3.3 脱脂
3.3.1 脱脂的原理及常用方法分别是什么？
脱脂的原理主要是利用机械作用及各种化学物质的溶解、皂化、润湿、渗透等作用来除去物料表面的油污。脱脂通常是工件表面处理的第一道工序。有时对于一些常年浸泡在油脂中的工件，在除锈后仍然需要再次进行脱脂处理。常用的脱脂方法包括机械法、有机溶剂脱脂、化学脱脂、电化学脱脂、擦拭脱脂、滚筒脱脂和超声波脱脂，以及采用油水分离装置来除去油污，也可将以上方法联合使用，以达到更好的效果。
3.3.2 脱脂的目的是什么？
（1）提高除锈质量 锈层或氧化皮表面的油脂和脏物将阻碍或降低除锈溶液对工件表面锈层或氧化皮的溶解、剥离作用，减缓除锈速度。特别是采用喷砂或喷丸除锈工艺时，若喷射磨料沾污了油脂，则此磨料已不能再用，否则，将对表面带来二次污染。因此，大多数技术规范都要求在喷磨料清理之前，除尽油脂和类似物质。
（2）提高磷化质量 磷化之前或磷化过程中，必须把工件表面的各种油脂、脏物、锈、氧化物等异物彻底清除。如果工件表面的异物未被彻底去除，将对磷化起到一种机械屏蔽作用，影响磷化漕液与工件表面的良好接触，延缓成膜速度，严重时不能形成磷化膜。典型的磷化工艺流程需要经过：预脱脂—脱脂—水洗—表面调整—磷化—水洗—去离子水洗—干燥等步骤。
（3）提高涂层质量 脱脂不彻底，将影响涂层的附着力，特别是对于聚氨酯、氯化橡胶、丙烯酸、乙烯类涂料，将会造成涂刷困难，同时影响涂层的干燥性能。对于醇酸、环氧树脂等单组分涂料，造成慢干或不干。形成涂膜后，影响涂膜的耐蚀性和装饰性能，是涂层起泡、脱落，甚至造成整张涂膜剥离等弊病的重要原因之一。
3.3.3 钢铁材料表面脱脂的基本方法有哪些？
钢铁材料表面脱脂的基本方法及其特点见表3-16。
表3-16 钢铁材料表面脱脂的基本方法及其特点
（续）
3.3.4 机械法脱脂有哪些方法？
采用机械法脱脂主要适用于采用化学或电化学方法脱脂困难时的一种方法。机械法脱脂有：
（1）擦拭法 利用毛刷或者抹布粘上脱脂剂在工件表面擦拭进行脱脂的方法。常用的脱脂剂有洗衣粉、维也纳石灰、去污粉、金属清洗剂等。
（2）喷砂法 以压缩空气为动力，使沙粒形成高速砂流射向金属工件表面，依靠沙粒的切削作用进行脱脂的方法。喷砂法常用的磨料为钢砂、石英砂、氧化铝及碳化硅等。
（3）燃烧法 即将含有油脂的工件加热到300～400℃，将油脂炭化后予以清除的方法。
3.3.5 有机溶剂脱脂时常用的有机清洗溶剂有哪些？
有机溶剂脱脂是利用有机溶剂能溶解油脂的物理性质，将工件表面的油污除去的一种脱脂方法。常用的清洗用溶剂主要有汽油（白油）、乙醇、苯、石油溶剂、甲苯、松节油、煤油、二甲苯和含氯溶剂等，常用有机清洗溶剂的物理化学性能见表3-17。
表3-17 常用有机清洗溶剂的物理化学性能
（续）
3.3.6 有机溶剂脱脂时的注意事项有哪些？
1）部分有机溶剂有剧毒，因此进行脱脂操作时，应在良好的通风条件下进行，严禁在附近吸烟、进食，避免少量气体吸入人体后引起中毒。
2）当有机溶剂中油污混入量达到25%（体积分数）后，油污容易污染工件表面，应及时更新溶剂。
3）三氯乙烯受紫外线照射，会分解出具有强腐蚀性的氯化氢，特别在铝、镁的催化作用下，这种反应更剧烈。因此，进行有机溶剂脱脂时，应避免带水入槽和日光照射。
4）三氯乙烯要避免与氢氧化钠或水中pH值大于12的物质接触。因为氢氧化钠与三氯乙烯一起被加热时，会产生二氯乙炔，容易发生爆炸。
5）工件进行有机溶剂脱脂处理前要经过彻底干燥，禁止将水分带入有机溶剂；工件经过有机溶剂脱脂后，也要彻底干燥，再进行碱性化学脱脂或电化学脱脂，不要将有机溶剂带入后续工序。
6）严禁在脱脂设备附近出现火种及火情。
7）工件进出脱脂设备时，速度要缓慢，以免产生“活塞效应”，把三氯乙烯带出设备。进出槽速度一般不超过3m/min。
8）避免有机溶剂与皮肤接触，以免引起皮肤脱脂而燥裂。若必须接触，应穿工作服和戴防护手套。
3.3.7 化学脱脂的原理及分类是什么？
化学脱脂方法是利用热碱性溶液的皂化和乳化作用来除去具有皂化性的油脂，或者利用表面活性剂的乳化作用来除去非皂化性油脂。脱脂的方式有浸渍脱脂和喷淋脱脂两种。化学脱脂的方法分为碱性脱脂、酸性脱脂、乳化液脱脂三种。
（1）碱性脱脂 包括对各种油类的乳化作用和对少数作用的皂化作用。
（2）酸性脱脂 酸性脱脂法使用的酸性脱脂液是由有机或无机酸加表面活性剂混合配制而成。酸性脱脂方法只适用于有少量油污的金属制品。
（3）乳化剂脱脂 即利用乳化剂（表面活性剂）使得油和水发生乳化作用形成稳定的乳浊液的方法。乳化剂由多种表面活性剂和消泡剂、防锈剂等组成。
3.3.8 碱性脱脂时常用的清洗用碱有哪些？
常用的清洗用碱根据其种类和性质可分为四类：
1）氢氧化钠，俗称苛性钠、烧碱、火碱，为强碱化合物，脱脂效果最好，不能用于铝、锌等有色金属的表面清洗，对皮肤和织物等有强烈的腐蚀作用，使用时应注意安全。
2）碳酸钠，俗称纯碱、苏打粉，为中碱性化合物，具有缓冲和水质软化作用，可以用于有色金属表面的清洗。
3）磷酸盐类，如磷酸氢钠等，为弱碱性化合物，具有优良的浸透、湿润和络合性能，对洗出的污物有较好的分散和保持作用，适用于硬水环境，是金属良好的缓蚀剂。
4）硅酸盐类，如偏硅酸钠等，为弱碱性化合物，具有优良的浸透、湿润性能，对金属具有缓蚀作用，对洗出的污物有很好的分散和保持作用，常与苛性钠并用。
实际使用时，受化合物固有特性的影响，用单一碱清洗效果不理想，通常用几种碱搭配，再加上表面活性剂等配制成碱液。
常用的脱脂碱液的配比见表3-18。
表3-18 常用的脱脂碱液的配比（质量分数，%）
3.3.9 碱液脱脂时的常用方法有哪些？
碱液脱脂，可以通过多种方法来实现，最常用的方法是浸渍清洗法和喷射清洗法。各种清洗方法的适用范围及其特性的比较见表3-19。
表3-19 碱液清洗方法的比较
（续）
3.3.10 碱液脱脂时影响脱脂效果的工艺因素有哪些？
（1）碱液的浓度 碱液的浓度越高，越有利于皂化反应进程，使油污与溶液之间的表面张力降低，易于脱脂。
（2）脱脂温度 总的来说，提高脱脂温度，有利于皂化反应的进行，可使熔点较高的油污软化，还有利于浸润和乳化作用，因此，可提高脱脂效率，加快脱脂速度。
（3）机械作用 机械作用有助于油污的去除，可使被涂物表面与脱脂液不断更新，加速油脂的皂化和乳化进程，能提高脱脂效果。
（4）脱脂时间 一般来说，温度越高，油污越轻，脱脂时间越短；延长脱脂时间，可提高脱脂效果。但脱脂时间过长，碱性药品易被金属工件的微孔吸收，并使工件表面受到轻度腐蚀和钝化，给水洗等步骤带来困难。
3.3.11 常用酸性脱脂的工艺是什么？
酸性脱脂只用于有少量油污的金属制品。常用的酸性脱脂方法的工艺见表3-20。
表3-20 常用的酸性脱脂方法的工艺
（续）
注：配方6为铜及铜合金除油工艺。配方3、4为黑色金属（氧化皮疏松）除油工艺。配方1、2、5为黑色金属除油工艺。
3.3.12 乳化脱脂时溶剂乳化清洗方法有哪些？
钢铁材料采用乳化脱脂时，溶剂乳化清洗方法主要有浸渍法和喷射法两种。
1）浸渍法是溶剂乳化清洗最常用的方法，只要有足够大的容器和足够量的清洗剂就能实施清洗。由于此法可以使用较高浓度清洗剂，并使被清洗工件充分暴露在清洗剂中，因而清洗效果好。且浸渍法对工件尺寸、形状的限制小，适应性较强。
2）喷射法的优点是对被清洗工件表面提供机械撞击力、连续冲洗，且由于清洗溶液循环过滤使得工件表面无污物沉积。其主要缺点是有更多的有机溶剂挥发在空气中，因而要求比使用浸渍法更有效的通风装置。按照其操作方式有手工喷射和机械喷射两种。
3.3.13 表面活性剂的HLB值是什么？
金属清洗多采用阴离子和非离子型的表面活性剂。表面活性剂的性能与其亲水和亲油基团的平衡值（HLB）有关。亲水性最高为20，最低为0。HLB的大小决定表面活性剂的用途，表面活性剂HLB值与其所起作用的关系见表3-21，表面活性剂的HLB值与其在水中溶解性的关系见表3-22。
表3-21 表面活性剂HLB值与其所起作用的关系
表3-22 表面活性剂的HLB值与其在水中的溶解性的关系
3.3.14 常用金属清洗剂有哪些？
常用金属清洗剂的配方及适用范围见表3-23。
表3-23 常用金属清洗剂配方和适用范围
3.3.15 什么是电化学脱脂？
电化学脱脂是将零件挂在碱性电解液的阴极或阳极上，在直流电的作用下将工件表面的油脂除去的方法，是车间常用的脱脂方法。电化学脱脂方法有阴极脱脂法、阳极脱脂法和阴阳极联合脱脂法等。
3.3.16 电化学脱脂中脱脂液的工艺条件和浓度是多少？
采用电化学脱脂方法时，电化学脱脂液的工艺见表3-24。
表3-24 电化学脱脂液的工艺条件和浓度
注：配方1～6为钢铁脱脂工艺，其中配方1用于一般钢铁高强度抗件，配方2为形状复杂的非抗力件脱脂工艺；配方7～10为铜及铜合金脱脂工艺；配方11、12为锌及锌合金脱脂工艺，其中配方12加入适量缓蚀剂；配方13为铝、镁及其合金脱脂工艺。
在电化学脱脂液中，氢氧化钠主要起导电作用。在工艺范围内，提高其浓度可以提高电流密度，加快脱脂速度，提高脱脂效率。脱脂液要求一定的温度是为了皂化作用和增加溶液的导电能力。提高脱脂液的电流密度，可以一定程度的提高脱脂速度，并改善深孔的脱脂质量。
3.3.17 滚筒脱脂的工作原理是什么？
滚筒脱脂是一种机械化的擦拭脱脂方法，滚筒脱脂方法采用的碱液为化学脱脂溶液。滚筒脱脂的主要工作内容如下：将待脱脂的工件和木皂角及弱碱性溶液等一同放入筒内，加盖密封，在60～100r/min的转速下，进行脱脂。滚筒脱脂的方法不适用于易变形的薄片零件，有外螺纹的、精密度高的零件。
3.3.18 超声波脱脂的工作原理是什么？
将粘附油污的工件或制品放在脱脂液中，通过超声波发生器并以一定频率（频率一般为30kHz左右）的超声波辐照进行脱脂的过程，叫做超声波脱脂。
超声波脱脂可应用于有机溶剂脱脂、化学脱脂和电化学脱脂过程中。脱脂过程中的化学及物理化学作用主要是靠脱脂溶液本身的性质，但超声波的引入能大大加强这些过程的作用，从而可以提高其脱脂的效率和能力。
超声波强化脱脂对于形状复杂件、多孔隙的铸件、压铸件、小零件及经抛光附有抛光膏油脂的制件，脱脂效果远优于一般脱脂方法。
3.3.19 用于脱脂的油水分离装置有哪些？
采用适当的装置和方式，连续或间隙除去脱脂液中油污，可以提高脱脂液的脱脂效果。
（1）热油分离器 其使用方法为将含油脱脂液送入热油分离器进行加热，使表面活性剂与油污分离，并使油漂浮到液面，经置于表面的吸油口收集送至贮油槽。而脱脂后的工作液经液位表面下的挡板，除去较重一些的沉淀物，返回脱脂工作槽。热油分离器的结构如图3-13所示。
（2）吸附法脱脂装置 该装置是利用亲油不亲水材料的特性，通过这些材料不断与含油脂的脱脂液接触，捕捉吸附其中的油污。其工作原理为转动装置带动吸油滤带以特定的转速在辅槽内不停地旋转，将吸附的油污经挤油口挤至贮油桶内。吸附法净化脱脂装置结构如图3-14所示。
图3-13 热油分离器的结构
图3-14 吸附法净化脱脂装置结构
1—脱脂槽 2—辅槽 3—转动装置 4—吸油履带 5—隔室过滤板 6—泵 7—挤油口 8—贮油桶
（3）超滤法脱脂 该装置是将预滤器和超滤器串联到脱脂液的循环管路上，利用超滤膜的分离作用对含油脱脂液进行净化，即将含油脱脂液浓缩，不含油的滤液返回工作槽中。
（4）离心分离器脱油 利用油水密度的不同，采用离心分离将油脱出。
无论采用哪一种方法，都应先用简单的机械方式除去堆积和硬质的大量油污，可以起到加速脱脂速度、节约清洗药剂、提高处理质量的效果。
脱脂的工艺过程一般包括：机械清理→脱脂→水洗→干燥四个过程。
3.3.20 脱脂处理中碱液的作用是什么？
有些金属（尤其是有色金属）在强碱条件下会产生腐蚀，实际使用时，应注意碱液的pH值，各种金属耐碱性的极限值见表3-25。
表3-25 各种金属耐碱性的极限pH值
注：其中钢铁无极限pH值是在一定范围内的。在热的高浓度苛性钠中，钢铁也会产生腐蚀。
同时，各种碱在不同浓度下的碱性pH值见表3-26，参照此表格可以防止因操作不慎引起不必要的损失。
表3-26 不同浓度清洗用碱溶液的pH值
3.3.21 脱脂过程中常见问题及解决方法有哪些？
脱脂中常见问题及解决方法见表3-27。
表3-27 脱脂中常见问题及解决方法
3.3.22 怎样进行钢材表面油脂清洁度的评定？
（1）硫酸铜法 可分为点滴法和浸渍法两种：①点滴法适用于大工件和现场的评定，其主要操作方法是将硫酸铜混合液（0.25mol/L的CuSO440mL、10%NaCl120mL、0.1mol/L的盐酸0.8mL）滴在被测表面有代表性的10个点上，若液滴5s内出现粉红色铜斑，说明没有油污，反之有残留油污，说明脱脂不彻底；②浸渍法适用于小工件的评定，将其放入酸性硫酸铜溶液中，1min后取出冲洗，若置换出的铜膜完整均匀、光泽和结合力好，说明脱脂彻底，反之表明还存在油污。
（2）表面张力（自由能）测试法 其主要方法是以水的表面张力为典型清洁度，配有11种不同表面张力为25～100dyn/cm的标准液，将标准液滴在被测表面，若滴液成珠状，再使用下一号标准液，当某一标准液正好湿润表面（均匀铺展）时，即为测试结果。
（3）验油试纸法 实际操作时，将0.1mL由金属硫酸盐和有机酸组成的浅蓝色透明极性溶液用玻璃棒均匀摊布在水平钢材表面上（直立表面用0.5mL），覆盖面积不小于20mm×40mm，然后将A型验油纸紧贴在溶液膜上，1min后观察验油纸的状态。若极性溶液完全与验油纸接触，会出现连片完整的红色，表明油污已清除干净。若出现点状或斑块稀疏，则表明油污未清理干净。该方法操作简单、灵敏，可用于钢、铜、铝等金属表面的清洁度评定。
（4）油渍法 其主要操作内容是将脱脂剂滴在被测表面，蒸发干后，若无痕迹，说明没有油污，若有圆环，说明油污没有除尽。
（5）水湿润法 其主要操作内容是将工件浸入水中，并使之移出水面45°倾斜，观察水膜的状态。若水膜完整，说明无油污，若存在水珠或无水膜情况，说明存在油污。
（6）擦拭法 其主要操作内容是用白绸布或滤纸擦拭表面，若白绸布或滤纸洁白无污，说明脱脂效果好，反之说明脱脂效果不良。
（7）滑石粉法 其主要内容是将被测金属垂直放入表面洒有滑石粉的水中，再垂直地取出，洁净的表面均匀粘有滑石粉，有油污的地方则没有滑石粉。
（8）喷射图案法 其主要内容是用喷枪喷洒含有0.1%（质量分数）染料的蒸馏水于已事先浸湿的表面，有油污的地方，不会显示颜色。
（9）呼气法 其主要内容是向金属表面呼气（或用雾化器），清洁的表面有均匀的雾水，而有油的地方没有雾水。
在上述测试方法中，验油试纸法是最标准的方法，但试剂和试纸采购有困难；硫酸铜法和表面张力测试法为半定量测试方法，可以自己配置所用溶液；油渍法和擦拭法为定性试验方法，不太准确；水湿润法、呼气法和喷射图案法三种方法最简单易行，但需注意，当表面存在NaOH或表面活性剂时，会影响观察结果，出现判断失误。由于其评定方法很多，在使用时应根据实际情况合理选择。