CN118007138A

CN118007138A - 一种新型无磷除油除锈水基金属清洗剂及其制备方法

Info

Publication number: CN118007138A
Application number: CN202410133757.1A
Authority: CN
Inventors: 赵俊伟; 张艺山; 田秋慧
Original assignee: Chengdu Chenfa Teda Aviation Technology Co ltd
Current assignee: Chengdu Chenfa Teda Aviation Technology Co ltd
Priority date: 2024-01-31
Filing date: 2024-01-31
Publication date: 2024-05-10

Abstract

本发明公开了一种新型无磷除油除锈水基金属清洗剂及其制备方法。所述水基金属清洗剂包括以下组分：氢氧化钠、葡萄糖酸钠、乳酸钠、乙酸钠和水。该清洗剂为不含磷的碱性清洗剂，具有优异的除油、除锈、抗腐蚀、防锈等能力，对钢铁、钛合金等多种金属材料具有优异的清洗效果，并具有高效渗透、溶解、分散、剥离氧化皮的功能，可提升金属材料清洗效率及清洗后金属材料的表面稳定性，且不会导致钢铁类材料出现氢脆化现象，同时其配方简单、成本低廉。

Description

一种新型无磷除油除锈水基金属清洗剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及金属清洗剂的技术领域，特别涉及无磷的水基金属清洗剂的技术领域。

背景技术

传统的化学除锈清洗剂通常为酸性清洗剂，其中加有磷酸、硫酸、乙酸等较强的酸，通过酸与铁锈等金属氧化物发生化学反应，生成可溶性盐，达到除锈的目的，同时，清洗剂中的酸还可与被清洗的金属本身发生反应产生氢，氢对铁锈和难溶的氧化皮可产生压力，促进它们的剥离和高价铁的还原，对酸洗过程起到加速的作用。但传统的酸性清洗剂也存在明显的缺陷，包括：清洗过程中氢气的产生容易使钢材发生氢脆现象，导致金属的力学性能下降；清洗中易形成酸雾，对操作人员的健康和周围设备及环境产生危害；酸液的消耗液较大，会增加处理成本；酸液会对钢材形成过腐蚀，并产生的大量残渣，既严重腐蚀工业管道，又污染土壤和环境。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种新型无磷除油除锈水基金属清洗剂及其制备方法，所述清洗剂为不含磷的碱性清洗剂，可以除油、除锈，并去除零件表面的风干涂料，对钢铁件及钛合金零件等有优异的清洗效果，防锈性比现有的酸性清洗剂更佳，同时其具有渗透、溶解、分散、剥离氧化皮等的功能，且不会导致钢铁合金等出现氢脆化。

本发明的技术方案如下：

一种新型无磷除油除锈水基金属清洗剂，其包括以下组分：氢氧化钠、葡萄糖酸钠、乳酸钠、乙酸钠和水。

根据本发明的一些优选实施方式，所述组分中，乙酸钠的含量为2-8%。

更优选的，所述组分中，乙酸钠的含量为7%。

根据本发明的一些优选实施方式，所述组分的质量含量为：氢氧化钠15~30wt%、葡萄糖酸钠5~15wt%、乳酸钠2~8wt%、乙酸钠2~8wt%和水40~76wt%。

根据本发明的一些优选实施方式，所述清洗剂由以下质量含量的组分组成：氢氧化钠20wt%、葡萄糖酸钠10wt%、乳酸钠8wt%、乙酸钠7wt%和水55wt%。

根据本发明的一些优选实施方式，所述清洗剂由以下质量含量的组分组成：氢氧化钠18wt%、葡萄糖酸钠12wt%、乳酸钠7wt%、乙酸钠7wt%和水56wt%。

本发明进一步提供了上述新型无磷除油除锈水基金属清洗剂的制备方法，其包括：

加入配方量的水，在搅拌下，加入配方量的氢氧化钠，搅拌均匀后，得到第一混合液；

向所述第一混合液中加入配方量的葡萄糖酸钠，搅拌均匀后，得到第二混合液；

向所述第二混合液中加入配方量的乳酸钠，搅拌均匀后，得到第三混合液；

向所述第三混合液中加入配方量的乙酸钠，搅拌均匀后，得到所述新型无磷除油除锈水基金属清洗剂。

本发明的清洗剂中，氢氧化钠为强碱性主洗剂；葡萄糖酸钠为螯合剂，可与50多种金属离子形成可溶性螯合物，其与一些有害金属离子形成的螯合物的稳定性极好，可以直接将有害金属离子等从零件表面脱除，起到除锈、清洗油污、提高镀层光洁度，防止溶液中铁、铅等氢氧化物沉淀等作用。同时本发明的螯合剂及其他成分中不含有害的氯离子成分，不会引起设备孔蚀及应力腐蚀，清洗安全性好；本发明中乳酸钠和乙酸钠可同时作为络合剂及缓蚀剂，在碱性除锈环境下，不仅可以不断络合产生的游离金属离子如Fe²⁺和Fe³⁺，使得游离金属离子相应减少，保证金属氧化物与碱的快速反应，同时其可促进成膜，达到高效除锈的目的，此外，还可显著延缓金属基材的氧化现象，提高清洗后材料的表面稳定性，其中乙酸钠还可进一步防止除油除锈过程中产生的高温对零件表面涂层的破坏。各组分协同作用后，可使本发明的清洗剂具有优异的清洗力、防锈性、除油性和抗腐蚀性。经测试，其在清洗力、防锈性、抗腐蚀性和除锈性等指标上均可达到国际航空标准。

本发明具备以下有益效果：

本发明的清洗剂具有优异的缓蚀、抑雾效果，用其进行清洗的金属在除锈过程中不会产生过腐蚀和氢脆现象，有利于除锈的后处理；

本发明的清洗剂配方简单、成本低廉，除锈成本仅为0.15元/㎡左右，一吨溶液经反复使用，可处理一级锈蚀的工件约5000-7000㎡，是酸洗除锈的1/2；

本发明的清洗剂应用范围广，适用于各种尺寸、各种构件复杂的钢铁及钛合金等多种金属制品上。

本发明的清洗剂应用方便，应用后可显著改善工作环境和条件，降低劳动强度，且不危害操作人员的身体健康，不产生明显能源消耗；

（5）本发明的清洗可针对钛合金、不锈钢、高温合金等多种金属，可实现除油除锈以及热端喷气发动机部件的积碳清洗，其为无磷配方，安全环保，清洗过程简单，清洗液无需进行中和处理。

附图说明

图1为本发明的清洗剂对45#钢材的清洗效果展示，其中（a）为清洗前钢材，（b）为清洗后钢材。

图2为本发明的清洗剂对钛合金的清洗效果展示，其中（a）为清洗前钛合金，（b）为清洗后钛合金。

具体实施方式

以下结合实施例和附图对本发明进行详细描述，但需要理解的是，所述实施例和附图仅用于对本发明进行示例性的描述，而并不能对本发明的保护范围构成任何限制。所有包含在本发明的发明宗旨范围内的合理的变换和组合均落入本发明的保护范围。

实施例1

通过以下过程制备本发明的新型无磷除油除锈水基金属清洗剂：

加入配方量的水，开动搅拌器，其后加入配方量的氢氧化钠，搅拌均匀后再加入配方量的葡萄糖酸钠，搅拌均匀后再加入配方量的乳酸钠，搅拌均匀后再加入配方量的乙酸钠，搅拌均匀后得到新型无磷除油除锈水基金属清洗剂。

本实施例中，新型无磷除油除锈水基金属清洗剂的配方如下：

表1 实施例1的清洗剂配方

实施例2

采用与实施例1相同的过程制备新型无磷除油除锈水基金属清洗剂，仅配方做出调整，如下：

表2 实施例2的清洗剂配方

实施例3

表3 实施例3的清洗剂配方

实施例4

表4 实施例4的清洗剂配方

实施例5

表5 实施例5的清洗剂配方

实施例6

表6 实施例6的清洗剂配方

实施例7

表7 实施例7的清洗剂配方

实施例8

表8 实施例8的清洗剂配方

实施例9

表9 实施例9的清洗剂配方

实施例10

表10 实施例10的清洗剂配方

实施例11

表11 实施例11的清洗剂配方

实施例12

表12 实施例12的清洗剂配方

对比例1

表13 对比例1的清洗剂配方

对实施例1-12的清洗剂进行使用和测试，使用时将清洗剂稀释为30~50%的浓度，在83~93℃的温度下使用，使用时间为10~20min。

以其中实施例7所得清洗剂为例，其测试结果如下：

pH测试：

按ASTM E70的要求进行测试，获得25℃时清洗剂的pH值。经测试，25℃时，该清洗剂的pH为14。

比重测试：

按ASTM D891的要求进行测试，获得20℃清洗剂时的比重。经测试，20℃时，该清洗剂的比重为1.43。

闪点测试：

按ASTM D56的要求进行测试。经测试，该清洗剂在71℃以下无闪点，满足清洗剂闪点不应低于60℃的要求。

腐蚀速率测试：

按照ASTM F483的要求进行测试，将表14中每种材料至少4平方英寸(2581平方毫米)的面积完全浸入50%浓度的实施例7的清洗剂的稀释溶液中，在93℃保持24±0.5小时。

表14 腐蚀速率测试中材料的最大重量变化标准与测试结果

结果显示，表1中所有材料在稀释后的实施例7的清洗剂溶液中的重量变化均较小，满足标准要求。

夹层腐蚀测试：

按照ASTM F1110要求进行测试，测试结果如下表15所示：

表15 夹层腐蚀测试结果

其中，测试件a~f均为碳钢材料。

晶间腐蚀测试：

将表14中列出的材料全部放入浓度50%（最大使用浓度）的实施例7的清洗剂的稀释液中，室温保持24±1小时，测试该清洗剂溶液产生的晶间腐蚀或点状腐蚀的尺寸。

测试结果显示，实施例7的清洗剂溶液未导致晶间腐蚀超过0.0002英寸(0.00508mm)或点状腐蚀超过0.001英寸(0.0254mm)。

对表14中的钛6-4材料进行腐蚀和吸氢测试：

根据ASTM F 945的标准方法A测试清洗严重应力腐蚀的试样，所用钛合金在最高工作温度（93℃）下，完全暴露在浓度50%（最大工作浓度）的实施例7的清洗剂的稀释液中，保持40分钟吸氢测试。

测试样品金相结果显示，在实施例7的清洗剂溶液中，样品未产生应力腐蚀的裂纹；当暴露在最高工作温度（93℃）和最大工作浓度（50%）下至少40分钟后，钛合金的氢含量未超过20ppm。

喷涂前清洗金属的有效性测试：

按AMS-M-3171进行测试，以其中Type VI加工表14中每种材料试板各4件共计24件，在喷涂前后，试板使用MIL-C-16173, Grade 3润滑油浸润，清洗之前至少放置24小时，两块试板使用实施例7的清洗剂溶液清洗，另两块使用MEK进行清洗。试板按航空标准手册进行密封和喷涂测试，各试板上均标记两条平行的划痕，划痕间距约1.00in(25.4mm)，将胶带垂直对准划痕，用手指将其光顺并压紧贴合，1-2分钟后，以180°的角度快速的拉起胶带，观察喷涂涂层是否出现剥离、脱落等现象。

测试结果显示，使用实施例7的清洗剂溶液清洗的试板未出现任何剥离、脱落现象。

氢脆测试：

按ASTM F519的要求进行测试，采用1c型试件，使用实施例7的清洗剂溶液（即原液）及其浓度50%的稀释液，测试时间150h。

测试结果显示，使用的原液和稀释液的试件在150h内均未产生脆性断裂。

聚丙烯酸酯应力银纹化测试：

按ASTMF484的要求进行测试，使用实施例7的清洗剂溶液（即原液）及其浓度50%的稀释液，所用试件为复合MIL-P-25690的聚丙烯酸酯试件，在4500psi的外部应力条件下作用8h。

测试结果显示，使用的原液和稀释液的试件均未出现银纹及变色现象。

清洗能力测试：

以45#钢材与钛合金为清洗对象，分别放入实施例7的清洗剂的浓度50%的稀释液中，在93℃进行超声波清洗20min，其清洗前后对比情况分别如附图1、2所示。

测试结果显示，所用稀释液可有效清洗45#钢材和钛合金表面的锈迹等物质，清洗后的材料表面光洁、无氧化物等残留，清洗效果优异。

进一步的，将实施例1-7与市售酸性除锈清洗剂进行清洗效果测试，所用试样为自然环境下生锈的同一批碳钢试片，除锈效果通过使用放大镜在规定面积内观察去除量确定，所述氢含量通过氧氮氢仪测试得到。

其对比情况如下表16所示：

表16 实施例1-7与酸性除锈清洗剂清洗效果对比

通过以上对比可以看出，本发明的清洗剂会显著降低材料清洗后的氢脆风险，并保持较好的清洗、除锈效果，其中，以实施例7的清洗剂效果最佳。

进一步的，将实施例8-12与对比例1的清洗剂进行清洗效果测试，测试中，除油率通过以下过程得到：

将基材使用清洗剂溶液清洗干燥，称取其原始重量W0；

将基材放入油脂中，然后取出干燥，称取其变化后重量 W1；

将基材放入一定温度的清洗剂溶液中，以一定频率和摆幅摆洗一定时间，然后取出在纯水中漂洗后干燥，称取基材变化后重量W2；

将基材使用清洗剂溶液完全清洗后干燥，称取基材变化后重量W3；

根据计算式 [ (W1-W2)- (W0-W3)]/ (W1-W0)×100％计算得出清洗剂除油率。

使用同样的方法进行除锈率计算；并通过金相显微镜观察得到试样清洗后的切割截面的腐蚀情况。

其测试结果如下表17所示：

表17 实施例8-12与对比例1清洗剂清洗效果对比

通过以上对比可以看出，本发明的清洗剂具有良好的除锈、除锈效果，同时其中加入的乙酸钠（2-8%）与其他成分配合后可进一步提供清洗剂整体的除油、除锈效果，并显著降低清洗剂的腐蚀性和残留物，且其中以乙酸钠含量7%效果最佳。

以上实施例仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例。凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应该指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下的改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种新型无磷除油除锈水基金属清洗剂，其特征在于，其包括以下组分：氢氧化钠、葡萄糖酸钠、乳酸钠、乙酸钠和水。

2.根据权利要求1所述的新型无磷除油除锈水基金属清洗剂，其特征在于，所述组分中，乙酸钠的含量为2-8%。

3.根据权利要求1所述的新型无磷除油除锈水基金属清洗剂，其特征在于，所述组分中，乙酸钠的含量为7%。

4.根据权利要求1所述的新型无磷除油除锈水基金属清洗剂，其特征在于，所述组分的质量含量为：氢氧化钠15~30wt%、葡萄糖酸钠5~15wt%、乳酸钠2~8wt%、乙酸钠2~8wt%和水40~76wt%。

5.根据权利要求1所述的新型无磷除油除锈水基金属清洗剂，其特征在于，其由以下质量含量的组分组成：氢氧化钠20wt%、葡萄糖酸钠10wt%、乳酸钠8wt%、乙酸钠7wt%和水55wt%。

6.根据权利要求1所述的新型无磷除油除锈水基金属清洗剂，其特征在于，其由以下质量含量的组分组成：氢氧化钠18wt%、葡萄糖酸钠12wt%、乳酸钠7wt%、乙酸钠7wt%和水56wt%。

7.权利要求1-6中任一项所述的新型无磷除油除锈水基金属清洗剂的制备方法，其特征在于，其包括：

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述配方量包括：氢氧化钠15~30wt%、葡萄糖酸钠5~15wt%、乳酸钠2~8wt%、乙酸钠2~8wt%和水40~76wt%。

9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述配方量包括：氢氧化钠20wt%、葡萄糖酸钠10wt%、乳酸钠8wt%、乙酸钠7wt%和水55wt%。

10.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述配方量包括：氢氧化钠18wt%、葡萄糖酸钠12wt%、乳酸钠7wt%、乙酸钠7wt%和水56wt%。