环保型镁合金水基清洗剂的制备与性能研究_林杉.pdf

清 洗 世 界Cleaning World试验研究试验研究试验研究试验研究第39卷第3期2023年3月1 概述目前，我国镁合金行业快速发展，其具有质坚量轻、密度低、散热性好、抗压性强的特点，被广泛用于建筑、化工、石油管道、电子产品、消费类产品、汽车、船舶、军工、航空航天等领域。在国家要求节能减排、可持续发展的政策推动下，为我国汽车轻量化水平的发展注入了强劲的动力，随着节能减排及汽车轻量化需求和加工技术瓶颈的突破，镁合金铸件成为汽车轻量化的首选材料，在汽车轻量化中占有重要地位，带动了镁合金需求的增长。并且近些年，随着智能手机、平板电脑等电子产品的发展及普及，镁合金产品的需求量持续增长，为镁合金行业提供了巨大发展的空间。在金属加工过程中，镁合金会附着油污，机械加工过程中常用的油污包括轧制油、拉伸油、润滑油、切削油、冲压油等，在进行后续工艺前，要将这些污垢去除，以免影响后续加工工艺。目前市面上的水基清洗剂，适用于镁合金的清洗剂，主要采用氢氧化钠或氢氧化钾等强碱，虽然此类清洗剂的清洗力较强，但是由于镁合金的化学性质比较活泼，这类碱性物质会对镁合金工件产生腐蚀，造成工件外观发黑；清洗后易在工件表面残留白斑，需要大量清水漂洗，造成水资源的浪费和成本的增加。为满足市场需求，公司研制出了一款环保型镁合金水基清洗剂。此产品净洗力强、不含磷、强碱、重金属、亚硝酸钠等有毒有害物质，清洗后易漂洗，工件表面无白斑、盐类残留，对镁合金工件无腐蚀，同时也具有短期防护功能，泡沫低，适用于镁合金的超声波及喷淋清洗。本文选取了一款市售镁合金水基清洗剂，在净洗力、腐蚀性、防锈性等方面进行对比。2 试验部分2.1 试验仪器及原料试验仪器：烧杯、电子天平、恒温恒湿箱、数显恒温水浴锅、罗氏泡沫仪、摆洗机、电热鼓风干燥箱、低温恒温槽等。试验原料：硅氧烷酮、聚丙醇油酸酯胺、支链烷基葡萄糖苷、三乙醇胺、改性烷氧基醇醚、异构醇醚、增溶剂。2.2 制备方法环保型镁合金水基清洗剂配比如下：1%硅氧烷酮、1%聚丙醇油酸酯胺、2%支链烷基葡萄糖苷、3%三乙醇胺、3%改性烷氧基醇醚、3%异构醇醚、2%增溶剂、85%水。制备环保型镁合金水基清洗剂时，先在烧杯内加入硅氧烷酮和聚丙醇油酸酰胺，边搅拌边加入去离子水，搅拌 510 min 直至混合均匀，然后依次加入三乙醇胺、支链烷基葡萄糖苷、改性烷氧基醇醚、异构醇醚和增溶剂，搅拌 2030 min 直至完全溶解成均匀透明液体，即制得成品清洗剂。2.3 性能测试（1）外观。目测。作者简介：林杉（1985-），男，硕士研究生，助理工程师，主要从事工业清洗剂、防锈剂的研究开发及检测工作。收稿日期：2022-09-16。文章编号：1671-8909（2023）3-0042-003环保型镁合金水基清洗剂的制备与性能研究林杉1，高玲1，冯侠2，赵国胜2（1.普华恒生（天津）检测有限公司；2.华阳新兴科技（天津）集团有限公司，天津 300393）摘要：本文通过对表面活性剂、缓蚀剂、助洗剂等原料的筛选和复配，研制了一款镁合金水基清洗剂，与市售的镁合金水基清洗剂在对镁合金的腐蚀性、净洗力、防锈性等性能进行对比。表明我公司研制的镁合金水基清洗剂净洗力强、安全环保、对镁合金无腐蚀，还具有良好的防护作用。关键词：镁合金；水基清洗剂；净洗力强；安全环保中图分类号：TQ649.6 文献标识码：A43第 39 卷林杉 等.环保型镁合金水基清洗剂的制备与性能研究（2）pH 值。将清洗剂配制成 3%（w/w）水溶液，在 25 条件下，按照 GB/T 6368 方法进行测试。（3）白斑残留性。分别将适量的镁合金水基清洗剂滴在打磨、清洗干净的 AZ91D 镁合金和 5A05铝镁合金试片表面，置于电热鼓风干燥箱中于 70 干燥 1 h，观察两种试片表面有无白斑残留。（4）高、低 温 稳 定 性。按 照 GB/T 357592017 中 5.12 进行测试。（5）泡沫性，按照 GB/T 357592017 中 5.8进行测试。（6）净洗力。测试条件：配制 3%（w/w）的水溶液，清洗温度(602)；金属试片：5A05 铝镁合金，50 mm25 mm(36)mm；污垢：标准油污（按照 GB/T 357592017 中 5.7.4.1的要求配制）、拉伸油、冲压油；污垢涂覆：按照 GB/T 357592017 中 5.7.4.2 的要求涂覆油污；试片的打磨和清洗：按照 GB/T 357592017 中5.1.2 执行；试验步骤：将备好的试片置于 40 恒温干燥箱中干燥30 min，冷却至室温后称量（m0）；然后将污垢均匀涂抹在试片的一面上，放入 40 恒温干燥箱中干燥30 min，冷却至室温后称量（m1）；在 500 mL 烧杯中倒入 400 mL 清洗剂溶液，然后将烧杯放置于(602)水浴锅孔中，使清洗剂溶液保持在(602)，将涂有污垢的试片夹持在摆洗机的摆架上，使试片表面垂直于摆动方向。在清洗剂溶液中浸泡 3 min，然后立即开动摆洗机摆洗 3 min，摆洗结束后，连同挂钩取出试片，在(602)，400 mL 的蒸馏水中摆洗 30 s，挂于试片架上，放入 40 恒温干燥箱中干燥 2 h，冷却至室温后称量（m2），计算净洗力。净洗力（X1）以洗去油污的质量分数表示，按下式计算。式中：X1净洗力，%；m0试片质量，g；m1涂抹污垢试片清洗前的质量，g；m2涂抹污垢试片清洗后的质量，g。（7）腐蚀性。测试条件：配制 3%（w/w）的水溶液，温度(602)；金属试片：a）AZ91D镁合金，50 mm2 5mm(36)mm；b）5A05 铝镁合金，50 mm25 mm(36)mm。试片的打磨和清洗：按照 GB/T 357592017 中 5.1.2 的要求对试片进行打磨和清洗；试验步骤：取准备好的金属试片，置于 40 恒温干燥箱中干燥 30 min，冷却至室温后称量（m1）。将盛有 400 mL、3%（w/w）清洗液的 500 mL 烧杯放入恒温水浴锅中，使试液恒温在(602)，然后把称量好的试片吊挂于横放在烧杯的横梁上，并将试片完全浸没在试液中（下不触底，上不露面），在每个烧杯中只放 2 片相同材质的试片，经过 2 h 后，取出试片，在蒸馏水中摆洗 10 次，再在无水乙醇中脱水，热风吹干，观察外观，依据 GB/T 357592017 中 5.9.5.2 的 b）进行外观评级。然后放入 40 恒温干燥箱中干燥 30 min，冷却至室温后称量（m2），计算腐蚀量。腐蚀量（X2）以毫克数表示，按下式计算。X2=（m1-m2）1000式中：X2腐蚀量，mg；m1腐蚀实验前试片的质量，g；m2腐蚀实验后试片的质量，g。（8）防锈性。测试条件：配制 3%（w/w）的水溶液，温度(602)；金属试片：a）AZ91D镁 合 金，50 mm25 mm(36)mm；b）5A05 铝镁合金，50 mm25 mm(36)mm；试片的打磨和清洗：按照 GB/T 357592017 中 5.1.2 的要求对试片进行打磨和清洗；试验步骤：取准备好的金属试片，将盛有 400 mL、3%（w/w）清洗液的烧杯放入恒温水浴锅中，并将试片完全浸入烧杯中，在(602)条件下浸泡 3 min，用滤纸吸去试片下端及孔眼的液体，垂直悬挂于试片架上，将试片连同架子放在(352)恒温干燥箱中，干燥 15 min。然后，将试片放入(352)、RH(902)%的恒温恒湿箱中，放置 24 h 后，取出用蒸馏水漂洗，再用脱脂棉擦干后检查外观情况；依据 GB/T 357592017 中 5.9.5.2 的 b）进行外观评级。3 结果与讨论3.1 试验结果试验结果详见表 1。3.2 试验结果讨论（1）从表 1 可以看出，环保型镁合金水基清洗剂外观乳白色液体，pH 值为 9.30，属于弱碱性产品，性质温和；清洗剂 A 外观淡黄色透明液体，pH 值为 11.62，属于强碱性产品。两款清洗剂的高、低温稳定性良好，产品性能稳定，便于运输和储存。（2）清洗剂 A 在试片表面干燥后有明显白斑残留，环保型镁合金水基清洗剂则无可见白斑残留。（3）由净洗力测试结果看出，环保型镁合金水基清洗剂在清洗标准油污、拉伸油、冲压油污垢的净洗力明显优于清洗剂A。本产品有着优异的清洗效果。44第 3 期清 洗 世 界（4）通过对比两款清洗剂对镁合金试片的腐蚀表 1 环保型镁合金水基清洗剂与市售清洗剂 A 的 对比测试结果检测项目环保型镁合金水基清洗剂清洗剂 A外观（室温）乳白色液体淡黄色透明液体pH 值(3%水溶液，25)9.3011.62白斑残留无白斑残留有白斑残留高温稳定性(602)，6h均匀、不分层 均匀、不分层低温稳定性(-52)，24h均匀、不分层、无结晶或沉淀析出均匀、不分层、无结晶或沉淀析出泡沫性能（502）/mm即时高度：20，5min高度：0即时高度：30，5min 高度：2净洗力 3%水溶液，(602)/%标准油污56.5222.27拉伸油95.6275.21冲压油92.3481.25腐蚀性(602)，2hAZ91D镁合金腐蚀量/mg4.25.6外观/级125A05 铝镁合金腐蚀量/mg2.23.1外观/级01防锈性(352)，RH(902)%，24hAZ91D镁合金外观/级015A05 铝镁合金外观/级01最终实现电脱入口分离器无放空，并时刻观察火炬火焰的变化情况。电脱入口分离器不放空时，火炬产生的火焰明显变小，黑烟也明显减弱，说明随着放空量逐步减小，燃烧时需要的氧气相对较少，能够让放空气得到充分燃烧，有效改善火炬冒黑烟的情况。由此启发，逐步关闭各容器放空气的气相出口，均收到了同样的效果。提出一种能够减少天然气放空量的流程改造方案，即利用燃气洗涤罐至斜板除油器流程，将闲置的斜板除油器作为燃气缓冲罐使用。当燃气洗涤罐压力超过设定值时，天然气进入斜板除油器存储；当燃气洗涤罐压力低时，斜板除油器存储的天然气进行反供压缩机，从而达到节能、减排、增效的效果，并且有望实现火炬零放空的最终目的。火炬治理前后对比如图 3 所示。4 结论通过分析发现分离器捕雾效果较差、脱气较多、火炬分液罐温度较高等影响火炬放空气燃烧产生黑烟的主要因素，结合现有工程设施条件和工艺流程改进需要，对火炬黑烟问题进行逐一排查并提出合理可行的解决方法，让火炬放空气与氧气混合不均匀、燃烧不充分、燃烧效率低的现象得到了明显的改善，火炬黑烟情况得到了较好的治理，为多元化解决海上油田火炬黑烟问题提出更多的参考，具有较强的应用性和创新性，具有良好的推广价值。参考文献：1 张千东.关于海上采油平台火炬燃烧冒黑烟的治理研究 J.化工管理，2018(36):157-158.2 朱学勇.海上油田放空火炬冒黑烟的分析与处理 J.石化技术，2017,24(4):113-114.3 张振友.海洋平台低压火炬消烟技术研究 J.勘探开发，2017(3):141,151.4 代齐加，徐学智.某油田消除火炬黑烟的技术应用J.天津科技，2020(4):23-24.5 呼文财，王晶，胡廷等.某油田火炬黑烟来源分析及治理 J.广州化工，2020(10):151-152.6 孙为志等.海洋平台火炬消烟方案研究 J.石油和化工设备，2021(24)10,110-112.图 3 火炬治理前后对比性，环保型镁合金水基清洗剂对试片的腐蚀无论从外观等级还是腐蚀量都比清洗剂 A 要小，本产品对镁合金有良好的耐腐蚀性。（5）通过防锈性可以看出，在湿热 24 h 后，环保型镁合金水基清洗剂的防锈性要优于清洗剂A，本产品对镁合金有着良好的防护性。4 结论环保型镁合金水基清洗剂是一款弱碱性产品，不含强碱、亚硝酸盐、重金属等对人体和环境有害物质，去污能力强，能有效清洗加工过程中的多种油污；对镁合金材质具有良好的耐腐蚀性和防护性。参考文献：1 张高会，张平则，潘俊德.镁及镁合金的研究现状与进展 J.世界科技研究与进展，2003,25(1):72-78.2 刘金海，李国禄，刘根盛.镁合金成形工艺及应用研究进展 J.轻合金加工工艺，2001,29(1):1-4