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金屬表面腐蝕原因及金屬加工油應用
時間:2018-10-31
腐蝕是金屬表面部分或者全部剝離、溶解或軟化的化學反應。“生銹”經常被誤用或者誤解,它僅僅指鐵和鋼。“腐蝕”不僅包含黑色金屬,而且包含有色金屬。以下內容主要討論腐蝕的成因和糾正措施。
 
   移除熱量是金屬加工液最重要的功能之一。有效移除熱量,就能保證刀具的良好使用壽命,以及工件的幾何精度。和油相比,水在移除熱量方面性能更卓越;但純水和新加工的金屬接觸后會導致腐蝕。因此,腐蝕是每位用戶,也是水基金屬加工液制造商必須面對的問題。干切削過程也會面對腐蝕問題,并不僅僅由水基金屬加工液引起。引起金屬表面腐蝕有許多種原因。
 
季節性腐蝕
 
   腐蝕可以發生在一年內的任何時候。一般來說,7~9月的溫度和相對濕度較高,更容易發生腐蝕。干旱地區相對濕度較低,腐蝕情況就很少發生。
 
手印腐蝕
 
   當工件接觸人手后,就容易發生腐蝕。搬運過程中新機床和金屬工件表面留下的手印,會導致腐蝕。這種情況普遍存在于皮膚呈酸性的人群,以及表面光潔度高的工件。使用手印中和劑能防止類似的手印腐蝕。
 
   隨著溫度上升,包括腐蝕在內的化學反應速度就會更快。夏季高溫和空氣中的水分和氧氣也是加速腐蝕的原因。
 
   當水分凝結在工件表面,就會形成電池的電解液。秋冬季節能提供防銹保護的加工液濃度,當濕度持續上升時,就不再提供有效的防銹保護。因此,適當的濃度調整非常必要。秋冬季節,濃度1:30(3.3%)已經足夠;但濕熱季節,濃度可能需要提高到1:25(4%),或者不再看到工件表面生銹為止。需要注意的是,提高中央槽系統的濃度,會導致泡沫和皮炎問題。金屬加工液用戶也可能需要增加防銹添加劑,這取決于金屬加工液的種類、用戶對化學品的限制、添加劑的有效性以及所使用的加工液。
 
ph值
 
   ph值是金屬加工液控制腐蝕的一個重要參數。超過9的高pH值,可以保護黑色金屬,但對有色金屬腐蝕防護不利,如:鋁、黃銅和青銅。
水硬度會影響加工液的平衡,不同地理區域的水硬度是不同的,調節水硬度會優化加工液的表現性能。
 
   單機條件下如果pH值較低,最簡單的解決方法是傾倒和清洗,然后按照推薦濃度加新鮮金屬加工液。如果是加工黑色金屬的中央槽系統,可以用適當添加劑,將pH值調整到8.8~9.2。如果pH值特別高,往往是金屬加工液已經受到污染,需要傾倒和換新液。
 
污垢再循環
 
   金屬加工液的金屬微粒,往往被認為是“污垢”或“碎屑”。如果沒有及時清理,碎屑會在工件表面堆積而形成電池,碎屑下面的金屬往往會生銹。單機條件下,應及時排空-清洗-用清水沖洗,按照推薦濃度加新鮮金屬加工液。
 

 
   通常水中的化學物質是積累的,會提高加工液的腐蝕程度。所有水包含離子,部分離子富有侵蝕性,會導致大部分金屬腐蝕。水含有超過100×106的氯化物、超過100×106的硫化物,或50×106硝酸鹽,這些離子被認為富有侵蝕性。氯化物、硫化物和硝酸鹽破壞金屬表面的防護層,導致腐蝕。持續加水會提高中央槽系統的氯化物、硫化物和硝酸鹽含量。金屬加工液使用時間越長,離子的侵蝕性更高。
 
   每種金屬加工液的配方,都需要維持濃度來發揮“最佳點”。定期檢測金屬加工液濃度,可以避免加工性能和環境問題。
 
   如果用戶懷疑水有侵蝕性時,可取樣并通過全分析來確定。當中央槽系統的金屬加工液被懷疑導致腐蝕,請取樣并檢測離子含量。當氯化物、硫化物和硝酸鹽濃度超過可接受范圍,可使用去離子水或者蒸餾水作為工藝用水,也可選擇防腐蝕性能高的金屬加工液。
 
   溶解在水中的固體,可以破壞金屬加工液很多的渴望性能。最熟悉的例子就是“水硬度”,是由于鈣和鎂離子溶解在水中引起。
 
   二價離子和皂類、潤濕劑和乳化劑反應所形成化合物,溶解度會降低。這種不溶解的成分,耗竭機床和工件防銹劑。硬水指的是含量超過250×106碳酸鈣或者15“德國克”(德國硬度標準)。硬度越高,越容易產生腐蝕。
 
   電導率是另一個檢測金屬加工液中溶解離子的方法。高電導率增加了腐蝕、金屬加工液的不穩定、殘留物和其他問題。超過4MilliSiemens/cm被認為高電導率。
 
細菌
 
   金屬加工液細菌含量高會導致腐蝕。細菌不僅耗竭加工液的成分,而且降低混合液的pH值。細菌的代謝產物包括弱有機酸,可降低加工液的pH值,削弱金屬加工液的抗腐蝕性能;如果沒有檢測,細菌會使金屬加工液破乳。
 
   對單機而言,金屬加工液內含大量的細菌,最簡單的解決方法是傾倒舊加工液,用高效的機床清洗劑徹底清洗整個系統,用新鮮水漂洗,然后按照推薦濃度加新鮮金屬加工液。如果換新液有困難,也可使用適當的殺菌劑。對于中央槽系統,可以采取預防性措施,包括正確使用殺菌劑來控制細菌繁殖。
 
偏低的濃度
 
   在設計的范圍內,金屬加工液的成分才會發揮效率。如果濃度偏低,那么金屬加工液的成分無法達到設計濃度效果。包括防銹抑制劑,也無法阻止新加工和磨削的工件腐蝕。
 
   應當經常或定期檢測加工液的濃度,化學滴定法和折光儀是檢測濃度的最佳方法,可以補加濃縮液來達到推薦濃度。對于單機,不應使用添加劑打破平衡,應當傾倒和換新液。

超長的工序時間
 
   通常來說,推薦濃度的金屬加工液能提供的工序間防銹時間,最多是72小時。絕大多數的金屬加工液的工序間防銹時間,隨著金屬材料(如高合金鋼、鑄鐵等)的變化而變化。適當濃度下能接受的防銹時間,鑄鐵是48小時;高合金鋼是72小時。如果防銹要求超過這些時間,推薦使用較長期的防銹添加劑。


腐蝕性氣體

 
   金屬加工過程完成后,工件進入儲存期。此時發生腐蝕,很可能由腐蝕性的氣體引起。熱處理部門會排出腐蝕性煙霧,最有腐蝕性的成分之一是SO2煙霧,它能快速腐蝕工件表面;建筑粉塵也是導致金屬表面快速腐蝕的因素。
金屬加工區域的通風是解決腐蝕性氣體的唯一方法。去除腐蝕性煙霧,就可以解決由此產生的腐蝕問題。
 
雙金屬腐蝕
 
   雙金屬腐蝕,指加工過程中2種不同的金屬,由于金屬加工液存在(導電介質),相互接觸發生電子轉移而導致的腐蝕。可使用一種抑制雙金屬腐蝕性能更好的金屬加工液,通常來說,礦物油含量更高的金屬加工液,可避免這類腐蝕發生,如:增強乳化液。用防水油脂或塑料薄膜,也能阻斷不同金屬間的表面接觸。
 
破乳
 
   當發生破乳現象時,由于乳化劑不穩定導致防銹添加劑失效,容易產生腐蝕。當乳化液外觀象水一樣或者分層,乳化劑可能已經失效或者被破壞。單機條件下,最簡單的解決方法是傾倒舊金屬加工液,用高效的機床清洗劑徹底清洗,然后用新鮮水漂洗,最后按照推薦濃度加新鮮金屬加工液。
 
   乳化液不穩定或者破乳,往往是細菌含量過高引起。采取措施前,需要確認破乳的原因,這一點非常重要。處理中央槽系統時可能使用添加劑,如用乳化劑來重新乳化金屬加工液。如果時間允許,請取樣并送給金屬加工液供應商做測試;如果時間不允許,可以在容器(如燒杯)內測試,來決定使用何種添加劑以及使用比例。
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