環保型真空清洗技術在熱處理中的應用

李亞萍 徐小芳 王亞齊

摘??要：清洗是零件熱處理前和熱處理后必不可少的一道輔助工序，航空領域對零件的熱處理質量要求更為嚴格，熱處理清洗的效果好壞會直接影響到零件的使用性能、質量、壽命以及一致性與可靠性等。針對傳統清洗工藝清洗效果差，污染環境和危害人身安全等問題，環保型有機溶劑真空清洗技術采用洗凈能力強且可循環再生的碳氫溶劑/改性醇作為清洗劑，結合真空清洗和超聲清洗，可提高零件表面質量，提升清洗效率，減少污染物排放，實現綠色高效清洗。

關鍵詞：再生溶劑???真空清洗??綠色清洗??熱處理

中圖分類號：TG155

Application?of?Environmentally-Friendly?Vacuum?Cleaning?Technology?in?Heat?Treatment

LI?Yaping??XU?Xiaofang??WANG?Yaqi

（Aviation?Manufacturing?Technology?Research?Institute，?Shanghai?Aircraft?Manufacturing?Co.，?Ltd.，?Shanghai，?201324?China）

Abstract：?Cleaning?is?an?essential?auxiliary?process?before?and?after?the?heat?treatment?of?parts.?The?aviation?industry?has?stricter?requirements?for?the?quality?of?the?heat?treatment?of?parts，?and?the?effect?of?heat?treatment?cleaning?directly?affects?the?use?performance，?quality，?life，?consistency?and?reliability?of?parts.?For?the?problems?that?traditional?cleaning?processes?have?poor?cleaning?effect，?pollute?the?environment?and?do?harm?to?personal?safety，?the?vacuum?cleaning?technology?of?environmentally-friendly?organic?solvent?uses?hydrocarbon?solvent/modified?alcohol?that?has?the?strong?cleaning?ability?and?is?renewable?as?the?cleaning?agent，?and?is?combined?with?vacuum?cleaning?and?ultrasonic?cleaning，?which?can?improve?the?surface?quality?of?parts，?improve?cleaning?efficiency，?reduce?pollutant?emissions?and?achieve?green?and?efficient?cleaning.

Key?Words：?Renewable?solvent;?Vacuum?cleaning;?Green?cleaning;?Heat?treatment

1??發展背景

清洗是零件熱處理前和熱處理后必不可少的一道輔助工序，航空領域對零件的熱處理質量要求更為嚴格，熱處理清洗的效果好壞會直接影響到零件的使用性能、質量、壽命以及一致性與可靠性等，尤其是對清潔度較為敏感的化學熱處理和真空熱處理。熱處理中的清洗分為前清洗和后清洗兩類，所清洗的污染物也不同，一是前道工序帶來的乳化液、切削液、防銹油等；另一類是熱處理淬火工序帶來的淬火油等。如果零件表面上的油污不清洗干凈而是直接進入熱處理設備內，則會在熱處理過程中加熱揮發和燃燒，污染設備環境，進而造成車間空氣污染。

目前熱處理清洗大多采用水基清洗或有機溶劑清洗，水基清洗存在的主要問題是清洗力不足，且不易干燥，易在零件上留下銹跡和斑點。而有機溶劑清洗依然存在著大量手工清洗的落后工藝，不僅危害環境還對操作人員的生命健康造成威脅[1]。另外，傳統的水基清洗或有機溶劑清洗都會消耗大量的清洗劑，環境污染嚴重，廢液排放壓力大，清洗工序已成為目前熱處理行業主要的污染源。而環保型有機溶劑真空清洗技術可以解決目前熱處理清洗工藝存在的能耗高、污染重以及安全方面的不足。

環保型有機溶劑真空清洗技術采用碳氫溶劑/改性醇作為清洗劑，對熱處理后污染物淬火油和熱處理前污染物切削液和防銹液等都具有很強的溶解能力，結合真空減壓和超聲空化[2]，可以對零件表面進行全方位的清洗，尤其是對盲孔、縫隙等不易清洗的死角結構。另外，碳氫溶劑/改性醇的餾程短，便于蒸餾回收，可以實現溶劑的循環再生利用，并且再生溶劑的純度都可以達到99%以上，消除了以往的溶劑型清洗機在環保、安全、健康等方面的隱患，不會產生任何有害煙氣，無污液排放；設備能源消耗少，溶劑消耗少，更加節約能源?[3]?。因此，環保型有機溶劑真空清洗技術是一種清洗效果好、安全性能高且清洗效率高的綠色環保清洗技術。

2??應用現狀

碳氫[4]、改性醇化合物溶劑清洗劑因其良好的洗凈能力及環保性能，克服了常規清洗的缺點，正逐步為熱處理界所提倡和應用。日本有研究人員利用真空干燥技術，依據碳氫化合物清洗劑高沸點和低閃點的特點，取得了良好的清洗效果。他們提出的超聲波真空清洗工藝，得到了眾多企業的喜愛，環保型有機溶劑真空清洗技術已在日本廣泛應用。目前，國內研究超聲波清洗技術的科研單位和企業也越來越多，中國科學院聲學研究所的林忠茂等人對超聲波碳氫真空清洗的原理和特點進行了深入研究[5]。深圳波達公司的陳康宗、李忠德等人對引自日本的真空清洗技術的特性做了詳細介紹，并分析了碳氫真空清洗技術在中國的現狀和應用前景[6，7]。

當前我國飛機零件熱處理前、后的清洗仍然采用傳統的化學清洗劑，依然存在著手工清洗的落后生產工藝，生產效率低下且污染排放壓力大。隨著我國經濟發展和科技進步，環境保護等相關要求的貫徹，落后的清洗工藝將注定被淘汰。環保型有機溶劑真空清洗技術可以克服溶劑清洗對環境的破壞，是一種極有發展前景的清洗技術[8-10]。

3??環保型有機溶劑真空清洗工藝

為實現綠色、高效、環保清洗工藝，環保型有機溶劑真空清洗工藝需要清洗設備除了主體結構之外，還具有清洗及儲液系統、溶劑循環蒸餾再生系統、真空系統、冷卻系統、電氣控制系統、安全系統等，同時使用碳氫化合物或改性醇醚作為清洗劑，對污染物具有很強的溶解能力、揮發物量少、對環境污染小，通過在真空狀態下清洗液及蒸汽能夠對被處理件表面進行全方位的充分清洗，即使是對帶有盲孔或凹槽等的工件也有很好的清洗效果。清洗后，溶劑和清洗下來的油污混合物，在真空蒸餾罐內通過水間接加熱，使低沸點的溶劑大量快速揮發，再在熱交換器冷卻水冷凝下重新變成液態。這其中蒸汽通過特殊處理裝置，可將帶入油內的氯化物、硫化物等雜物分解去除。溶劑再生回收率99%以上，再生溶劑純度99%以上，清洗效率高，每次殘留物揮發<1%，可連續清洗，并且溶劑的清洗能力不下降。

環保型有機溶劑真空清洗工藝在清洗劑的清洗能力外還結合了真空清洗和超聲清洗，通過真空循環噴洗、真空蒸汽浴洗和真空超聲清洗，可極大地提高清洗效率，并對密集裝料、結構復雜的零件有較好的清洗效果，最后通過真空干燥，不易在零件表面留下銹跡或斑點。在普通清洗的過程中，清洗槽的液體中會有大量的殘留氣體，氣體含量一般是水的8～10倍，這增強了超聲波傳播的衰減。含有氣體的空化氣泡會降低空化強度，進而降低了超聲的空化效果和清洗效果。而使用真空清洗工藝時，清洗室會自動關閉，真空系統開始工作，抽出清洗室內的所有空氣，使整個清洗室處于真空狀態，盲孔、縫隙和清洗劑中的氣體也被全部抽出，然后啟動超聲，可起到更好的清洗效果。

影響清洗效果的工藝參數有超聲功率、轉動幅度、清洗溫度等，為保證超聲頻率和能量密度不損傷零件，清洗機廠商通常將清洗機的超聲功率設置為不可調節。選用長沙艾森設備維護技術有限公司ES-406通用環保型清洗劑，主要成分是碳氫化合物異構烷烴和改性醇醚進行環保型真空清洗試驗。污染物選用熱處理工藝生產中具有代表性的淬火油、防銹油和切削液，開展清洗溫度對鋁合金、鈦合金和不銹鋼等不同材料清洗效果的研究。試驗材料如表1所示。

清洗工藝流程設置為粗洗（超聲清洗120?s）、精洗（超聲清洗120?s）、蒸汽浴洗（180?s）、真空干燥（120?s），清洗溫度分別設置為60?℃、65?℃和70?℃，鋁合金、鈦合金和不銹鋼等不同材料上的淬火油、防銹油、切削液清洗效果如表2所示。在60～70?℃范圍內對試驗件進行清洗后，目測無污染物，完全干燥，用抹布擦拭后，抹布潔凈無污染物，用達因筆對材料進行檢測，發現鋁合金、鈦合金和不銹鋼試驗件的達因值均可達到38，清洗效果良好。清洗工藝流程可根據需求進行調整，如：真空一次循環噴洗+真空二次循環噴洗+真空超聲波清洗+真空三次循環噴洗+真空超聲清洗+真空蒸汽浴洗+真空干燥。清洗時還可根據需要選擇轉速和擺動幅度，可有效清洗盲孔和導管類零件。

考慮到目前的生產條件，熱處理前后，帶有污染物的零件有可能是放置較長時間才進行清洗的，這就使得零件表面的污染物狀態可能會發生改變，清洗劑的主要成分是碳氫化合物和改性醇醚等有機溶劑，淬火油和防銹油等有機污染物的狀態對清洗效果一般沒有影響，故只針對切削液的狀態對清洗效果的影響進行進一步探究。取兩塊相同的鈦合金試片，試片1表面滴上純切削液過夜18?h，待切削液變為干燥狀態。而在試片2表面滴上濕潤的切削液，兩塊試片同時清洗，清洗效果如圖1a和1b所示，試片1表面存在肉眼可見的白色痕跡沒有清洗干凈，而試片2表面目視無污染物，用揩布擦拭后，揩布潔凈，達因值可達到38，這證實了污染物狀態會影響零件的清洗效果。在后續的零件制造中，應注意零件表面污染物狀態，以避免因污染物干燥而造成清洗效果下降。

4??結語

環保型真空清洗技術可采用真空/超聲復合清洗，可根據熱處理零件的油污程度、形狀、清洗所要達到的潔凈度等情況自由設定清洗方式和處理時間，獲得了更好的清洗效果，提高了清洗的效率。采用碳氫或改性醇化合物作為清洗溶劑，在完全密閉條件下對零件進行真空/超聲復合清洗，清洗劑可以實現封閉條件下的回收和重復利用，完全消除了由于空氣的存在而導致爆炸的可能，更加節能環保，實現了高品質的清洗。將環保型有機溶劑真空清洗技術應用于航空領域，在提高清洗質量和效率，減少污染的同時，也極大地促進了熱處理工藝裝備水平的提高，有著良好的經濟效益和社會效益。

參考文獻

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