CN113649598A - 基于slm成型后金属及其合金样品表面清洗处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于SLM成型后金属及其合金样品表面清洗处理方法，包括高压清洗机清洗、有机溶剂清洗液清洗、酸洗、碱洗、水洗，该方法是通过化学方法与物理方法相结合的方式，去除金属及其合金SLM成型后样品表面所产生的氧化膜、粉末、手印、汗渍以及毛刺等。经过处理后SLM成型后金属及其合金样品表面状态得到改善，同时也避免了表面有害物质对样品的侵蚀。该方法清洗时对温度、压力等无过高要求，并且表现出较强的去污能力，清洗效率大大提高；同时生产和使用过程中无毒无害，长期使用无化学残留，不会对人体和环境造成危害。
Description
技术领域
本发明属于SLM成型样品清洗技术领域，具体涉及一种基于SLM成型后的金属及其合金样品表面清洗处理方法。
背景技术
选区激光熔化成形（SLM）作为一种先进的增材制造技术，在航空航天、交通、能源、国防等领域得到了广泛的应用，并展现出诱人前景。然而其成型后金属及其合金表面附着残余粉末、氧化物等多种污渍，严重影响使用，故而需要对其进行表面清洗，因此，发明一种清洁程度高、对人体和环境无危害的清洗液及清洗方法是有必要的。
发明内容
本发明的目的是提供一种金属及其合金SLM成型后样品表面清洗处理方法。具体是通过化学方法与物理方法相结合的方式，去除金属及其合金SLM成型后样品表面所产生的氧化膜、粉末、手印、汗渍以及毛刺等。这些杂质会直接影响样品的使用性能及使用寿命，所以在成型后需要对其表面进行处理，经过处理后不仅会使样品的表面状态得到改善，同时也避免了表面有害物质对样品的侵蚀。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
基于SLM成型后金属及其合金样品表面清洗处理方法，包括以下步骤：
S1：高压清洗机清洗
所述高压清洗机清洗是通过高压气体清洗掉SLM成型后金属及其合金样品表面的残留金属粉末以及灰尘。
高压清洗机清洗是通过动力装置使高压气体来冲洗物体表面，它能将污垢剥离、冲走，达到清洗物体表面的目的。因为是使用高压气体清理污垢，所以高压清洗也是世界公认最科学、经济、环保的清洁方式之一。清洗设备所应用的加工工艺气体主要是瓶装高压气体，以便确保各种的加工工艺可靠性和运作可靠性，工业级瓶装气体一般在可控制气瓶内，标准气压为13-15MPa，具备节约室内空间、安全和有利于运送的优势。压缩气体将依据具体工作压力减少和工作压力平稳的应用。压缩气体主要有氩气，因为氩气作为保护气体，既稳定又便宜。高压清洗是通过高压气体清洗掉表面的残留金属粉末以及灰尘等。
S2：有机溶剂清洗液清洗
将有机溶剂清洗液的原料按照重量比依次添加到烧杯中，在室温下用玻璃棒进行搅拌混合10-20分钟，得到有机溶剂清洗液；取适量有机溶剂清洗液放入干净的烧杯中，再将烧杯放入恒温水浴锅中，控制温度30℃-40℃，然后将样品放入烧杯中，使样品完全浸没，清洗20-40分钟，目的是去除样品表面的汗渍、手印、油污等污染物，取出先后用去离子水和酒精清洗样品表面以去除样品表面多余的清洗液。
S3：酸洗
将烧杯放入恒温水浴锅中，控制温度在30℃-40℃，待达到设定温度后将样品浸没在酸洗溶液中，时间控制在2-10分钟；而后将其取出，在室温下用去离子水进行冲洗，时间为2-3分钟，吹干，以去除样品表面残留的酸以及化学反应后生成的盐类物质，冲洗干净后，用吹风机吹干样品表面，目的是去除样品表面的氧化物和少量毛刺，提高表面光滑程度。
S4：碱洗
将烧杯放入恒温水浴锅中，控制温度在35℃-40℃，待达到设定温度后将样品浸没在碱洗溶液中，时间控制在2-10分钟；而后将其取出，在室温下用去离子水进行冲洗，时间为2-3分钟，吹干，以去除样品表面残留的碱性物质以及酸碱中和反应后生成的盐类物质，冲洗干净后，用吹风机吹干表面，目的是去除S3过程中残留的酸，避免酸性物质对样品的进一步侵蚀。
S5：水洗
利用超声波清洗仪对样品进行超声波清洗，清洗溶剂为去离子水，清洗时使样品完全浸没在去离子水中，时间控制在20-40分钟，同时控制清洗温度35℃-45℃，将样品取出后用吹风机吹干即可。
进一步，所述S1中高压气体为氩气，高压气体气压为13-15MPa。
进一步，所述S2中有机溶剂清洗液包括以下重量百分比的物质：月桂基二甲基氧化胺0.5%-2%，二（2-乙基己基）琥珀酸酯磺酸钠1%-2%，烷基聚氧乙烯醚乙酸酯0.5%-1%，单烷基醚磷酸酯钾盐2%-4%，余量为去离子水。
进一步，所述S3中酸洗用酸洗溶液包括，按每升计算，硫酸铜2-10g，硝酸10-50mL，氢氟酸10-70mL，盐酸20-80mL，余量为去离子水。
进一步，所述S4中碱洗用碱洗溶液包括1wt%-6wt%氢氧化钠，1wt%-3wt%氢氧化钾，其余为去离子水。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1、清洗时对温度、压力等无过高要求，并且表现出较强的去污能力，清洗效率大大提高。
2、生产和使用过程中无毒无害，长期使用无化学残留，不会对人体和环境造成危害。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明的技术方案及效果做进一步描述，但本发明的保护范围并不限于此。
实施例1
AlSi10Mg作为一种耐腐蚀性相对较差的常用合金，在使用选区激光熔化成型后其表面清洁处理备受关注，故而以AlSi10Mg为例进行说明。
本实施例具体操作步骤如下：
S1：高压清洗机清洗，使用的压缩气体为氩气，气压为13MPa，高压清洗是通过高压气体清洗掉表面的残留金属粉末以及灰尘等。
S2：有机溶剂清洗液清洗，月桂基二甲基氧化胺1%，二（2-乙基己基）琥珀酸酯磺酸钠1.5%，烷基聚氧乙烯醚乙酸酯0.5%，单烷基醚磷酸酯钾盐2%，余量为去离子水，将上述原料按照重量比依次添加到烧杯中，在室温下（25℃）用玻璃棒进行搅拌混合15分钟，得到有机溶剂清洗液。取适量有机溶剂清洗液放入干净的烧杯中，在将烧杯放入恒温水浴锅中，控制温度为35℃，然后将AlSi10Mg试样放入使其完全浸没，清洗约20分钟，目的是去除样品表面的汗渍，手印，油污等污染物，取出先后用去离子水和酒精清洗样品表面以去除样品表面多余的清洗液。
S3：酸洗，按每升计算，先称取2g硫酸铜粉末倒入烧杯之中，然后加入10mL硝酸，充分搅拌后依次加入10mL氢氟酸，20mL盐酸，余量为去离子水，再次搅拌使其充分混合。将烧杯放入恒温水浴锅中，控制温度在30℃左右，等待温度稳定后将AlSi10Mg试样浸没在溶液中，时间控制在2分钟，而后将其取出，在室温下用去离子水进行冲洗，时间2分钟，以去除样品表面残留的酸以及化学反应后生成的盐类物质，冲洗干净后，用吹风机吹干样品表面。目的是去除样品表面的氧化物和少量毛刺，提高表面光滑程度。
S4：碱洗，碱洗用碱洗溶液包括氢氧化钠1wt%，氢氧化钾1wt%，其余为去离子水，将它们依次倒入烧杯之中，用玻璃棒充分搅拌均匀，将烧杯放入恒温水浴锅中，控制温度在35℃，待达到设定温度后将AlSi10Mg试样浸没在溶液中，时间控制在2分钟。而后将其取出，在室温下用去离子水进行冲洗2分钟，以去除样品表面残留的碱性物质以及酸碱中和反应后生成的盐类物质，冲洗干净后，用吹风机吹干样品表面。目的是去除S3过程中残留的酸，避免酸性物质对样品的进一步侵蚀。
S5：水洗，采用超声波清洗仪对AlSi10Mg样品进行超声波清洗，采用的是去离子水，清洗时将AlSi10Mg试样完全浸没在去离子水中，时间控制在20分钟，同时控制清洗温度35℃，将样品取出后用吹风机吹干即可。
实施例2
Ti6Al4V作为一种耐腐蚀性相对较强的合金，广泛应用在航空航天以及医疗等领域，选区激光熔化成型的Ti6Al4V表面存在诸如氧化物，汗渍等污染物，所以要对其表面进行清洗处理以保证其表面质量。本实施例具体清洗操作步骤如下：
S1：高压清洗机清洗，使用的压缩气体为氩气，气压为15MPa，高压清洗是通过高压气体清洗掉表面的残留金属粉末以及灰尘等。
S2：有机溶剂清洗液清洗，月桂基二甲基氧化胺1%，二（2-乙基己基）琥珀酸酯磺酸钠1.5%，烷基聚氧乙烯醚乙酸酯0.5%，单烷基醚磷酸酯钾盐2%，余量为去离子水，将上述原料按照重量比依次添加到烧杯中，在室温下用玻璃棒进行搅拌混合18分钟，得到有机溶剂清洗液。取适量有机溶剂清洗液放入干净的烧杯中，在将烧杯放入恒温水浴锅中，控制温度为35℃，然后将Ti6Al4V样品放入使其完全浸没，清洗20分钟，目的是去除样品表面的汗渍，手印，油污等污染物，取出先后用去离子水和酒精清洗样品表面以去除样品表面多余的清洗液。
S3：酸洗，按每升计算，先称取8g硫酸铜粉末倒入烧杯之中，然后加入40mL硝酸，充分搅拌后依次加入20mL氢氟酸，30mL盐酸，余量为去离子水，再次搅拌使其充分混合，将烧杯放入恒温水浴锅中，控制温度在30℃，等待温度稳定后将Ti6Al4V样品完全浸没在溶液中，时间控制在8分钟，而后将其取出，在室温下用去离子水进行冲洗，时间为3分钟，以去除样品表面残留的酸以及化学反应后生成的盐类物质，冲洗干净后，用吹风机吹干样品表面。目的是去除样品表面的氧化物和少量毛刺，提高表面光滑程度。
S4：碱洗，碱洗用碱洗溶液包括氢氧化钠2wt%，氢氧化钾1wt%，其余为去离子水，将它们依次倒入烧杯之中，用玻璃棒充分搅拌均匀，将烧杯放入恒温水浴锅中，控制温度在35℃，等待温度稳定后将Ti6Al4V样品浸没在溶液中，时间控制在5分钟，而后将其取出，在室温下用去离子水进行冲洗，时间为3分钟，以去除样品表面残留的碱性物质以及酸碱中和反应后生成的盐类物质，冲洗干净后，用吹风机吹干表面。目的是去除S3过程中残留的酸，避免酸性物质对样品的进一步侵蚀。
S5：水洗，采用超声波清洗仪对Ti6Al4V样品进行超声波清洗，采用的是去离子水，清洗时将Ti6Al4V样品完全浸没在去离子水中，时间控制在30分钟，同时控制清洗温度35℃，取出后用吹风机吹干即可。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (5)
1.一种基于SLM成型后金属及其合金样品表面清洗处理方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
S1：高压清洗机清洗
所述高压清洗机清洗是通过高压气体清洗掉SLM成型后金属及其合金样品表面的残留金属粉末以及灰尘；
S2：有机溶剂清洗液清洗
将有机溶剂清洗液的原料按照重量比依次添加到烧杯中，在室温下用玻璃棒进行搅拌混合10-20分钟，得到有机溶剂清洗液；取适量有机溶剂清洗液放入干净的烧杯中，再将烧杯放入恒温水浴锅中，控制温度30℃-40℃，然后将样品放入烧杯中，使样品完全浸没，清洗20-40分钟；
S3：酸洗
将烧杯放入恒温水浴锅中，控制温度在30℃-40℃，待达到设定温度后将样品浸没在酸洗溶液中，时间控制在2-10分钟；而后将其取出，在室温下用去离子水进行冲洗，时间为2-3分钟，吹干；
S4：碱洗
将烧杯放入恒温水浴锅中，控制温度在35℃-40℃，待达到设定温度后将样品浸没在碱洗溶液中，时间控制在2-10分钟；而后将其取出，在室温下用去离子水进行冲洗，时间为2-3分钟，吹干；
S5：水洗
利用超声波清洗仪对样品进行超声波清洗，清洗溶剂为去离子水，清洗时使样品完全浸没在去离子水中，时间控制在20-40分钟，同时控制清洗温度35℃-45℃，将样品取出后用吹风机吹干即可。
2.根据权利要求1所述的基于SLM成型后金属及其合金样品表面清洗处理方法，其特征在于，所述S1中高压气体为氩气，高压气体气压为13-15MPa。
3.根据权利要求1所述的基于SLM成型后金属及其合金样品表面清洗处理方法，其特征在于，所述S2中有机溶剂清洗液包括以下重量百分比的物质：月桂基二甲基氧化胺0.5%-2%，二（2-乙基己基）琥珀酸酯磺酸钠1%-2%，烷基聚氧乙烯醚乙酸酯0.5%-1%，单烷基醚磷酸酯钾盐2%-4%，余量为去离子水。
4.根据权利要求1所述的基于SLM成型后金属及其合金样品表面清洗处理方法，其特征在于，所述S3中酸洗用酸洗溶液包括，按每升计算，硫酸铜2-10g，硝酸10-50mL，氢氟酸10-70mL，盐酸20-80mL，余量为去离子水。
5.根据权利要求1所述的基于SLM成型后金属及其合金样品表面清洗处理方法，其特征在于，所述S4中碱洗用碱洗溶液包括1wt%-6wt%氢氧化钠，1wt%-3wt%氢氧化钾，其余为去离子水。
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