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金属表面腐蚀原因及金属加工油应用

2017-12-18 15:30:50
作者:本网发布
来源:网络

腐蚀是金属表面部分或者全部剥离、溶解或软化的化学反应。“生锈”经常被误用或者误解,它仅仅指铁和钢。“腐蚀”不仅包含黑色金属,而且包含有色金属。以下内容主要讨论腐蚀的成因和纠正措施。

    腐蚀是金属表面部分或者全部剥离、溶解或软化的化学反应。“生锈”经常被误用或者误解,它仅仅指铁和钢。“腐蚀”不仅包含黑色金属,而且包含有色金属。以下内容主要讨论腐蚀的成因和纠正措施。


    移除热量是金属加工液最重要的功能之一。有效移除热量,就能保证刀具的良好使用寿命,以及工件的几何精度。和油相比,水在移除热量方面性能更卓越;但纯水和新加工的金属接触后会导致腐蚀。因此,腐蚀是每位用户,也是水基金属加工液制造商必须面对的问题。干切削过程也会面对腐蚀问题,并不仅仅由水基金属加工液引起。引起金属表面腐蚀有许多种原因,下面做具体介绍。

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    季节性腐蚀


    腐蚀可以发生在一年内的任何时候。一般来说,7~9月的温度和相对湿度较高,在美国东部和中西部更容易发生腐蚀。干旱地区,如克罗拉多州、新墨西哥州、亚利桑那州、犹他州及加州,这些地方的相对湿度较低,腐蚀情况就很少发生。


    手印腐蚀


    当工件接触人手后,就容易发生腐蚀。搬运过程中新机床和金属工件表面留下的手印,会导致腐蚀。这种情况普遍存在于皮肤呈酸性的人群,以及表面光洁度高的工件。使用手印中和剂能防止类似的手印腐蚀。


    随着温度上升,包括腐蚀在内的化学反应速度就会更快。夏季高温和空气中的水分和氧气也是加速腐蚀的原因。


    当水分凝结在工件表面,就会形成电池的电解液。秋冬季节能提供防锈保护的加工液浓度,当湿度持续上升时,就不再提供有效的防锈保护。因此,适当的浓度调整非常必要。秋冬季节,浓度1:30(3.3%)已经足够;但湿热季节,浓度可能需要提高到1:25(4%),或者不再看到工件表面生锈为止。需要注意的是,提高中央槽系统的浓度,会导致泡沫和皮炎问题。金属加工液用户也可能需要增加防锈添加剂,这取决于金属加工液的种类、用户对化学品的限制、添加剂的有效性以及所使用的加工液。


    pH值


    pH值是金属加工液控制腐蚀的一个重要参数。超过9的高pH值,可以保护黑色金属,但对有色金属腐蚀防护不利,如:铝、黄铜和青铜。


    水硬度会影响加工液的平衡,不同地理区域的水硬度是不同的,调节水硬度会优化加工液的表现性能。


    单机条件下如果pH值较低,最简单的解决方法是倾倒和清洗,然后按照推荐浓度加新鲜金属加工液。如果是加工黑色金属的中央槽系统,可以用适当添加剂,将pH值调整到8.8~9.2。如果pH值特别高,往往是金属加工液已经受到污染,需要倾倒和换新液。


    污垢再循环


    金属加工液的金属微粒,往往被认为是“污垢”或“碎屑”。如果没有及时清理,碎屑会在工件表面堆积而形成电池,碎屑下面的金属往往会生锈。单机条件下,应及时排空—清洗—用清水冲洗,按照推荐浓度加新鲜金属加工液。


    水


    通常水中的化学物质是积累的,会提高加工液的腐蚀程度。所有水包含离子,部分离子富有侵蚀性,会导致大部分金属腐蚀。水含有超过100×106的氯化物、超过100×106的硫化物,或50×106硝酸盐,这些离子被认为富有侵蚀性。氯化物、硫化物和硝酸盐破坏金属表面的防护层,导致腐蚀。持续加水会提高中央槽系统的氯化物、硫化物和硝酸盐含量。金属加工液使用时间越长,离子的侵蚀性更高。


    每种金属加工液的配方,都需要维持浓度来发挥“最佳点”。定期检测金属加工液浓度,可以避免加工性能和环境问题。


    如果用户怀疑水有侵蚀性时,可取样并通过全分析来确定。当中央槽系统的金属加工液被怀疑导致腐蚀,请取样并检测离子含量。当氯化物、硫化物和硝酸盐浓度超过可接受范围,可使用去离子水或者蒸馏水作为工艺用水,也可选择防腐蚀性能高的金属加工液。


    溶解在水中的固体,可以破坏金属加工液很多的渴望性能。最熟悉的例子就是“水硬度”,是由于钙和镁离子溶解在水中引起。


    二价离子和皂类、润湿剂和乳化剂反应所形成化合物,溶解度会降低。这种不溶解的成分,耗竭机床和工件防锈剂。硬水指的是含量超过250×106碳酸钙或者15“德国克”(德国硬度标准)。硬度越高,越容易产生腐蚀。


    电导率是另一个检测金属加工液中溶解离子的方法。高电导率增加了腐蚀、金属加工液的不稳定、残留物和其他问题。超过4MilliSiemens/cm被认为高电导率。


    自燃


    自燃是在没有直接原因的情况下,物质自己燃烧。合适条件下,大量金属粉末和少量的油接触并暴露于空气中,就容易发生自燃。潮湿情况下往往加剧自燃发生,可以从金属碎屑中看到蒸气产生,这是自燃的先兆。


    如果存在足够的有机物,如油,新切削和潮湿碎屑可以导致火灾。新切削碎屑暴露出新鲜金属表面,在一定条件下可以发生反应。同种金属的切屑会氧化反应产生热量,不像其他金属那样产生氢气,而在碎屑堆内发生闷烧和点燃。金属加工液可帮助或阻碍这些反应。


    以下步骤可以防止碎屑发生自燃:吹干(如果可能)或者离心,减少或消除碎屑上的金属加工液;在大范围内平铺碎屑或者用循环空气吹碎屑/细屑堆;使用矿物油含量高的金属加工液,可以降低自燃可能性;如果已经使用了易燃的乳化液,可增加使用浓度;在碎屑堆表面喷洒水基防锈剂也有帮助。


    对中央槽系统,如果污物在不断循环就意味着过滤系统有故障。可选择与金属加工液及过滤系统兼容的辅助沉降物质来帮助碎屑沉降。检查加工液喷嘴压力,确认是否由于压力不够,造成碎屑在夹具或者工件上沉积。通常的金属加工液压力是137.9kPa。


    细菌


    金属加工液细菌含量高会导致腐蚀。细菌不仅耗竭加工液的成分,而且降低混合液的pH值。细菌的代谢产物包括弱有机酸,可降低加工液的pH值,削弱金属加工液的抗腐蚀性能;如果没有检测,细菌会使金属加工液破乳。


    对单机而言,金属加工液内含大量的细菌,最简单的解决方法是倾倒旧加工液,用高效的机床清洗剂彻底清洗整个系统,用新鲜水漂洗,然后按照推荐浓度加新鲜金属加工液。如果换新液有困难,也可使用适当的杀菌剂。对于中央槽系统,可以采取预防性措施,包括正确使用杀菌剂来控制细菌繁殖。


    偏低的浓度


    在设计的范围内,金属加工液的成分才会发挥效率。如果浓度偏低,那么金属加工液的成分无法达到设计浓度效果。包括防锈抑制剂,也无法阻止新加工和磨削的工件腐蚀。


    应当经常或定期检测加工液的浓度,化学滴定法和折光仪是检测浓度的最佳方法,可以补加浓缩液来达到推荐浓度。对于单机,不应使用添加剂打破平衡,应当倾倒和换新液。


    超长的工序时间


    通常来说,推荐浓度的金属加工液能提供的工序间防锈时间,最多是72h。绝大多数的金属加工液的工序间防锈时间,随着金属材料(如高合金钢、铸铁等)的变化而变化。适当浓度下能接受的防锈时间,铸铁是48h;高合金钢是72h。如果防锈要求超过这些时间,推荐使用较长期的防锈添加剂。


    腐蚀性气体


    金属加工过程完成后,工件进入储存期。此时发生腐蚀,很可能由腐蚀性的气体引起。热处理部门会排出腐蚀性烟雾,最有腐蚀性的成分之一是SO2烟雾,它能快速腐蚀工件表面;建筑粉尘也是导致金属表面快速腐蚀的因素。


    金属加工区域的通风是解决腐蚀性气体的唯一方法。去除腐蚀性烟雾,就可以解决由此产生的腐蚀问题。


    双金属腐蚀


    双金属腐蚀,指加工过程中2种不同的金属,由于金属加工液存在(导电介质),相互接触发生电子转移而导致的腐蚀。可使用一种抑制双金属腐蚀性能更好的金属加工液,通常来说,矿物油含量更高的金属加工液,可避免这类腐蚀发生,如:增强乳化液。用防水油脂或塑料薄膜,也能阻断不同金属间的表面接触。


    破乳


    当发生破乳现象时,由于乳化剂不稳定导致防锈添加剂失效,容易产生腐蚀。当乳化液外观象水一样或者分层,乳化剂可能已经失效或者被破坏。单机条件下,最简单的解决方法是倾倒旧金属加工液,用高效的机床清洗剂彻底清洗,然后用新鲜水漂洗,最后按照推荐浓度加新鲜金属加工液。


    乳化液不稳定或者破乳,往往是细菌含量过高引起。采取措施前,需要确认破乳的原因,这一点非常重要。处理中央槽系统时可能使用添加剂,如用乳化剂来重新乳化金属加工液。如果时间允许,请取样并送给金属加工液供应商做测试;如果时间不允许,可以在容器(如烧杯)内测试,来决定使用何种添加剂以及使用比例。


    金属表面的腐蚀有多种形式,生锈,如铸铁表面的浮锈,对黑色金属来说最常见。有色金属的腐蚀,通常称为变色,这种现象可以通过铝片观察。


    工艺过程


    工件往往在周转箱内堆积,如一个工件堆放在另一个上面,或者互相接触。此时2个工件会形成电池,金属加工液成为电子转移的介质。这种情况在铸铁加工时非常普遍。事实上,铸铁在堆积(取决于铸铁的质量)情况下防锈非常困难,甚至几个小时内就生锈。


    在工件堆放层间放一层塑料,就可以消除这种情况。请不要使用纸板,因为纸板含大量的硫。如使用纸张或者类似材料,请确认它们有抑制蒸气作用,否则可能加剧生锈。工件周转箱内含有湿气,也可加剧生锈。请使用金属篮,或者有孔的周转箱并排尽金属加工液。如有可能,请使用塑料周转箱;或者衬塑金属篮来存放工件。

 

 

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