清洗金属合金完全浸没于液面以下，水溶液的组成为5g/L氢氧化钠，5g/L硅酸钠，0.2g/L十二烷基苯磺酸钠，溶剂为去离子水；

之后，设定电源输出电压为500V、频率为500Hz、占空比为30％，连通导电回路，进行微弧清洗处理，其中，微弧清洗处理的持续处理时间为6min，清洗过程中保持水溶液的温度为30℃；

微弧清洗处理结束后，取出工件，用清水冲洗干净；经晾干后拆除夹具；

图1记录了该工件经微弧清洗前后及清洗过程中工件表面有机电泳涂层的清洗状态，微弧清洗前，工件表面被黑色的电泳涂层全部覆盖，清洗过程中，电泳涂层由边缘向中心逐步被清洗掉，直到最后被完全去除。

实施例2

工件表面无机磷化涂层的清洗：

首先，将一表面具有无机磷化涂层的镁合金工件装卡于材质为纯铝的夹具上，通过导线连接电源正极，使其作为阳极使用，同时将不锈钢板通过导线连接电源负极使其作为阴极使用；其中，阴极的总表面积约为阳极总表面积的2倍；

然后，分别将工件阳极和不锈钢板阴极置于装有水溶液的绝缘槽内，使待清洗金属合金完全浸没于液面以下；水溶液的组成为7g/L氢氧化钠，3g/L硅酸钠，溶剂为去离子水；

之后，设定电源输出电压为650V、频率为400Hz、占空比为40％，连通导电回路，进行微弧清洗处理，其中，微弧清洗处理的持续处理时间为15min，清洗过程中保持水溶液的温度为40℃；

微弧清洗处理结束后，取出工件，用清水冲洗干净；经晾干后拆除夹具。

图2记录了该工件经微弧清洗前后及清洗过程中工件表面无机磷化涂层的清洗状态，微弧清洗前，工件表面被黑色的磷化涂层全部覆盖，清洗过程中，磷化涂层的薄弱处最先被微弧击穿并被清洗掉，然后由该位置向外扩散逐步被清洗掉，直到最后被完全去除。

实施例3

工件表面镀铜层的清洗：

首先，将一表面具有镀铜层的铝合金工件装卡于材质为纯铝的夹具上，通过导线连接电源正极，使其作为阳极使用，同时将不锈钢板通过导线连接电源负极使其作为阴极使用；其中，阴极的总表面积约为阳极总表面积的8倍；

然后，分别将工件阳极和不锈钢板阴极置于装有水溶液的绝缘槽内，使待清洗金属合金完全浸没于液面以下，水溶液的组成为5g/L氢氧化钠，8g/L硅酸钠，溶剂为去离子水；

之后，设定电源输出电压为400V、频率为600Hz、占空比为20％，连通导电回路，进行微弧清洗处理，其中，微弧清洗处理的持续处理时间为4min，清洗过程中保持水溶液的温度为30℃；

微弧清洗处理结束后，取出工件，用清水冲洗干净；经晾干后拆除夹具。

图3记录了该工件经微弧清洗前后及清洗过程中工件表面镀铜层的清洗状态，微弧清洗前，工件表面被红橙色的镀铜层全部覆盖，清洗过程中，镀铜层被高温高压的等离子体微弧均匀燃烧掉，直到最后被完全去除。

实施例4

工件表面油污与氧化皮的清洗：

首先，将一表面具有油污与氧化皮的镁合金工件装卡于材质为纯铝的夹具上，通过导线连接电源正极，使其作为阳极使用，同时将不锈钢板通过导线连接电源负极使其作为阴极使用；其中，阴极的总表面积约为阳极总表面积的2倍；

然后，分别将工件阳极和不锈钢板阴极置于装有水溶液的绝缘槽内，使待清洗金属合金完全浸没于液面以下，水溶液的组成为3g/L氢氧化钠，3g/L硅酸钠，0.1g/L十二烷基苯磺酸钠，溶剂为去离子水。

之后，设定电源输出电压为400V、频率为500Hz、占空比为30％，连通导电回路，进行微弧清洗处理，其中，微弧清洗处理的持续处理时间为1min，清洗过程中保持水溶液的温度为30℃；

微弧清洗处理结束后，取出工件，用清水冲洗干净；经晾干后拆除夹具。

图4记录了该工件经微弧清洗前后工件表面油污与氧化皮的清洗状态，微弧清洗前，工件表面被油污与氧化皮沾染污损，微弧清洗后，初始油污与氧化皮被完全去除，工件表面呈现新鲜清洁状态，微弧清洗效果优异。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种金属合金表面微弧清洗方法，其特征在于，所述微弧清洗方法的步骤为：将金属合金置于水溶液中，连通形成导电回路，在金属合金与对电极之间施加高电压，在金属合金表面形成等离子体微弧，利用等离子体微弧的高温高压效应对金属合金表面的有机污染物、金属镀层及陈旧氧化皮进行去除剥离。

2.如权利要求1所述金属合金表面微弧清洗方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

(1)将待清洗金属合金装卡于合适夹具上，通过导线连接电源正极，使其作为阳极使用，同时将不锈钢板通过导线连接电源负极使其作为阴极使用；

(2)分别将金属合金阳极和不锈钢板阴极置于装有水溶液的绝缘槽内，使待清洗金属合金完全浸没于液面以下；

(3)设定电源输出电压、频率、占空比，连通导电回路，进行微弧清洗处理；

(4)微弧清洗处理完后取出金属合金阳极，用清水冲洗干净。

3.如权利要求2所述金属合金表面微弧清洗方法，其特征在于，所述水溶液中包含氢氧化钠、硅酸钠和十二烷基苯磺酸钠中的一种或多种。

4.如权利要求3所述金属合金表面微弧清洗方法，其特征在于，氢氧化钠的浓度为0～10g/L，硅酸钠的浓度为0～8g/L，十二烷基苯磺酸钠的浓度为0～2g/L。

5.如权利要求2所述金属合金表面微弧清洗方法，其特征在于，所述夹具的材质选自铝及铝合金、镁及镁合金、钛及钛合金。

6.如权利要求2所述金属合金表面微弧清洗方法，其特征在于，所述不锈钢板阴极的总表面积不低于金属合金阳极总表面积的三分之一。

7.如权利要求2所述金属合金表面微弧清洗方法，其特征在于，所述步骤(3)中的输出电压为400V～800V，频率为100Hz～800Hz，占空比为20％～60％。

8.如权利要求2所述金属合金表面微弧清洗方法，其特征在于，所述步骤(3)中微弧清洗处理的处理时间为30s～20min。

9.如权利要求2所述金属合金表面微弧清洗方法，其特征在于，所述步骤(3)中微弧清洗处理时水溶液的温度为20～60℃。

10.一种权利要求1-9任一所述金属合金表面微弧清洗方法在除油污、除漆层、除胶层、除氧化皮、除锈层、表面清洁、表面活化领域中的应用。

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