金属表面的脱脂

将车身制件金属表面的油脂除掉的过程称为脱脂。由于油污的情况较复杂，有各种类型，因此其处理方法、去除工艺也各不相同。

根据油污的性质及所玷污的程度，工业上常用的脱脂分为物理机械方法和物理化学方法两大类，借助于机械作用的脱脂，例如擦抹法、喷沙法和超声振荡法等都属于物理机械方法，这在汽车车身表面处理中用得较少。

下面仅介绍几种车身表面处理中常用的物理化学脱脂法。

11．2．1 复合碱液清洗脱脂法

碱液清洗脱脂法在车身制造中应用较为广泛，由于其方法简单，成本低廉，故在金属表面清洗脱脂法中占优势地位。

碱液脱脂的机理主要是选择合适的脱脂剂，结合相应的脱脂工艺要素，经过皂化作用、乳化作用和分散作用来完成脱脂过程。

（1）脱脂剂的种类与选择

碱性清洗剂的基本要求是在工艺温度下具有良好的除油能力，即具有的皂化作用、乳化作用和分散作用，且符合特定环保要求，易于水洗，化学性质稳定，对基材影响小。因为车身零部件表面上的油污情况比较复杂，很难有一种单独组分的脱脂剂能同时具备上述功效。因而使用的脱脂剂主要是由多种成分的碱类和几种表面活性剂共同组成的复合碱液清洗剂。

常用的复合碱液清洗剂中的碱种类及其他主要成分如下：

①氢氧化钠（Na OH）：是碱液清洗剂中的主要成分之一。又称为苛性钠，是一种强碱化合物，它在水中溶解后电离出OH－，提供碱性，与动植物油发生皂化反应，生成能溶于水的甘油和脂肪酸盐，溶解分散在水溶液中。所生成的脂肪酸钠皂不仅自身有水溶性，而且也起表面活性剂的作用，能使不活性的油污被残余的碱乳化、分散。当矿物油脂中存在羧酸基和磺酸基时，也能产生同样的现象。

氢氧化钠的皂化作用大，也最稳定，但冲洗性差，且对某些轻金属如铝等还有一定的腐蚀作用。过多地使用氢氧化钠对后续磷化处理是不利的。

②碳酸钠（Na2CO3）：又称为苏打，是一种低廉的中等强度的碱，它在水中水解时生成OH－，提供碱度。皂化作用小，不像强碱那样腐蚀某些有色金属，但有乳化作用能力，并可软化水。

③表面活性剂：也是脱脂剂的必要成分之一。具有去垢、湿润和乳化等作用，表面活性剂是一种有机物质，有阳离子、阴离子和非离子型3大类。能降低溶液表面张力，改善湿润功能，并能除去金属表面的油脂和脏物。用于磷化前脱脂的表面活性剂多数采用非离子型的。这种表面活性剂的特点是在水中不分解，也不受水的硬度影响，使槽液保持稳定，具有良好的脱脂效果。

在选择表面活性剂脱脂时，要注意工艺所要求的温度。因为表面活性剂在不溶解的条件下，在水中发挥乳化、湿润、分散能力。当温度上升时，表面活性剂会从溶液中沉淀下来，失去净化作用。

（2）皂化作用

在洗净动植物油脂时，强碱型清洗剂中的氢氧化钠易与动植物油进行皂化反应，使油污成为水溶性脂肪酸钠皂和甘油C3H8O3，即：皂化反应→动植物油→水溶性脂肪酸钠皂、甘油，溶解分散在清洗液中。化学反应如下：

上式是反应的一个通式，R为烷基，R基可能不同，但生成的RCOONa都具有亲水性。

（3）乳化作用

车身零部件表面上的油污大多数是以矿物油为基料的化合物，它们遇到碱类清洗剂时不能像脂肪酸一样起皂化作用，此时便要借助于碱类清洗剂中的乳化剂，如碳酸钠、硅酸钠等，它们能促进工件表面上这些油液以微小颗粒散在水中而形成稳定的乳浊液，从而达到从金属表面上除去油污的目的。这就是碱液清洗剂的乳化作用。

（4）分散作用

碱液清洗剂中的磷酸钠等还有分散作用，它能把工件表面上油污中的微小颗粒状的固体污垢悬浮在清洗液中，阻止它们凝结或重新沉积在工件表面上，从而达到脱脂目的。

（5）脱脂工艺因素参数

碱液脱脂的方法常用有喷射式脱脂和浸渍脱脂，或两者的结合。喷射的优点在于除碱液的化学作用外同时还具有液流的撞击力，效果较显著。但对于某些形状较复杂的零件，液流喷射不到的部位则效果差一些。喷射结合浸渍是比较理想的方法。

在汽车车身制造过程中，一些大型覆盖件在冲压成形后至装配焊接前需进行脱脂清洗，洗去大量的拉延油等，而在装配焊接后涂漆前再进行一次漆前清洗。对某些中小型零件，油污不太多的则在漆前进行一次清洗就可以了。

下面介绍漆前影响碱液清洗脱脂工艺的因素参数：

①浓度。脱脂液浓度与脱脂方式有关。浸渍式脱脂液浓度应高于喷射式脱脂浓度。浓度对脱脂效果影响很大，浓度低，净化能力弱；浓度高虽能提高脱脂效果和耐用性，但耗能高，同时水洗量也相应提高。因为脱脂后金属表面间的剩余物必须充分干净，且在高浓度的溶液中，有许多起脱脂及起盐析作用而浮于溶液表面或下沉槽底，从而失去脱脂能力，所以浓度过高的脱脂液的脱脂效果，有时比低浓度的还要差。

一般情况下，喷射式脱脂浓度为1％，浸渍式脱脂浓度为5％比较适宜。

②温度。脱脂液温度高，脱脂效果比较好。但在喷射式脱脂条件下，液温太高，会产生蒸气，同时，由于液温过高，工件表面干燥得快，造成水洗困难，能量消耗也大，不经济。

工作温度可在80℃左右，一般以70℃～90℃为宜。

③脱脂时间。喷式脱脂时间比浸式脱脂时间短。喷式脱脂为0．5～1min，就会除去金属表面约90％的油脂与污垢；浸式脱脂时间一般为3～10min。

④机械作用。在脱脂中，借助于压力喷射或搅拌等机械作用是非常有效的，因为，喷射时迫使新鲜的脱脂溶液与零件表面有良好的接触，而且整个脱脂液含量均匀，有利于提高脱脂效果。

喷射时依靠机械作用力促使脱脂剂渗透和破坏油膜，从而有效地迫使油污脱离零件表面；喷射时促使脱离零件的油污乳化和分散于脱脂溶液中，防止油污再吸附到洗净的零件表面上。

在中低温脱脂中，机械作用尤为重要。一般来说，压力喷射比浸渍脱脂速度快1倍以上。另外，从喷嘴喷出的溶液不应是雾状的，而应以足够的压力喷射到工件表面上，喷射压力通常为0．1～0．2MPa（用于压力喷射的脱脂剂必须是低泡的，以免泡沫过多影响正常操作和脱脂液流失）。提高喷射压力，可以缩短净化时间，但对于易变形的工件，不允许采用高压喷射。浸渍脱脂也不能认为是静止浸渍，必须装备循环泵，以强化脱脂液的流动，使溶液不停地搅动，每小时的循环量约为槽液体积的5倍。

11．2．2 乳化剂脱脂法

乳化剂清洗脱脂法是在有机溶剂中加入一种或数种表面活性剂，或再添加弱碱性净洗剂组成的一种混合液，当用这种混合液浸渍或喷射在被洗物上时，溶剂浸透油脂层使油脂微粒化，而表面活性剂又使油脂微粒乳化分散在水中，从而把油脂除去。

乳化剂清洗液是由有机溶剂和表面活性剂组成。有机溶剂是指沸点在220～240℃的烃系溶剂，例如煤油、轻油、干洗用溶剂等。所谓表面活性剂是具有乳化、洗净、浸透、分散、湿润和可溶化等作用的物质，是亲水基和亲油基有机物的混合物。作为主要乳化清洗剂而采用的表面活性剂是非离子性的，有4大类：烷基醚型、脂肪酸酯型、烷基酚型、多元醇诱导体。

但用乳化剂脱脂时应注意，若水洗不完全时，表面活性剂或碱液在金属表面残存，会给磷化处理工艺造成恶劣的影响，因此要用流水充分冲洗，然后再用热水进行冲洗，把表面附着的微量异物完全除去。乳化剂清洗脱脂法也是表面脱脂中应用较为广泛的方法。

11．2．3 有机溶剂脱脂法

制件表面上有的油污，特别是一些陈旧性“老化”了的油污或所谓“重型”污物，以及一些树脂型的润滑剂、天然石蜡等，用碱液清洗剂清除显得力不从心，多借助于有机溶剂溶解油脂的能力，来达到脱脂的目的。

有机溶剂的特点是脱脂效率高，特别是清除那些高黏度、高滴落点的油脂具有特殊的效果，而且可以在常温下用简单的器具和石油系溶剂进行手工清洗，对于各种金属、各种尺寸和形状的零件都适用，在产量不大、机械化水平不高及有特殊要求的工厂中仍然采用。为了使油污除净，至少要用有机溶剂两次以上，使用一段时间后，当溶剂中的油污含量增加到一定程度时，要及时更换，最后一道清洗要用比较干净的溶剂。

常用的有机溶剂有石油系溶剂、芳香族溶剂、氯系溶剂等。石油系溶剂有溶剂汽油、煤油、正己烷等；芳香族溶剂有甲苯、二甲苯等；氯系溶剂有三氯乙烷、三氯乙烯、四氯乙烯、二氯甲烷等。

车身钢材表面有机溶剂脱脂常采用三氯乙烯，它的溶解能力强（在16℃时比汽油大4倍，在50℃比汽油大7倍），沸点低（86．9℃），蒸发潜热低，比热小。

有机溶剂的脱脂方式有：浸渍式、喷射式、溶剂蒸气法及超声波清理法等。浸渍式较简单，但在长期浸渍清洗的溶剂里会积累一定量的油脂，当部件取出后往往有残存的油脂留于工件表面。溶剂蒸气清洗可以避免此缺陷，但操作及设备较复杂，去油速度较慢，而喷射方式则去油速度快，质量好。