钢铁加工过程的清洗防锈

钢铁应用于工业生产和生活中的各个方面，在人类的生活和工作有着十分重要的作用，是科技发展的基础但钢铁在大气中易锈蚀且锈蚀过程相当复杂对工业生产及人们的生活产生不同程度的不利影响，带来不必要的经济损失，在我国，据中国工业和自然环境腐蚀调查项目组2008年调查结果显示，由腐蚀造成的直接经济损失达2300亿元，间接经济损失为5000～6000亿元，相当于我国国民生产总值的5%。因此防止钢铁腐蚀的方法就变得很重要。金属的暂时性防锈方法包括涂覆防锈油、防锈水和包裹气相防锈材料。目前钢板采用的防锈措施主要是水基型防锈剂

市面上的一些水基防锈剂亚硝酸盐、硅酸盐、苯 甲酸钠的碱性水基防锈剂，在涂于金属表面易流淌，水分蒸发后还会在面形成白霜，失去应有的防锈效果。因此,金属长效的水基金属防锈剂与除锈等技术的研究, 成为机加工领域重点关注的问题之一。

1 金属发生锈蚀的反应机理

1.1 锈蚀的定义

金属材料锈蚀，是指各种金属材质在自然环境中因为受到物理化学或电化学影响, 所引起的损伤或变化。在实际工业生产中，由无电的纯粹化学反应或纯粹物理性质水解所引起的锈蚀现象都极少见，一般是由电 化学腐蚀所引起的。

1.2 金属产生锈蚀的反应机理

在钢铁中的含铁的元素除了铁之外,还包括碳、锰、 硅、磷、硫等，而这些元素的阴极电位一般都较其本体电位为高，而当金属表面裸露于较潮湿的气体中之后，由于表面铁对大气中的水分有吸收功能，所以在金属表面上就生成了一个极薄的湿气层水膜吗，当水膜出现后，其相位就出现了一个电位差，因而生成了一些较细小的阴极，并由此引起了阳极铁的锈蚀。在铸铁中，由于 层石墨的正电位一般较高于其他相的电位差很大的微电池，极易锈蚀 。

生锈的主要原因是复杂的，并且占据着主导地位的是环境。有水的金属表面上气体中的氧气就会还原为氢 氧化物，金属则变成了阳离子。对铁、氢氧化铁很快形 成并继续混合氧化物，而氢氧化物生成了锈蚀。它也是一种电化学过程。需要水、氧及一种电解质的存在。缺少它们当中任何一个就不会出现明显的生锈。

2 加工工艺及防锈方法

一个完整的金属加工工艺包括：切削成型、清洗、防护、包装，四大工序。夏季是机械加工金属工件的锈蚀多发季节，我们围绕着这四大工序展开探讨，通过各工序的日常维护、添加化学产品及使用一些辅助材料，达到金属工件防锈的目的。

2.1 切削成型工序

切削成型工序是金属毛坯机加工的首道工序，直接决定着金属工件的精度和质量。而金属工件的切削成型往往离不开切削液。切削液配方中会加入一定量的防锈剂，使其具有一定的防锈效果。那么，切削液的日  常维护就尤为重要，通过对切削液的外观巡检、循环系统控制、油污控制、状态控制、浓度检测、pH值检测，避免因切削液出现发霉变质、浓度不足等原因而导致加  工的金属工件出现锈蚀，这种情况夏季会频频发生。

2.1.1 切削液的分类介绍

切削液根据基本组成和相应的化学特性可分为"微乳切削液"、"水基切削液"和"油基切削液"。也就是,半人工合成切削液、全人工合成切削液、乳化油。

1) 全合成切削液。全合成切削液的平均含油量是百分之零, 溶液的成分一般有: 水、防锈的添加剂、润滑的添加剂, 由于这些溶液的冷却效率相当好，在一般 的研磨过程以及一些精加工中常使用到。

2) 半合成切削液或者是微乳切削液。半合成型切割液作为各种金属加工机器表面处理的润滑剂与冷却 , 是全合成型切削液与乳化油的完美替代品。以各种成分 精炼而成，不含硫、氯、亚硝酸钠等危害化学物质 ,解决了全合成的切削液机器润滑性能差和对乳化油环境污染大的弊端。同时拥有卓越的机械润滑性能 , 有显著降低工具损耗、改善表面抛光效果﹑显著降低机器功耗的效果，同时还有防腐能力强,使用寿命长的优点。

3）乳化油。黑色和有色金属的机加工润滑与淬火，并能进行金属精细处理，因此具备了卓越的冷却润滑防 锈特性。产品主要由基本油﹑乳化物﹑抗锈物﹑精炼而成，拥有优异的润滑﹑淬火﹑洗涤﹑防锈特性，乳化液性能高，且具有较强的防硬水功能，润滑性能高于全合 成和微乳切削液。

2.1.2 切削液的维护

1）外观巡检 

外观巡检包括切削液的气味、颜色、 状态等。这些可直接反应切削液的基本情况。

2. 循环系统控制 

为了确保切削液的正常使用 , 就需要保证切削液良好的循环状况，而如果遇到长期停 机(三天以上)建议每天循环三十分钟以上。避免因停 机时间过长，切削液发生霉变，再次生产时，导致所加 工的金属工件生锈。

3. 油污控制 

切削工作液内的油污是导致切削液霉害发生的重要原因,一旦切削液变质，在加工过程中， 金属裸件就会生锈，应该严密进行监测。经常进行检查监控,若出现油污混入, 应立即暂停使用,并撇除液面 浮油。

4. 浓度检测 

浓度是提供机加工过程中良好润滑和冷却作用的关键所在，同时也是防护金属裸件生锈的重要指标，因此需要严密控制，使用浓度应不低于供应 商推荐浓度标准的下限。

5）pH 值检测 通过对pH值的检测与控制,人们能够掌握了切削液酸碱度变化的规律;而pH值的突然大幅度变化,往往也预了切削液中其他特性的改变。pH值应维持在工艺要求范围内,pH值的下降通常预示了切削液长菌和防锈性的降低。此时应将原有工作液全部排空 , 使用杀菌剂对整个循环系统进行彻底的杀菌清洗 , 最后重新配置工作液，才能恢复切削液对加工金属的防 护功能。

2.2 清洗工序

清洗工序是将金属工件上的各种加工油脂通过设备（超声波清洗机、喷淋清洗机、蒸汽清洗机、高压水 枪等）内加入的化学清洗剂清洗干净，干燥后的金属工 件表面没有油污残留，短期之内不生锈。化学清洗剂分为水性清洗剂和溶剂清洗剂，下面通过水性清洗剂的反应机理及维护方法来论述在清洗工序如何防止金属加工件生锈。

2.2.1 水性清洗剂的主要成分及反应机理

水性清洗剂,是特别针对现代制造业金属表面工件的高度精密化清洁而研制的新型环保水基清洗剂,它通 过表面活性剂、乳化剂、渗入剂和缓蚀剂等的其他助剂 的润湿、乳化、渗入、扩散、增溶、防锈等功能, 促使 表层污染物从金属工件上脱离，并扩散或乳化在清洗剂(工作液)中, 从而达到对工业金属表面污垢、油脂和 污染物的清除及清洗后防止锈蚀的目的。

2.2.2 水性清洗剂的维护

1）外观巡检 

外观检查包括工作液的气味、颜色、 状态等。这些可直接反应水性清洗剂工作液的基本情况。

2）循环系统控制 

为了确保水性清洗剂工作液的 正常使用, 就需要保证工作液良好的循环状况, 而如果 遇到长期停机(三天以上) 建议每天循环三十分钟以上，夏季应在工作液中加入杀菌剂，避免因停机时间过长，水性清洗剂工作液发生霉变，再次生产时，导致清洗后的金属工件生锈。

3）油污控制 

清洗下来的污垢是导致水性清洗剂工作液霉害发生的重要原因, 应该安装油水分离装置，或者人工清理工作液内的油污，有助于延长工作液的使用寿命，避免因工作液霉变，在清洗过程中金属加工件 生锈，夏季必须重点关注。

4）浓度检测 

水性清洗剂的浓度是清洗工艺中工件清洁程度的重要指标，因此需要严密监视，避免因工 作液中水性清洗剂浓度的降低，而导致工作液的防锈功 效减弱，甚至失效。使用浓度应不小于供应商推荐浓度 标准的下限。

5）pH值检测 

通过对pH值的检测与监控, 通过水性清洗剂工作液pH值的波动来判断工作液的有效性。pH 值的降低通常预示着工作液中清洗剂的浓度降低或工作液生菌变质，此时清洗金属加工件就极容易生锈，应尽快提升工作液浓度或彻底清槽杀菌后重新配置 工作液。

6）游离碱度值检测 

通过酸碱滴定法,滴定水性清洗剂工作液的游离碱度值，如果游离碱度值和pH值数据同时降低, 说明工作液已经生菌变质, 此时工作液伴有难闻的臭味儿，应将原有工作液全部排空, 使用杀 菌剂对整个循环系统进行彻底的杀菌清洗, 最后重新配置工作液。

2.3 防锈工序

防锈工序，使用防锈剂对清洗干净的金属加工件进行特定有效的处理。一般分为: 水性防锈剂和油性防锈剂。

2.3.1 水基防锈剂的主要成分及反应机理

水基防锈剂主要是由高效性的防腐蚀材料、成膜剂、表面活性剂等复配而成，在金属表面形成吸附型或钝化型的薄膜，保证金属材料表层不受水份、化学物质、空气及其他腐蚀性品的侵蚀，广泛应用于金属材料行业中的钢铁材料、铸铁、机械零件、不锈钢、合金钢制品组件以及金属材料加工的生产工序与防腐过程使用。

2.3.2 油性防锈剂的主要成分及反应机理

油性防锈剂，是有防腐蚀作用的油性介质。由油溶性缓蚀剂、基础油和辅助增味剂等构成。而按照性质和 作用原理，又有溶剂挥发类的防锈油(脱水防锈油、硬 膜防锈油和薄膜防锈油)、防腐润滑二大使用油类。

2.3.3 防锈剂的维护水性防锈剂通常和水性清洗剂配合使用，维护方 式和注意事项以及对金属加工件产生锈蚀的影响相同，这里就不再过多赘述。油性防锈剂应注意工作液中水分及金属杂质的含量，需定期清理排除，避免因油性防锈剂变质发生金属加工件的防锈性降低或完全丧失防护效果。

2.4 包装工序

包装是金属机械加工的最后一道工序，防锈仍然是不能忽视的关键问题。在此工序我们可以通过干燥剂、防锈纸、防锈袋等辅助材料来提升金属加工件的防 锈性，延长加工件的防锈周期。将防锈剂处理后的工件 装入防锈袋，在袋内放上干燥剂后密封保存, 金属工件 的防锈周期将大幅度提升。

2.4.1 金属加工件生锈后的处理

一旦在加工过程中金属工件已经生锈，此时需要先用化学除锈剂(一般为酸性)将金属工件上的锈蚀彻底清除, 在工件精度不受影响的前提下, 再次进行清洗、防锈处理，将处理好的金属加工件包装入库。

3 结束语

在金属的机械加工过程中，防锈是每一道加工工序重点关注的问题，而化学药剂贯穿着整个加工工艺，所以，我们通过对每道加工工序所使用化学药剂及生产 设备的维护管控（尤其在夏季化学药剂容易出现问题的季节），达到防止金属加工件生锈的目的。