金属加工工业中表面活性剂的开发和应用

在金属加工工业中，表面活性剂广泛应用于金属清洗、切削加工、磷化处理以及电镀、防腐蚀等工艺中，不但能改进和简化工艺过程，减轻工人劳动强度，而且还能提高加工质量，节省原材料和降低生产成本。此外，在液压和制动液中，表面活性剂也起着重要作用。关于表面活性剂在金属加工工业中的应用，已多有专著论述，本文仅就我公司近年在该领域中所作的部分开发性工作作一汇报。
1 、水基金属清洗剂
在机械工业中，无论是零件加工或装配，还是热处理、电镀，以及产品封存包装前和密封时，都要进行清洗。附着在金属表面的污垢有各种酸、碱、盐、灰尘、切削液、研磨膏、手汗和油脂等各种固体或液体污垢，若不加以洗净，不但影响金属加工各工序顺利进行，而且会引起和加快金属腐蚀、降低产品质量、缩短使用寿命。清洗金属表面的清洗剂通常有碱性清洗剂、溶剂清洗剂、水基清洗剂。
碱性剂的主要成分是氢氧化钠、碳酸钠、硅酸钠或磷酸钠等。它们价格低廉，但清洗力较差，通常只用于清洗黑色金属表面轻度油污和无机盐等污垢。
溶剂清洗剂分为石油溶剂清洗剂、和氯化烃溶剂清洗剂。前者主要成分为汽油、煤油和柴油。它们有很强的去污能力，但也有易燃、对人体有害、易使金属锈蚀等缺点，同时还消耗大量能源，造成环境污染，所以国外已很少使用。后者主要成分为三氯乙烯、三氯乙烷、四氯化碳等，它们的清洗能力极强，很容易洗除金属表面污垢，但是这类溶剂毒性大，需要在密封装置内进行清洗操作。
上述各种清洗剂均有这样那样不足，所以国内近年来大力推广以表面活性剂为主要成分的水基金属清洗剂。它有良好的清洗能力，不仅能清除金属表面的油污同时能洗净手汗、无机盐类等污垢，而且有不易燃烧、无毒、使用安全，有一定的缓蚀防腐能力，节约能源，减少环境污染适用于机械化自动清洗等优点。水基金属清洗剂通常用十二烷基醇酰胺(6501)、聚氧乙烯烷基酚醚(TX—10)、聚氧乙烯脂肪醇醚(平平加)等非离子表面活性剂及烷基苯磺酸钠、脂肪醇硫酸钠、三乙醇胺油酸皂等阴离子表面活性剂复配而成。液体产品使用方便，但由于非离子表面活性剂的盐析作用，限制了磷酸盐、硅酸盐等无机助洗剂的添加量。所以这类清洗剂多采用加热浸洗的方式，一般需加温至60～80℃，才能实现较好的去污效果。非离子表面活性剂经过磷酸化改性制成磷酯盐以后，可以大大提高其“抗盐”性能，为实现常温金属清洗剂提供了条件。
甲醇、乙醇或丁醇等低级醇与环氧乙烷(或环氧丙烷)合成的乙二醇(或丙二醇)单醚是一种性能优良的溶剂。由于它们既有亲水性又有亲油性，因而与许多活性剂组分有很好的配伍性，能有效地降低溶液的表面张力，增加对被洗表面的润湿性和对污垢层的渗透性，所以也有助于分散、乳化污垢，最终使之悬浮于清洗剂溶液中，从而防止了在漂清前污垢再沉积于被洗表面提高清洗效果。乙二醇(或丙二醇)单醚的另一重要性质是能提供很高的偶合性，即它们能使各相(如有机物、污垢和水)相容形成一个多相体系，最终成为均相溶液，是表面活性剂、水和其它溶剂极好的偶合剂。下面是仪表变送器加工过程中硅油清洗剂的配方：
2 、微乳化型切削液
高效切削冷却液的研制是国家科技攻关项目之一。主要研究任务是为柔性制造系统中主体加工设备，如加工中心、数控机床、组合机床等高效加工机床，提供能满足其加工工艺要求的高质量的切削液。该系统的主要特点是利用数控计算机集成系统按事先编制的程序对不同种类的零件可以在同一台设备中进行混流加工，可同时完成车、钻、铣、镗、铰、扩、攻丝等多种切削工序。同时，高质量的切削液对于各种黑色金属或有色金属复杂曲型零件的大功率，高速、全功能的通用加工设备也是必不可少的，它对确保主体机床高效率加工，提高产品精度，延长刀具耐用度，降低加工成本有着十分重要的作用。
传统的切削液按其组成成份习惯上可分为三大类：
第一类为切削油。矿物油含量95-100%，这类切削液润滑性好，但冷却效果差，在切削负荷大，速度高的加工条件下，会产生烟雾，不但严重污染环境，而且存在容易着火的不安全隐患。另外，大量油品的消耗从节约能源的角度来说也是必须考虑的因素。
第二类为乳化油。矿物油含量50-80%，这类切削液实际使用时一般稀释成5%的水溶液，故具有良好的润滑、冷却性，但其工作液的稳定性差，使用寿命短，容易发霉、变臭等。对于庞大的柔性制造系统中的加工中心来说，切削液用量大，更换困难，因此这类切削液显然是不合适的。
第三类为合成切削液。