背景,鋁合金酸性脫脂劑,參考配方案例,
背景
鋁及鋁合金的除油，早期是延用鋼鐵的除油工藝，即槽液為Na2CO3、Na2SiO3、Na3PO4溶液，操作溫度40～70 ℃,時間5～15 min,這種工藝性能穩定，壽命長，但槽液成本高，不易洗淨，現已基本不用。60年代，人們採用NaOH或Na2CO3添加Na3PO4、絡合劑、非離子表面活性劑、陰離子表面活性劑在室溫下脫脂，時間3～5 min，除油效率高，成本低，節能，但槽液易產生絮狀沉澱，絡合劑、表面活性劑易帶入後續槽形成污染，目前僅有少數廠仍在使用。從80年代開始，酸性脫脂逐步普及，槽液為H2SO4或H3PO4加入HF、Fe、H2O2、NO和非離子表面活性劑，室溫下操作，時間為3～5 min。這種工藝效率高，不污染後續槽，是較好的脫脂工藝，現在套用越來越廣泛。
鋁合金酸性脫脂劑
由於H2SO4、H3PO4、HF的強酸性體系，對金屬具有一定的腐蝕性，並且具有揮發性氣體對人體具有一定的傷害。因此，目前市場上出現了弱酸性脫脂劑，並且具有除油，除銹二合一，效果好，能快速有效的乳化各種油脂，並能除去工件上的鏽蝕及氧化皮。
2.1配方組成
酸性脫脂劑主要由無機酸、氧化劑、高價金屬離子及表面活性劑等成分組成。其中，無機酸可以是H2SO4、H3PO4、HF、亞磷酸、硼酸等。H2SO4對鋁合金有弱浸蝕能力，能潤濕整個金屬表面，使自然氧化膜溶解，油污鬆動。高價金屬離子一般選用Fe,一般以硫酸鐵、硝酸鐵等鐵鹽形式加入，以加速鋁的腐蝕，鐵離子可以在鋁表面發生置換反應，形成微電池，使鋁表面產生微量氫氣，將油污帶出鋁表面；同時，鐵離子還可以抑制脫脂液對不鏽鋼設備的腐蝕。氧化劑主要是H2O2或NO(如NaNO2)等，作為Fe的穩定劑，將還原產生的二價鐵離子氧化成為三階鐵離子，並起到Fe類似的功能。由於亞硝酸鹽在酸性溶液中容易釋放出NOx有毒氣體，所以最好使用H2O2作為氧化劑。加入表面活性劑可以提高鋁合金表面的潤濕性，降低油污的附著力，使油污乳化均勻地分散在脫脂液中，在酸性脫脂液中，選擇耐酸性強的非離子或陰離子表面活性劑如長鏈脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚、烷基二甲基胺氧化物為最佳。
1)硫酸
稀硫酸是一種非氧化性的無機酸，對鋁合金型材有輕微的化學浸蝕作用，使用成本較低，酸霧揮發性少。硫酸能溶解、剝離鋁及鋁合金表面形成的自然氧化膜；裸露的鋁合金基體與硫酸發生反應，起到活化鋁表面的作用。當槽液中硫酸濃度低於30%時，鋁的化學溶解速度隨硫酸濃度的增加而緩慢地增加，鋁材溶解損耗量少；當槽液中硫酸濃度超過30%以後，鋁的腐蝕速度迅速加快，易產生過腐蝕，光亮度下降。一般來說，槽液中硫酸濃度不宜超過15%。
2)氟化氫銨
氟離子在酸蝕脫脂液中作脫除氧化膜的加速劑，能加速溶解鋁表面的氧化膜，消除或減少擠壓模痕和其他缺陷，使鋁型材表面平整光潔、均勻一致。氟是一種體積小、電負性較強的鹵族元素，對鋁能起強烈的氧化作用，與雜質有一定的絡合能力，能溶解鋁合金表面的錳、銅、矽等合金元素和雜質，抑制和除去鋁材上的黑色掛灰，獲得較光亮的金屬表面。氟化氫銨的化學穩定性強於氫氟酸的，對人體皮膚的傷害作用小於氫氟酸的，因此，採用氟化氫銨取代氫氟酸為溶液提供氟離子，在生產中使用比較安全，還可以減輕氟離子對不鏽鋼設備的腐蝕。脫除氧化膜的腐蝕速度隨氟化氫銨濃度的增加而增長，氟化氫銨含量不宜過高，否則反應劇烈易造成過腐蝕，降低鋁表面光澤，不利於後續的鉻酸鹽轉化處理。
3)檸檬酸
檸檬酸在酸蝕脫脂液中主要起緩蝕作用，能有效地抑制鋁在酸性介質中的腐蝕。檸檬酸是三元有機酸，能在鋁基體表面進行物理和化學吸附，改變金屬/溶液界面的雙電層結構，增加金屬離子化過程的活化能，從而使腐蝕速度減慢，降低鋁材的損耗量，避免發生過腐蝕。檸檬酸是金屬離子的絡合劑，能與從酸蝕液中溶解下來的鋁、鎂、鐵等離子形成穩定的絡合物，減少槽液中鋁離子的含量，掩蔽槽液中雜質的干擾，使溶液穩定，減少沉澱，從而延長酸蝕脫脂液的使用壽命。檸檬酸的加入，對減少鋁損耗、降低化工材料消耗、減少槽液沉渣、改善操作條件均有一定的作用。
4)硝酸鈉
硝酸鈉是酸蝕脫脂液中的氧化劑，對鋁合金具有良好的光亮和整平效果。硝酸鈉的作用是使鋁材表面發生氧化反應，形成的氧化鋁鈍化膜遏制了鋁表面凹陷處的酸性擇優浸蝕，使鋁型材的腐蝕面平整、光潔。
5)硫酸鐵
三價鐵離子能加速對鋁型材表面進行腐蝕和脫除氧化膜，Fe可以在鋁材表面發生置換反應，形成微電池，使鋁表面產生微量氫氣，將油污帶出鋁表面，反應過程AL+ Fe+2H→AL+Fe+H2↑。槽液中的氧化劑能將上述反應產生的Fe重新氧化成Fe，減少Fe的積累，使槽液穩定，因此Fe在反應過程中自身不消耗，主要起促進作用，可提高鋁材的除污速度和光潔度。
6)二丙二醇
在酸蝕脫脂液中加入二丙二醇等易溶於水、微毒類的有機低分子增溶劑，能大大降低溶液的表面張力，顯著改善酸蝕脫脂液的清洗能力和溶液穩定性。油脂的分子結構中有較長的烴基，與有機溶劑的結構相似，可以互相溶解，因此，利用有機溶劑對油脂具有很強的溶解能力的特點，可以提高酸蝕脫脂液的脫脂效果。
7)表面活性劑
鋁材表面上的油脂通常可分為礦物油脂和動植物油脂兩大類型，表面活性劑對上述油脂有良好的潤濕、乳化能力，在酸蝕脫脂過程中，表面活性劑吸附在油與溶液的界面上，其親水基因指向溶液，親油基因指向油污，定向地排列，使油和溶液的界面張力大大降低，油脂在金屬表面的附著力減弱，在酸腐蝕金屬產生氫氣的機械剝離作用下，油污鬆動，容易分散成極小的油珠脫離金屬表面懸浮於溶液中，表面活性劑的增溶作用可防止脫下來的油污再粘附到鋁材表面。常溫下提高除油效率的關鍵是表面活性劑的選擇和配比最佳化，應根據表面活性劑的表面張力、濁點、臨界膠束濃度以及親憎平衡值（HLB值），選擇多種對油污吸附性、潤濕性和分散性好，滲透力和乳化力特彆強，泡沫少，生物降解性好，在酸性溶液中性能穩定的陰離子型和非離子型表面活性劑進行復配，復配時要將HLB值調整至12-16，以適合溶液清洗的範圍。復配後兩者的協同效應可以達到互相補償及增效之目的，使溶液的表面張力和臨界膠束濃度下降，濁點升高，表面活性增加，潤濕性能和淨洗作用都得到明顯的改善。在採用噴淋方式進行酸蝕脫脂時，由於機械力的作用會產生大量泡沫，使溶液以泡沫的形式大量從槽中溢出，因此，應加入適量的消泡劑抑制泡沫的產生。試驗表明，選擇磺酸鹽類陰離子型表面活性劑和烷基酚聚氧乙烯醚、聚醚類非離子型表面活性劑進行復配，可以獲得良好的除油效果。
參考配方案例
組分 | 投料量（g/L） |
磷酸 | 200~250 |
十二烷基硫酸鈉 | 30~50 |
聚乙二醇 | 10~30 |
二乙二醇單丁醚 | 10~30 |
氫氧化鉀 | 10~30 |
鉻酸 | 50~100 |
檸檬酸鈉 | 30~80 |
有機矽類消泡劑 | 5~20 |
水 | 餘量 |
