表面活性剂在金属加工中的应用

表面活性剂在金属加工中的应用摘要金属加工包括金属清洗、表面涂饰以及金属的车、铣、刨、钴、轧、铸造等加工过程｡为了减轻劳动强度、提高产品质量、节约能源、降低成本，在各种加工工艺过程中常需使用一些助剂，其中，表面活性剂起着十分重要的作用｡关键词表面活性剂金属加工金属清洗金属电镀金属磷化处理正文1.表面活性剂的概述1.1表面活性剂概念表面活性剂(surfactant)是指具有固定的亲水亲油基团，在溶液的表面能定向排列，并能使表面张力显著下降的物质。1.2分子组成分子结构具有两亲性。非极性烃链：8个碳原子以上烃链。极性基团：羧酸、磺酸、硫酸、氨基或胺基及其盐，也可是羟基、酰胺基、醚键等。1.3吸附性溶液中的正吸附：增加润湿性、乳化性、起泡性。固体表面的吸附：非极性固体表面单层吸附，极性固体表面可发生多层吸附。2.表面活性剂的分类表面活性剂的分类方法很多。根据疏水基结构进行分类：分直链、支链、芳香链、含氟长链等；根据亲水基进行分类：分为羧酸盐、硫酸盐、季铵盐、PEO衍生物、内酯等。有些研究者根据其分子构成的离子性分成离子型、非离子型等，还有根据其水溶性、化学结构特征、原料来源等各种分类方法。但是众多分类方法都有其局限性，很难将表面活性剂合适定位，并在概念内涵上不发生重叠。3.表面活性剂基本性质临界胶束浓度（CMC）：表面活性剂分子缔合形成胶束的最低浓度。当其浓度高于CMC值时，表面活性剂的排列成球状、棒状、束状、层状/板状等结构。亲水亲油平衡值（HLB）：表面活性剂分子中亲水和亲油基团对油或水的综合亲合力。根据经验，将表面活性剂的HLB值范围限定在0-40，非离子型的HLB值在0-20。胶束增溶：水不溶性、微溶性药物在胶束溶液中溶解度显著增加。4.表面活性剂在金属加工中的应用4.1原理表面活性剂是指能显著降低液体表面张力或液液界面张力的物质｡它们的分子都是由极性的亲水基和非极性的憎水基两部分组成｡亲水基常见的有羧基、硫酸酯、磺酸基、胺基、季胺基、羟基等；憎水基则是长链烷烃和芳烃为代表的基团｡由于它们具有既亲水又亲油的“两亲”性质，因而在化学清洗时可使清洗溶液表面(或界面)性质发生改变，使其具有较低的表面张力｡根据表面活性部分所带电荷的不同将表面活性剂分为阴离子型、阳离子型、非离子型和两性型｡表面活性剂具有润湿、起泡、增溶、消泡等特性｡4.2在金属清洗中的应用金属清洗实际上贯穿在整个金属加工过程中｡清洗剂主要由清洗主剂、缓蚀剂、表面活性剂三大组分构成｡表面活性剂在化学清洗中起着吸附、渗透、乳化、溶解、洗涤等作用，其在化学清洗中不仅仅作为辅助剂，而且可以作为主要成分而得到广泛重视，尤其在酸洗、碱洗、缓蚀、除油、杀生等清洗过程中已经发挥出越来越大的作用｡目前，以表面活性剂为主体的水基清洗克服了化学酸洗、化学碱洗等其它几种清洗剂的不足，成为金属清洗的主要发展方向｡水基金属清洗剂的优点:清洗效率高，去污力强；安全性能好，不污染环境；节约能源，洗涤成本低；洗涤过程对被洗机件无损伤，洗后对机件不腐蚀等｡水基清洗剂多以非离子表面活性剂与阴离子型表面活性剂复配物为主体，再加多种辅助剂所组成的混合物｡前者去污能力大，具有良好的防锈、缓蚀能力，后者能提高并改进清洗剂的综合性能｡其清洗机理是借助于表面活性剂的润湿、渗透、乳化、增溶、分散等作用，使油污在金属表面的附着力削弱，再施以机械搅拌、刷洗、加热、超声波等物理方法，使油污脱离金属表面，而进入洗液中被乳化、分散开｡金属清洗中常用的表面活性剂有脂肪醇聚环氧乙烷醚、烷基酚聚环氧乙烷醚、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基二醇酰胺、甲氧基脂肪酰胺基苯磺酸钠等｡研究工作者研究了以双辛基聚氧乙烯醚和双烷基苯双磺酸盐两类双子表面活性剂为主的金属清洗剂清洗性能｡结果表明，这种含有阴/非双子表面活性剂的金属清洗液具有较高的表面活性，阴/非双子表面活性剂之间存在良好的协同效应｡4.3在金属磷化处理中的应用磷化处理就是用含有磷酸、磷酸盐和其它化学药品的稀溶液处理金属｡金属表面在上述溶液中与磷酸、磷酸盐介质起化学反应，转变为完整的具有中等防蚀作用的不溶性金属磷酸盐层｡金属上的这种磷酸盐转化膜具有多种用途，它可以提高油漆与金属的结合力和抗腐蚀性；也可以用做防锈油的载体、金属冷加工过程中润滑剂的载体以及磨擦表的润滑剂等｡为了改善磷化膜结构，提高磷化效果，磷化液中还含有其它添加剂，其中表面活性剂的作用有:对金属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；使溶液产生润湿、渗透，有利于磷化液与金属表面的接触；降低液体表面张力，有利于磷化反应中氢气的逸出，加强阴极去极化，从而加速磷化成膜过程｡磷化处理常用的表面活性剂是由环氧乙烷和各种疏水碳氢长链缩合而成，即非离子表面活性剂｡4.4在金属电镀中的应用在电镀过程中，为了提高电解液性能和改善镀层质量，常需加入一些助剂，其中表面活性剂是主要品种之一，它有平整、光亮、扩散、改变镀层物理性能、抑制酸雾逸出等作用｡电镀中常用的表面活性剂有平平加、OP乳化剂、十二烷基硫酸钠、亚甲基双萘磺酸钠、氟表面活性剂、脂肪酸聚环氧乙烷酯、聚环氧乙烷蓖麻油等｡