工件清洗液PH值的极限值讨论.doc

关于金属耐清洗液极限pH值的探讨 刘仁新 东风（十堰）老科协科技发展有限公司 442041摘要：分析了多篇文献中对各种金属耐碱性的极限pH值，发现不尽相同，钢鉄数值差异明显。生产实践应用中反应问题不少。通过论证：在清洗范畴内，钢铁耐碱性的极限pH值，确定在12是比较合适的。关键词：极限pH值Probes on limit PH Value of metal cleaningLiu Ren-xin Dong Feng Aged Science Association Technology Development Co. Ltd. Shi Yan 442041 Abstract: Significant differences were found in several articles on limit PH value of metal resistance to alkali. Many problems occurred in production when using limit PH value. Through probes, it is found that the limit pH value less than 12 is acceptable in steel cleaning.Keywords: limit PH value清洗液pH值对于清洗来讲，搞电镀和涂装工程的人几乎是不成问题的问题，pH值越大越好，有利于清洗效果，有利于污垢的脱附，提高清洗剂的乳化能力和分散能力，有利于清洗碱的皂化能力，但是是否有例外呢，值得探讨。一各种金属耐碱性的极限pH值有不少专著对金属清洗剂耐碱性的pH极限值列在表一中。表一 各种金属耐碱性的极限值(pH值) 金 属文献中极限pH值 123456锌101010101010铝101010101010锡1111111111黄铜11.511.511.511.51111.511.5硅铁13.01313钢铁14.0无极限值13无（未表达）13铅10该文献所列pH值称腐蚀pH值，处理温度：40-70，pH值的极限还含盖到相应的合金。本文作者认为应加号才对。综合表一所列极限pH值，锌、铝、锡、黄铜、硅铁几乎完全一样，只有钢铁的极限pH值有所不同，铅极少人提及。为此，我们可以做这样的理解：1.由于文献的互相引用，才有了以上的共同，原作者是谁找不到了。推荐者仅是引用，并沒有作过认真地科学论证，所以它不是科学经典结论；2.某些场合，对铁的使用不太计较表面微覌的变化，也就放开了钢铁的耐碱性的极限pH值，恰恰将人们带入了误区；3.所列pH值，是应该受条件限制的：如温度、时间、浓度、碱溶液中是否含有钢铁缓蚀剂等，文献中只有少数作了标注，这样的推荐，学术上是不严谨的，是会误导读者的；4.工业上应用极限值，应该慎重、仔细。因为pH值12和13碱离子的浓度是相差十倍的，12和14碱离子的浓度是相差百倍的。5文献2 、4说钢铁无极限值，这是不对的。他们均承认在高浓度，煮沸氢氧化钠中，也会产生腐蚀。但是不夠具体，是析氢腐蚀还是吸氧腐蚀？本文作者在实践中，曾经遇到极限pH值这样的问题。从相关文献中也找到部分实验依据，現表达在下述事例中。二.四个 事例1.某样板清洗、磷化试验：(1)工艺过程1）样板：08Al冷轧板，表面上一般薄防锈油；2）中温清洗剂清洗：浓度2%，温度5060，pH值=13。5，时间2分钟，人工棉纱擦洗；3）水洗1：室温,2分钟;4）水洗2：室温,1分钟;5）含钛表靣调整剂处理：浓度0.2%，温度室温，时间0.5分钟；6）低温锌锰镍磷化液处理：总酸浓度2025点，游离酸11.2、酸比20，温度3540，浸渍处理；7）水洗3：室温,2分钟;8）水洗4：室温,1分钟;9) 烘干：80/10分钟。操作人员为了将样板洗得干净些，事先将10块样板浸泡在清洗液中，然后按上述工艺磷化，结果，沒有一块样板磷化膜获得成功。后改变操作方法，样板不事先浸泡，按上述工艺清洗磷化，结果，每块样板磷化膜均获得成功。(2)原因分析：在pH值=13。5清洗液中，温度5060，长时间浸泡，钢板表面会产生碱性氧化膜吸氧腐蚀（表三数据证明了这点），而且较厚,该膜在磷化时，游离酸不足以将其溶解，故磷化膜在氧化膜上是不能很好地生成。后者消除了厚氧化膜生成条件，磷化膜自然做的成功。(3)小结：pH值=13.5的碱液，对钢铁表面有碱性氧化作用，对后继化学处理（如磷化）有付作用，这点常常而不被人知晓。2.汽车发动机支架清洗、磷化生产(1)表靣有锈、氧化皮的发动机支架在转盘喷丸机上喷丸处理，表面上露出金属本色后,转交下道工序时，用5%亜硝酸钠碱液进行中间防锈；(2)在进入磷化处理前，用pH值=13.5的碱液清洗2分钟，中温磷化结果令人不满意；(3)改换工艺，在进入磷化处理前，用水将中间防锈的亜硝酸钠碱液洗掉，再经pH值=13.5的碱液清洗1分钟，中温磷化结果令人很满意；(4)小结：含碱性亜硝酸钠的金属表靣，在pH值=13.5的碱液清洗2分钟，加重了金属表靣碱性氧化吸氧腐蚀过程，产生的氧化膜较厚，在后继中温磷化过程中，妨碍了磷化膜生成，而将金属表靣碱性亜硝酸钠洗掉，再清洗磷化，免除了碱性氧化加重的过程，才使中温磷化得以完美。3.金属在碱液中浸泡后重量变化文献4报导以下数据表二 各种碱剂对有色金属的腐蚀4 ，碱 剂锡(83处理1h)铝(100处理1h)碱浓度g/lpH值质量损失g/M2碱浓度g/lpH值质量损失g/M2碳酸钠2.4911.20.799.9811.431.6磷酸钠2.4911.60.929.9812.021.90偏硅酸钠2.4912.00.149.9811.60.07922碳酸氢钠2.4910.020.47氢氧化钠9.9813.5129.0表三 碱剂对铝和钢铁腐蚀的对比4碱剂处理条件pH值金属板材原质量g处理后质量g质量变化g氢氧化钠温度：100时间：30分浓度：1% 13.1铝1.64711.2888-0.3583铁6.07426.0743+0.0001碳酸钠 11.2铝1.70591.6352-0.0707铁6.06326.0631-0.0001磷酸钠 12.0铝1.72591.6192-0.1061铁6.03896.0392+0.0002偏硅酸钠 12.4铝1.70561.7049-0.0007铁6.30206.3030+0.0010 pH值检测条件是24，与处理条件下100时pH值不能等同，仅作参照。2）小结：锡在实验条件下,pH值=10时即遭腐蚀，故原极限pH值=11有讨论的必要,也说明客覌实验条件对金属耐极限pH值的重要性：铝的腐蚀极限pH值=10，己有文献5提出不同看法（pH值小于10），但没有确切数据。具体数值也有待客覌条件确定后再定钢铁在pH值12.0时，均有增重倾向，pH值越高，增重越大。作者认为就是碱性氧化吸氧腐蚀所致。三.討论1.清洗有色金属选用的清洗剂，1%浓度下，50-60时，pH值要小于10，清洗后要检查有色金属表靣金属光泽是否依旧，有无化学反应迹象，表靣是否失光、粗糙、粉化，否则PH值还应降低，工艺条件（温度、时间、浓度等）也要变更。如果清洗由于pH值偏低造成清洗效果不好的话，可以用pH值等于8-10的表靣活性剂兑水，人工进行预脱脂。2.脱脂设备用钢板制造，使用任何碱液清洗剂都没有问题，不必担心设备腐蚀问题。但是应该提醒大家，设备越用越好，切记不要三天打鱼二天晒网，设备反会受到损坏腐蚀。3.清洗碱度偏高，铁金属表靣碱性氧化，一般不被人们注意，现在可以肯定地说：影响钢铁磷化膜生成的原因之一，就是清洗时生成碱性氧化膜所致。4.一般讲pH值13的清洗剂中均含有氢氧化钠、氢氧化钾成份，它们的漂洗也较难，有时需三、四次以上的漂洗，工艺上要注意后继工序的处理。5.高pH值对铁金属带来的氧化膜，一般不影响电泳涂漆的电学行为，因为产生的氧化膜在电泳施工中，经不起施工电压的击穿作用。6.pH值的检测：一般有三种方法，pH值试纸、精密pH值试纸、酸度計。pH值试纸测量误差较大（差12亇单位），仅适用一般工序粗畧检测，精密pH值试纸较好，误差较小（差051亇单位），准确的测定还是要用酸度計。温度对测定PH值有影响，注意校正。7.说点题外话：脱离清洗技术范畴，从腐蚀理论出发，某金属能否发生腐蚀时，一般是以该金属的标准电极电位同溶液中所含物质可能发生的还原反应（阴极反应）的平衡电位作粗略的比较，更好些的做法是根据电位pH图来判断。它考虑到腐蚀过程的众多次生反应（至少是其中几个主要反应），各反应平衡时电位、pH值、离子活度和参与反应气体的分压等各参数之间的关系，而不是单纯讲PH极限值。图1是铁水系统腐蚀状态图7。例如图1中F点，处于可能发生腐蚀的状态；若将电位降至不腐蚀区，即可从根本上防止腐蚀，此即阴极保护法；若将电位升高至钝化区，则可能实现腐蚀的抑制，这可用阳极保护法或添加阳极性缓蚀剂（钝化剂）或氧化剂来达到；若使溶液pH值升高，使之进入钝化图1 铁水系统腐蚀状态图区，例如往工业用水中加入碱，使pH值达到1013，也可以减轻钢铁的腐蚀。实验证明，这些计算得来的电位-pH腐蚀状态图往往与实测结果不一致。实际应用时最好是使用实测的电位-pH腐蚀状态图。四.结论1.文献中各种金属耐碱性的极限pH值，它不是経典之说。在清洗剂的范畴内，至少要表明适用碱的浓度、温度、处理时间，甚至清洗剂中是否含缓蚀剂（氧化剂）。否则是不能成立的，容易误导读者，造成工作，生产损失。2.各种金属耐碱性的极限pH值，应表达为金属不发生析氢腐蚀、不发生吸氧腐蚀变化的pH值。文献所列数据应该认真论证，至少列出客覌工艺条件和后果。3.有色金属耐碱性的极限值应仔细论证，文献所列数值不夠完善，至少锡是这样。4.钢铁的耐碱性的极限值(pH值)=14，甚至说无极限值，这亇说法不全靣，甚至错误。从清洗钢铁不影响使用角度看，沒有问题，从化学反应来看，钢铁在pH值12时，己受到氧化（增重）影响，pH值越大，氧化程度越高。氧化的钢铁再作其它表靣处理就难了。所以，钢铁的耐碱性的极限pH值，在清洗范畴内，定在12是比较合适的，本文作者常年应用这亇概念处理清洗剂、清洗液的工艺问题均获良好效果。应用时从未发生任何工艺、质量问题。参考文献1.王锡春 杨必暖 林鸣玉 最新汽车涂装技术 机械工业出版社 P582.曹京宜 涂装表预处理技术与庅用 化学工业出版社 P363.周静舒 防锈技术 化学工业出版社 P724.魏竹波 周继维 金属清洗技 化学工业出版社 P2385.蔡志华 除油技术浅探 材料保护 1988 No4 P406.殷雄志 金属清洗剂的配方设计 涂装技术 1988 No1 P117曲敬信 汪泓宏 表靣工程手册 化学工业出版社