摘 要

金属材料在生产、生活中占有重要的地位。金属材料毛坯在加工与处理前，表面通常涂有一层防止金属材料腐蚀破坏的防锈油与机械加工油污，后续加工前需要进行清洗处理。金属加工生产中要使用大量金属清洗剂，清洗效率直接影响后续工序的顺利进行和最终产品的质量。由于环境问题日益严峻，金属清洗剂必将朝着环保型的方向发展。金属清洗过程中的防锈也是金属清洗剂要解决的一个重要问题，特别是金属水基清洗剂。因此金属清洗剂在金属加工生产中具有重要作用。

本文研制的黑色金属水基清洗剂适用于黑色金属表面。本文所介绍的清洗剂是由不同表面活性剂的复配物、缓蚀剂、助洗剂、增溶剂、软水剂通过正交试验复配而成，脱脂率达90%以上，具有很好的防锈效果。

本文介绍的清洗剂的研制是对一些表面活性剂的性能和物理化学参数（浊点、HLB值）进行比较，并测试了表面活性剂溶液的表面张力随表面活性剂浓度的变化情况后，筛选了四种表面活性剂：LAS，6501，AES，全氟烷基甜菜碱。这四种表面活性剂利用正交试验进行复配，以脱脂率为标准，确定了其最优配方。再在表面活性剂最优配方的基础上，缓蚀剂、助洗剂、增溶剂、软水剂进行正交试验，以脱脂率为标准，确定了清洗剂的最优配方。

本文研究了黑色金属水基清洗剂在不同清洗方式下脱脂率与清洗温度的关系，最后测试了清洗剂的各项性能指标。结果表明，本清洗剂有较高的脱脂率，对人工油污有较好的清洗能力；本清洗剂能保证清洗后金属在24h内不生锈；对金属的表面没有腐蚀性。

关键词：黑色金属；水基清洗剂；正交试验；脱脂率；防锈

Abstract

Metal materials play an important role in the production and life. Before the processing metal materials, the surface of the metal material is usually coated with a layer of anti rust oil and mechanical processing oil, which is usually applied to prevent corrosion and damage of metal materials, and need cleaning before the subsequent processing. A large number of metal cleaning agents should be used in metal processing, and the cleaning efficiency will directly affect the subsequent processes and the quality of the final products. Due to the increasingly serious environmental problems, the development of metal cleaning agent is bound to the direction of the environmental protection. Antirust of metal cleaning process is also an important problem to solve by means of metal cleaning agent, especially metal water-based cleaning agent. Therefore, metal cleaning agent plays an important role in the production of metal processing.

In this paper, we have developed a ferrous metal water-based cleaning agent which is suitable for ferrous metal surface. This paper introduces the cleaning agent is comprised of surface active agent, corrosion inhibitor, washing assistant, solubilizer and water softener by using orthogonal test, and the degreasing rate reaches above 90% with good antirust effect.

This paper introduces the development of the cleaning agent. The performance and physical and chemical parameters (cloud point, HLB value) of some surface active agents were compared and the surface tension of surface active agent solution was tested with the change of surfactant concentration. Based on the conclusion above, four surface active agents were screened: LAS, 6501, AES, and all the alkyl betaine. The four surface active agents screened use orthogonal test and the optimal formula was determined by the degreasing rate as the standard. Based on the optimal formula of surface active agents, corrosion inhibitor, washing assistant, solubilizer and water softener use orthogonal testand the optimal cleaning agent formula was determined by the degreasing rate as the standard.

In this paper, the relationship between the degreasing rate of ferrous metal water-based cleaning agent in different cleaning methods and the cleaning temperature was studied. At last, the performance indexes of the cleaning agent were tested. The results show that the cleaning agent has high detersive ability, has good cleaning ability to the artificial oil; and the cleaning agent can guarantee the metal to be free of rust in the 24h; and won’t make metal surface corrode.

Key Words：ferrous metal; water based cleaning agent; orthogonal test; degreasing rate; rust prevention

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪 论 1

1.1 金属清洗剂 1

1.1.1 金属清洗剂的分类 1

1.1.2 金属清洗剂的发展现状 2

1.2 表面活性剂 2

1.2.1 表面活性剂的作用机理 3

1.2.2 含氟表面活性剂 4

1.3 缓蚀剂 5

1.3.1 缓蚀剂的分类 5

1.3.2 缓蚀剂的工作机理 5

1.4 金属清洗剂配方设计 6

1.4.1 活性物的复配设计 6

1.4.2 助剂的复配设计 6

第2章 表面活性剂的筛选与复配 7

2.1 表面活性剂 7

2.1.1 主要试剂 7

2.1.2 表面活性剂比较 7

2.2 表面张力测试 9

2.2.1 主要仪器 9

2.2.2 实验步骤 9

2.2.3结果评定 9

2.3 含氟表面活性剂与一般表面活性剂复配后表面张力测试 11

2.4 表面活性剂的复配 12

2.4.1 主要仪器及材料 12

2.4.2 主要试剂 13

2.4.3 试验准备 13

2.4.4 实验步骤 15

2.4.5 结果评定 15

2.5 小结 16

第3章 缓蚀剂的合成与性能测试 18

3.1 缓释剂的合成 18

3.1.1 主要仪器及材料 18

3.1.2 主要试剂 18

3.1.3 实验步骤 19

3.2 防锈实验 19

3.2.1试片的打磨和清洗 19

3.2.2 缓蚀剂溶液配制 19

3.2.3 防锈性能测试 20

3.2.4结果评定 20

3.3 腐蚀电化学试验 21

3.3.1 CorrTest电化学测试系统 21

3.3.2实验方法 22

3.3.3 缓蚀剂评价 22

3.4 小结 24

第4章 清洗剂配方确定 25

4.1 主要仪器及材料 25

4.2 主要试剂 25

4.3 试验准备 26

4.3.1 试片的打磨与清洗 26

4.3.2 清洗剂试液的配制 26

4.4 实验步骤 27

4.5 结果评定 27

4.6 黑色金属水基清洗剂的配方 30

4.7 小结 30

第5章 清洗剂性能测试 31

5.1 清洗剂外观检查 31

5.2 清洗剂pH测试 31

5.3 不同温度下清洗剂脱脂率的测试 31

5.3.1 主要仪器 31

5.3.2 试验步骤 32

5.3.3 结果评定 32

5.4 不同清洗方式脱脂率的测试 33

5.4.1 主要仪器 33

5.4.2 试验步骤 33

5.4.3 结果评定 33

5.5 防锈性试验 35

5.6 腐蚀性试验 35

5.6.1主要仪器及材料 35

5.6.2 实验步骤 35

5.6.3 结果评定 35

5.7 清洗剂泡沫性能测试 36

5.8 高温稳定性测试 37

5.9 小结 37

第6章 结 论 38

参考文献 39

致 谢 41

第1章 绪 论

1.1 金属清洗剂

金属清洗剂（Metal cleaner）属于硬表面清洗剂的类别。金属清洗剂的主要功能是清除金属表面的防锈油及其他污渍，保证金属基体表面保持清洁。金属清洗剂被广泛用于机械制造、汽车生产、设备维修、电镀和喷漆等各种行业领域。大多数金属清洗剂用于金属产品的加工过程，主要有金属零部件的清洗、成品防锈处理前的清洗等，其中涂装防护前处理中的清洗最为重要。在金属表面涂装时，为了确保涂层与金属基材表面粘接牢固，基材表面的清洁至关重要^[1,2]。

1.1.1 金属清洗剂的分类

按清洗对象的不同可将金属清洗剂分为除锈和除油两类。除锈大多在酸性条件下进行，既可除去钢铁等金属表面形成的氧化物层，也可出去其他腐蚀产物。除油则在碱性条件下进行，主要是除去油性污垢^[3,4]。

（1）酸性金属清洗剂