超声波在酸洗钝化处理中的应用

Posted 2023-01-12 超声波

篇首语：学新温故，学以致用，总结提高。。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了超声波在酸洗钝化处理中的应用相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

利用超声波的空化冲击效应，使酸洗钝化液在超声波波束的推力作用下对铸件的表面形成一连串的密集冲击，使酸洗钝化的过程“动"起来，既“钝化"了铸件，又使铸件的表面更光滑、细腻。由于酸洗钝化液“动"起来了，在用酸量和配比浓度大为降低的同时，酸洗钝化液的粘滞度也随之大大降低，故而易于沉淀回收处理，资源被充分利用，成本也相应得到了降低。酸洗钝化过程中的酸腐蚀过度而引起的“废品"问题也因此而基本消除。尤为突出的是“酸雾"弥漫现象得到了一定程度的改善。
DOI：10.3870/tzzz.2009.08.015
钝化处理是指铸件在特定的化学处理溶液中成膜、沉淀或局部吸附，使铸件的表面失去活性而呈钝态的过程。其酸洗钝化处理过程，以常用的镍铬系列不锈钢为例：抛丸→冲洗→酸洗→抛丸→冲洗→钝化→冲洗→碱洗→冲洗……热水洗→吹干。不管“酸洗"还是“钝化"，其处理过程用酸都是强氧化剂、强腐蚀剂，体积分数一般在25%～40%之间，有的高达50%。尤为严重的问题是“酸雾"，特别是在配新酸液时，酸雾对人的伤害很明显，而且在处理过程中还易出现“酸腐蚀过度"，甚至使铸件报废；由于粘滞度的增大，尽管其废酸液里的酸含量还较高，但因处理时间长和效果不好而被迫更换，因而浪费较大。因此改善或改变这种工艺方法既是企业发展的需要，更是环保的要求。
1 超声波与应用
酸洗钝化的化学处理过程，其反应速度和时间的主要影响因素是酸洗液的粘滞度。这在新配的酸洗液里的钝化过程是清晰可见的，每洗一批铸件酸液浓度就降低一点，整个酸洗钝化时间就要延长一些。随着混浊和粘滞度上升到一定程度酸液就报废。酸洗钝化反应生成的混浊物或悬浮物能否在较短的时间内沉淀或部分沉淀，保持酸洗液有一个相对的清澈度是决定酸洗钝化液能否继续使用的重要条件。因此利用超声波的推力效应和超声空化冲击效应，可使反应物不沉积覆盖在铸件表面，使铸件接触酸洗液的表面更多更直接；超声波的作用可减少酸洗液的酸浓度并容易进行沉淀处理使粘滞度得以降低，让酸洗钝化液净化，从而提高了资源的利用率，减少了环境的污染、降低了生产成本。超声波在酸洗钝化铸件的处理工艺和定制设备的作用主要有：①超声波声波引发的声空化及相关的冲击效应；②超声在传播过程中引起的摩擦机械效应产生的热能及热能值；③空化阈与之相关的温度、压力和介质中的含气量、粘滞度及超声波频率、超声场大小等。选用他激式线性放大超声功率源，选择超声波频率28kHz比较适宜，频率过大噪声也大，势必又将引起新的环境治理问题。
针对铸件大小差异较大的状况，超声波的换能器选用“投入式"，具有方便、灵活、造价便宜和维修容易等特征。可以根据铸件的形状，很方便的将它摆设到不同的位置，形成底震、侧震、顶震等多种形式的震波源。“投入式超声波震板"直接工作在酸洗液中，除要求耐酸腐蚀外还要承受超声波强烈震动，因此材料选用钛合金或者镍基合金比较合适。若选用304或316L不锈钢板料制作震板还需外裹玻璃钢，虽然造价便宜但却阻碍了超声波的发出。
酸洗槽的材料必须具备耐腐蚀和承受80℃温度下不变形的能力，以避免槽内处理液发生化学反应和由于酸洗槽的变形而引起换能器挂不上去或损坏换能器(超声波震板)。配备一台微型的蒸气发生器(室温低于20℃时用)和压缩空气源。设有足够容量的酸洗液沉淀池，以便于更换酸洗池的酸洗液。
图1是根据常年生产的铸件的材质、大小和形状，定制的超声波酸洗钝化处理间的设备。其中主要设备超声波清洗机型号为XT-10036P，技术参数：超声功率为1500W；超声频率为28kHz。
表1是酸洗钝化液配方，仅是针对我公司生产的镍铬系铸件并结合其特征制定的酸洗钝化液配方(酸洗和钝化没有区分，是同一种含量的酸液)。

需要指出的是，由于酸配比量的大幅度降低(几乎只有原配比量的10%)，这样酸处理液的沉淀处理也变得很简单。同时相应的工艺流程也要做一些相应的调整。规定每工作班次完毕后需将酸洗液转入到沉淀池中，进行12h以上的沉淀处理。新的工作班次前将沉淀好后的旧酸液再转入到超声波酸洗钝化池中。工作前用精确pH试纸进行酸量的自检(初试)。以pH值在1.5～2.5之间比较合适。pH<1.5时气味(酸雾)开始变大，感觉有不适反应；以pH=2.0时综合指标来看，较为适宜。因此补加纯剂酸是现场要检测的工作。清理酸反应沉淀物和管理好这些废酸渣，是需严格把握的。更要求严禁将这些废渣乱倒乱弃，应统一管理、集中处理。
曾试用过一种“不锈钢清洗剂"，是用有机酸+无机酸配制的一种新的钝化液(也叫环保酸)，常态下钝化效果也好，pH值也很低(pH值在3左右)，但是气味(酸味)明显，使用寿命也没有用无机纯剂酸配的酸洗钝化液时间长。低浓度无机纯剂酸配的酸洗钝化液，可以通过补加纯剂酸来调整它的酸浓度。经过“沉淀、静置"处理后，沉淀了的只是“渣"(酸的反应物)，其酸值没有明显变化。补加纯剂酸主要是钝化时的消耗，但补加量也很少，只在温度低于20℃时启动蒸气发生器，由蒸气带来的水使钝化液中的酸浓度降低时进行添加。酸处理液无数次的沉淀是因为无数次的循环，因而纯剂酸的用量被大量地减少了。资源得到了充分地利用，生产成本也相应的得以降低，同时空气质量也得到很大程度的改善。
2 成本效益和工作效率的比较
就镍铬系材质的铸件钝化处理而言，酸洗钝化液常态下的高浓度配比及“环保酸"与超声波作用下的低浓度配比的成本见表2。

就生产效率而言，常态下的配比酸，新配酸一般需15～25min。随着钝化批次的增多，时间也要相应地延长，直至1h；超声波状态下的配比酸，由于有了“超声"这个“原动力"，加之酸液经过了沉淀处理，其酸液始终保持了一个相对的清澈状态，故而可控制在15～20min这样一个时间段内。同时两种酸处理的酸腐蚀过度的状态比较发现，后者不会导致酸腐蚀过度和产品的报废。
由表2可见，超声波使用的低浓度配比酸与常温常态下的高浓度配比酸，仅就使用酸(含电费)这一项来看，成本下降幅度是很大的。如果按年产400t的精铸件来计算，一年可节省购酸费用十多万元，更重要的是节能降耗、减少污染。
3 结语
超声波的超声“空化冲击"效应、物理效应等是促使酸洗液加速钝化的一种“动力"源，减少了酸处理的时间，同时对光饰铸件也有一定的作用。由此而降低的酸浓度，简化了沉淀处理工作难度和时间，为酸处理液的循环使用、提高资源利用率和减少环境污染提供了一个新的途径。