|
金屬加工包括金屬清洗、表面涂飾以及金屬的車、銑、刨、鈷、軋、鑄造等加工過程?為了減輕勞動強度、提高產品質量、節約能源、降低成本，在各種加工工藝過程中常需使用一些助劑，其中，表面活性劑起著十分重要的作用?
1表面活性劑及其性能
表面活性劑是指能顯著降低液體表面張力或液液界面張力的物質?它們的分子都是由極性的親水基和非極性的憎水基兩部分組成?親水基常見的有羧基、硫酸酯、磺酸基、胺基、季胺基、羥基等；憎水基則是長鏈烷烴和芳烴為代表的基團?由于它們具有既親水又親油的“兩親”性質，因而在化學清洗時可使清洗溶液表面(或界面)性質發生改變，使其具有較低的表面張力?根據表面活性部分所帶電荷的不同將表面活性劑分為陰離子型、陽離子型、非離子型和兩性型?表面活性劑具有潤濕、起泡、增溶、消泡等特性?
2表面活性劑在金屬加工中的應用
2.1在金屬清洗中的應用
金屬清洗實際上貫穿在整個金屬加工過程中?清洗劑主要由清洗主劑、緩蝕劑、表面活性劑三大組分構成?表面活性劑在化學清洗中起著吸附、滲透、乳化、溶解、洗滌等作用，其在化學清洗中不僅僅作為輔助劑，而且可以作為主要成分而得到廣泛重視，尤其在酸洗、堿洗、緩蝕、除油、殺生等清洗過程中已經發揮出越來越大的作用?目前，以表面活性劑為主體的水基清洗克服了化學酸洗、化學堿洗等其它幾種清洗劑的不足，成為金屬清洗的主要發展方向?
水基金屬清洗劑的優點:清洗效率高，去污力強；安全性能好，不污染環境；節約能源，洗滌成本低；洗滌過程對被洗機件無損傷，洗后對機件不腐蝕等?
水基清洗劑多以非離子表面活性劑與陰離子型表面活性劑復配物為主體，再加多種輔助劑所組成的混合物?前者去污能力大，具有良好的防銹、緩蝕能力，后者能提高并改進清洗劑的綜合性能?其清洗機理是借助于表面活性劑的潤濕、滲透、乳化、增溶、分散等作用，使油污在金屬表面的附著力削弱，再施以機械攪拌、刷洗、加熱、超聲波等物理方法，使油污脫離金屬表面，而進入洗液中被乳化、分散開?
金屬清洗中常用的表面活性劑有脂肪醇聚環氧乙烷醚、烷基酚聚環氧乙烷醚、十二烷基苯磺酸鈉、十二烷基二醇酰胺、甲氧基脂肪酰胺基苯磺酸鈉等?
王雨等研究了以雙辛基聚氧乙烯醚和雙烷基苯雙磺酸鹽兩類雙子表面活性劑為主的金屬清洗劑清洗性能?結果表明，這種含有陰/非雙子表面活性劑的金屬清洗液具有較高的表面活性，陰/非雙子表面活性劑之間存在良好的協同效應?
2.2在金屬磷化處理中的應用
磷化處理就是用含有磷酸、磷酸鹽和其它化學藥品的稀溶液處理金屬?金屬表面在上述溶液中與磷酸、磷酸鹽介質起化學反應，轉變為完整的具有中等防蝕作用的不溶性金屬磷酸鹽層?金屬上的這種磷酸鹽轉化膜具有多種用途，它可以提高油漆與金屬的結合力和抗腐蝕性；也可以用做防銹油的載體、金屬冷加工過程中潤滑劑的載體以及磨擦表的潤滑劑等?
為了改善磷化膜結構，提高磷化效果，磷化液中還含有其它添加劑，其中表面活性劑的作用有:對金屬表面粘附的油污具有乳化增溶的作用，且能防止污垢的再沉淀；使溶液產生潤濕、滲透，有利于磷化液與金屬表面的接觸；降低液體表面張力，有利于磷化反應中氫氣的逸出，加強陰極去極化，從而加速磷化成膜過程?
磷化處理常用的表面活性劑是由環氧乙烷和各種疏水碳氫長鏈縮合而成，即非離子表面活性劑?
2.3在金屬電鍍中的應用
在電鍍過程中，為了提高電解液性能和改善鍍層質量，常需加入一些助劑，其中表面活性劑是主要品種之一，它有平整、光亮、擴散、改變鍍層物理性能、抑制酸霧逸出等作用?
電鍍中常用的表面活性劑有平平加、OP乳化劑、十二烷基硫酸鈉、亞甲基雙萘磺酸鈉、氟表面活性劑、脂肪酸聚環氧乙烷酯、聚環氧乙烷蓖麻油等
2.3.1鍍前清洗液
金屬工件在電鍍前，首先必須除油清洗，使之表面干凈?否則，沉積層在表面結合不良，嚴重時甚至得不到沉積層?
工件表面的油污有動、植物油脂和礦物油類?動、植物油脂在堿性溶液中可以發生皂化反應，形成水溶性的肥皂和甘油而去除；而礦物油或其它不皂化油則不能用堿使之化學分解，須借助表面活性劑的作用才能從金屬表面除去?在除油過程中，表面活性劑分子首先吸附于油與溶液的分界面上，油污在表面活性劑的親油基和親水基的作用下，再加上溶液的對流和攪拌作用，逐漸從金屬表面脫離而進入溶液，呈極細小的球形成乳濁液?
典型的碳鋼零件除油液配方:
氫氧化鈉20～30g/L，磷酸三鈉30～40g/L，碳酸鈉30～40g/L，OP乳化劑1～2g/L，30～50℃?
當零件表面在去除氧化皮進行強腐蝕時，腐蝕過程中產生各種有害氣體，氣體在逸出時產生酸霧，對環境和設備影響很大?若在酸洗槽中加入少量OP乳化劑后，酸洗溶液表面能產生一層泡沫，防止了酸霧的逸出?
2.3.2電鍍液
在鍍鉻時電流效率極低(10%～15%)，而且使用不溶性鉛陽極，通電后兩極產生大量的氫和氧，容易產生有害的鉻酸煙霧?鉻霧污染環境，危害操作人員的健康，而且引起設備的腐蝕?為抑制鉻霧的產生，可以在鍍鉻液中加入少量全氟烷醚磺酸鹽表面活性劑，在鍍鉻時溶液表面形成一層泡沫，抑制了鉻霧逸出，既確保了操作者的健康，又可降低鉻酸消耗?
電鍍中使用的表面活性劑對電沉積過程起著直接和間接的作用，這些作用的實質是在電極和溶液界面上有機化合物的表面活性作用?隨著科學技術的進步，表面活性劑在電沉積中的應用必將進一步得到重視和發展?
2.4在防蝕及其它方面的應用
對于大多數金屬，由于周圍介質的影響，在金屬表面會因發生化學或電化學變化而遭受腐蝕?據統計，每年由于腐蝕而耗掉的金屬和報廢的金屬設備與材料約相當于金屬每年產量的30%?為了減少金屬腐蝕，需在金屬表面涂一層保護層或改變腐蝕介質性質等方法，以隔絕金屬體與周圍環境的直接接觸?除上述磷化處理、電鍍方法外，還有涂防銹油等方法?
緩蝕用表面活性劑有烷基醇酰胺、十八烷基胺環氧乙烷加成物、季銨鹽、羧酸銨、咪唑啉衍生物、環烷酸鈣(鋅)、烷基萘磺酸鈉、磷酸酯等?
3表面活性劑的發展趨勢
表面活性劑的研究、生產和應用已成為一門迅速發展的科學和技術，在工業生產中被廣泛應用?
隨著人們對環境的關注，表面活性劑也向綠色化方向發展，即采用環境友好，可生物降解的，污染小甚至無污染的原材料制備表面活性劑?環保型表面活性劑必將在將來的金屬加工中，發揮越來越重要的作用?
(關鍵字：活性劑 金屬加工)
