常温无磷电解除油工艺的研究_杨基峰

２０１３年１１月

　　　　　　　　　　　　　　电镀与环保第３总第１３卷第６期（９４期）　　·９·

常温无磷电解除油工艺的研究

ＡＳｔｕｄｏｆＮｏｒｍａｌＴｅｍｅｒａｔｕｒｅａｎｄＮｏｎｈｏｓｈｏｒｕｓＥｌｅｃｔｒｏｌｔｉｃ　　－　　－ｐ　ｐｙｐｙ　

ＤｅｒｅａｓｉｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｇｇｙ　

２２３

杨基峰１，　张艳妮，　陈红辉，　席尚平

（湖南文理学院化学化工学院，湖南常德４常德力元新材料有限责任公司，１．１５００４；２．

）湖南常德４常德恩红生物化工有限公司，湖南常德４１５００１；３．１５００１

１２２３

，，ＹＡＮＧＪｉｆｅｎＨＡＮＧＹａｎｎｉＨＥＮＨｏｎｈｕｉＩＳｈａｎｉｎ　－　Ｚ　－　　Ｃ　－　　Ｘ　－ｇ，ｇｇｐｇ

（，Ｈ，１．ＣｏｌｌｅｅｏｆＣｈｅｍｉｓｔｒａｎｄＣｈｅｍｉｃａｌＥｎｉｎｅｅｒｉｎｕｎａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｏｆＡｒｔｓａｎｄＳｃｉｅｎｃｅ　　　　　　　　ｇｙｇｇｙ　　

；，，；Ｃｈａｎｄｅ４１５００４，Ｃｈｉｎａ２．ＣｈａｎｄｅＬｒｕｎＮｅｗ　ＭａｔｅｒｉａｌｓＣｏ．Ｌｔｄ．Ｃｈａｎｄｅ４１５００１，Ｃｈｉｎａ　　　　　ｇｇｙｇ

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摘要：并研究了一种新的常温无磷电解除油工艺，从根本上杜绝了磷在废水中　探讨了电解除油溶液中的磷对环境的影响，的产生。对新工艺的表面处理质量进行检测后发现：常温无磷电解除油工艺不仅除油效果要优于常规电解除油工艺的，而且使用能耗低，能实现废水中磷的零排放。

关键词：　电解除油；表面处理；废水处理；磷酸根

：，Ａｂｓｔｒａｃｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｔｈｅｉｎｅｌｅｃｔｒｏｌｔｉｃｄｅｒｅａｓｉｎｓｏｌｕｔｉｏｎｏｎｔｈｅｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｗａｓｉｎｖｅｓｔｉａｔｅｄａｎｄａｎｅｗｈｏｓｈｏｒｕｓ　Ｔ　　　　　　　　　　　　　　ｙｇｇｇｐｐ　，ｗｈｏｓｈｏｒｕｓｈｏｓｈｏｒｕｓｎｏｒｍａｌｔｅｍｅｒａｔｕｒｅａｎｄｎｏｎｅｌｅｃｔｒｏｌｔｉｃｄｅｒｅａｓｉｎｔｅｃｈｎｏｌｏｗａｓｄｅｖｅｌｏｅｄｈｉｃｈｒｏｏｔｅｄｏｕｔｔｈｅ－　　－ｐ　　　　　　　ｐｐｐｐｙｇｇｇｙｐ　　ｅｎｅｒａｔｅｄｉｎｔｈｅｗａｓｔｅｗａｔｅｒ．Ｉｔｗａｓｆｏｕｎｄａｆｔｅｒｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｔｒｅａｔｍｅｎｔｕａｌｉｔｔｅｓｔｆｏｒｔｈｅｎｅｗｔｅｃｈｎｏｌｏｔｈａｔｔｈｅｔｅｃｈｎｏｌｏｉｓ　　　　　　　　　　　　　　　　ｇｑｙｇｙｇｙ　　　

，，ｎｏｔｏｎｌｂｅｔｔｅｒｔｈａｎｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌｅｌｅｃｔｒｏｌｔｉｃｄｅｒｅａｓｉｎｔｅｃｈｎｏｌｏｉｎｄｅｒｅａｓｉｎｅｆｆｅｃｔｂｕｔａｌｓｏｌｏｗｅｒｉｎｅｎｅｒｃｏｎｓｕｍｔｉｏｎ　　　　　　　　　　ｙｙｇｇｇｙｇｇｇｙｐ　　　　　ｃａｎｒｅａｌｉｚｅｚｅｒｏｄｉｓｃｈａｒｅｉｎｔｈｅｗａｓｔｅｗａｔｅｒ．ｈｏｓｈｏｒｕｓ　　　　　　　ｇｐｐ

：；；ｗ；ｈｏｓｈａｔｅＫｅｗｏｒｄｓｌｅｃｔｒｏｌｔｉｃｄｅｒｅａｓｉｎｓｕｒｆａｃｅｔｒｅａｔｍｅｎｔａｓｔｅｗａｔｅｒｔｒｅａｔｍｅｎｔｒａｄｉｃａｌ　ｅ　　　　ｐｐｙｇｇｙ　（）中图分类号：ＴＱ１５３　　　　　文献标识码：Ａ　　　　　文章编号：１０００４７４２２０１３０６０００９０３　－－－

０　前言

钢铁零件经机械准备后，一般需进行除油及浸蚀等前处理工序，才能进行电镀或其他表面处理。金属电镀前处理过程一般都使用电解除油工艺。传统的电解除油采用氢氧化钠作皂化剂，碳酸钠作

１］

。随着国磷酸三钠作乳化剂的配方［Ｈ缓冲剂，ｐ

家对环境保护的逐步重视，对含磷废水的排放要求

１　实验

１．１　实验材料

选用厚度为０．表面覆油膜的普通低碳１ｍｍ、钢作为试片，不锈钢板作为电极。其他试剂均为分析纯。１．２　实验方法

将试片作为阴极，不锈钢板作为阳极。在改进配方的除油溶液和基础配方的除油溶液中给定５Ａ，电流，阴极和阳极电解除油各５ｍ然后进行水洗ｉｎ和酸洗，再在普通瓦特镍溶液中电沉积厚度为３μｍ的镍层，最后取出烘干进行性能检测。通过检测试片表面镀层的质量来评判电解除油工艺对表面处理的影响效果。实验的基本工艺，如表１所示。１．３　检测方法及仪器

／采用ＥＨＫ３０Ａ１２Ｖ型精密电镀槽进行镀镍。－采用ＤＺ２型盐雾试验仪对材料的耐蚀性进行检－测。采用弯曲破坏试验对镀层的结合力进行测试。元ＳＥＭ图用ＪＳＭ－６５１０ＬＶ型扫描电子显微镜测试，

素分析采用美国ＤＥＡＸ电致冷能谱仪。

越来越严格。因为磷是评价水质的重要指标，当水／体中磷的质量浓度超过０．就可能引起０１ｍＬ时，ｇ

２］

。根据研究，水的富营养化发生［可溶性正磷酸盐

是引起富营养化的主要形能被水生植物直接吸收，

３］

。目前国内对电解除油在车间环境改善和不同态［

类型的表面活性剂应用等方面研究得比较多，但对于电解除油工艺对外部环境的影响，特别是磷酸根对废水造成的环境影响研究得很少。本文在实践的基础上，优选了一种能替代磷酸三钠及其他磷酸盐乳化作用的乳化剂，从而从工艺上杜绝了磷酸根的带入。

·１ｏｖ．２０１３　　０·　Ｎ

表１　实验的基本工艺

成分氢氧化钠碳酸钠磷酸三钠ＯＰ１０－　十二烷基硫酸钠

ＥＨ－１０９７聚硅氧烷消泡剂

温度

基础配方／６０ｇＬ　／６０ｇＬ　／６０ｇＬ０．１％／／／５５℃

Ｅｌｅｃｔｒｏｌａｔｉｎ＆ＰｏｌｌｕｔｉｏｎＣｏｎｔｒｏｌ　　　　　　　　　ｐｇ　

Ｖｏｌ．３３Ｎｏ．６　　　　　　

改进配方／３０ｇＬ／２０ｇＬ／０．０５％０．００８％０．００１２％　０．０００２％　

室温

图２　不同工艺对电解液导电性能的影响

２　结果与讨论

２．１　不同工艺对除油效率的影响

４］

除油效率［以失重法来表示，公式如下：／（）ｗ０－ｗ１）ｗ０×１００％１η＝（式中：ｗ０为裸钢片的质量；ｗ１为除油后η为除油效率；钢片的质量。图１为不同工艺对除油效率的影响

。

采用无磷工艺并且将溶液的整体　　由图２可知：

由于溶液中导电离子数量的减少及温浓度降低后，

度的降低，电压比传统工艺的要高出２０％。尽管改进工艺的溶液的整体导电性能没有传统工艺的强，但其整体运行成本和除油效率均有相当大的改善。如果再对除油性能进行验证，则改进工艺的性价比要比传统工艺的高。

２．３　不同工艺对镀层结合力的影响

镀层与基体的结合力是其应用的最重要的性质之一，如果没有良好的结合力，就不能确保镀覆技术

５］

。而前处理工序是表面处的有效使用和工作安全［

，理质量好坏的关键控制点。将试样反复弯曲１８０°直至试片断裂。用扫描电镜检测断口是否有镍屑或镍皮脱落。图３为不同除油工艺下镀层断裂截面的ＳＥＭ图

。

图１　不同工艺对除油效率的影响

改进后的无磷低泡除油工艺的除　　由图１可知：

油效率比传统工艺的有略微提升，但整体上并没有太大的影响。对于电解除油而言，影响除油效率的最大因素是电流和工作时间。因此，在不改变电解采用相同的工除油工艺体系中主导电盐的条件下，

艺条件对工件的除油效率是没有影响的，可以达到表面处理的工艺要求。

２．２　不同工艺对电解液导电性能的影响

对于相同的电解工艺条件和电解基体，电解液的导电性能可以通过电解电压来评判。电解电压高，表示溶液的电阻大，也就是溶液的导电性能差；反之，则表明溶液的导电性能优良。图２为不同工艺对电解液导电性能的影响

。

（）

改进工艺ａ

（）传统工艺ｂ

图３　不同除油工艺下镀层断裂截面的ＳＥＭ图

（）可知：采用改进工艺所制备的镀层在ａ　　由图３

经过８次１反复弯曲后发生断裂，裂口截面表观８０°镀层与基体层完全融为一体，没有发生镍片或光滑，

）镍屑脱落的现象。由图３（可知：采用传统工艺所ｂ制备的镀层在经过６次１反复弯曲后发生断裂，８０°裂口截面残留有很多的镍屑，形成细微的锯齿状，部分镍屑还散落至镀层表面。通过对镀层结合力的检测表明：改进后的无磷除油工艺能对镀件进行更好的前处理清洗，能得到更优良的镀层结合力。

２０１３年１１月

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２．４　不同工艺对镀层耐蚀性的影响

采用质量分数为５％的氯化钠溶液对镀层进行／，喷雾，喷雾的沉降速率控制在３连续喷雾０ｍＬｓ。静置２评判材料的耐蚀性。采用不１５ｍｉｎ４ｈ后，

同除油工艺所制备的镀层腐蚀后的Ｓ如图４ＥＭ图，所示。相对应的能谱检测结果，见图５

。

的盐雾试验后，镀层表面结晶细致，有轻微的化学腐蚀点，腐蚀点含镍９含铁７．而采用传２．０３％，９７％；统工艺试制的试片经过２镀层表４ｈ的盐雾试验后，形成大小不一的坑洞，腐蚀点面的化学腐蚀点较多，

含镍仅为７含铁高达１其中还有残８．５３％，４．２３％，留的５．８２％的氯离子。改进型除油工艺采用了，ＯＰ１０ＥＨ－１０９７和十二烷基硫酸钠三种表面活性－

剂，因此，对镀层表面的油污具有更高的清除能力，相比传统的磷酸三纳而言，对油污的剥离及乳化效果更强，更易清洗。

（）

改进工艺ａ（）传统工艺ｂ

３　结论

（）采用Ｏ１Ｐ１０，ＥＨ－１０９７和十二烷基硫酸钠－

完全能三种表面活性剂复合配制的电解除油工艺，满足实际生产需要，可以替代传统工艺中的磷酸根，解决了传统除油工艺中磷酸根的排放问题。）常温无磷改进型电解除油工艺能更有效地（２

对钢铁件表面的油污进行处理，能使镀层获得更好的耐蚀性和结合力。

（）常温无磷改进型电解除油工艺的使用能耗３

但因采用了三种表面活性剂复配，因此，在工更低，

图４　采用不同除油工艺所制备的镀层腐蚀后的ＳＥＭ

图

（）

改进工艺ａ

艺中需添加适当的消泡剂。

参考文献：

［］］谢红雨，郝胜策，等．电解除油工艺的改进［电镀与１Ｊ．　陈红辉，

（）：环保，２０１０，３０４２１２３．－

［］］：总磷排放标准的讨论［环境科技，２Ｊ．２００８，２１（５）５１　朱斌波．－

５４．

［］徐亚同，张圣章．环境微生物学［上海：华东师范大３Ｍ］．　史家栋，

学出版社，１９９３．

［］郑精武，陈建明，等．常温下低碱低泡除油剂的研制４　姜力强，

［］（）：新技术新工艺，Ｊ．２００４４５０５１．－

（）传统工艺ｂ

［］］易新乾，王岳森，等．评价镀层结合力的方法［电镀与５Ｊ．　李山，

（）：精饰，１９９１，１１６１５１８．－

收稿日期：２０１２０６０７－－

图５　采用不同除油工艺所制备的镀层腐蚀后的能谱图

采用改进工艺试制的试片经过２４ｈ　　结果表明：

檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿

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