Ứng dụng của chất hoạt động bề mặt trong gia công kim loại

Gia công kim loại bao gồm làm sạch kim loại, hoàn thiện bề mặt và các hoạt động gia công khác nhau như tiện, phay, bào, khoan, cán và đúc. Để giảm cường độ lao động, nâng cao chất lượng sản phẩm, tiết kiệm năng lượng và giảm chi phí sản xuất, cần có nhiều chất phụ gia khác nhau trong các quy trình này. Trong số đó, chất hoạt động bề mặt đóng vai trò đặc biệt quan trọng.

Ứng dụng của chất hoạt động bề mặt trong gia công kim loại

1. Nguyên tắc

Chất hoạt động bề mặt là những chất có thể làm giảm đáng kể sức căng bề mặt của chất lỏng hoặc sức căng bề mặt giữa hai chất lỏng. Phân tử của chúng bao gồm hai phần: nhóm ưa nước có cực và nhóm kỵ nước không phân cực. Các nhóm ưa nước phổ biến bao gồm nhóm carboxyl, sunfat, sulfonate, amino, amoni bậc bốn và nhóm hydroxyl, trong khi các nhóm kỵ nước thường là cấu trúc alkyl chuỗi dài hoặc hydrocarbon thơm.

Do bản chất kép của chúng—cả ưa nước và ưa mỡ—chúng làm thay đổi tính chất bề mặt hoặc bề mặt tiếp xúc của dung dịch tẩy rửa trong quá trình làm sạch bằng hóa chất, dẫn đến sức căng bề mặt thấp hơn.

Chất hoạt động bề mặt được phân loại thành các loại anion, cation, không ion và lưỡng tính tùy theo điện tích của các nhóm hoạt động bề mặt của chúng. Chúng thể hiện các đặc tính như làm ướt, tạo bọt, hòa tan và khử bọt.

2. Ứng dụng trong làm sạch kim loại

Làm sạch kim loại về cơ bản có liên quan đến toàn bộ quy trình xử lý kim loại. Chất tẩy rửa chủ yếu bao gồm ba thành phần chính: chất làm sạch chính, chất ức chế ăn mòn và chất hoạt động bề mặt.

Chất hoạt động bề mặt đóng nhiều vai trò trong việc làm sạch hóa học, bao gồm hấp phụ, thẩm thấu, nhũ hóa, hòa tan và tẩy rửa. Trong các quy trình làm sạch bằng hóa chất, chất hoạt động bề mặt không chỉ được sử dụng làm phụ gia phụ trợ mà còn có thể đóng vai trò là hoạt chất chính. Chúng đặc biệt quan trọng trong các quy trình như tẩy chua, làm sạch bằng kiềm, ức chế ăn mòn, tẩy dầu mỡ và khử trùng, trong đó vai trò của chúng ngày càng trở nên nổi bật.

Hiện nay, phương pháp làm sạch bằng nước—tập trung vào chất hoạt động bề mặt—đã khắc phục được nhiều nhược điểm liên quan đến chất tẩy rửa bằng hóa chất axit hoặc kiềm truyền thống và đã trở thành hướng phát triển chính để làm sạch kim loại.

Ưu điểm của chất tẩy rửa kim loại gốc nước:

• Hiệu quả làm sạch cao và chất tẩy rửa mạnh

• Hồ sơ an toàn tốt và thân thiện với môi trường

• Tiết kiệm năng lượng và tiết kiệm chi phí

• Không làm hỏng các bộ phận kim loại đã được làm sạch và không bị ăn mòn sau khi làm sạch

Các chất tẩy rửa gốc nước thường sử dụng hỗn hợp chất hoạt động bề mặt không ion và chất hoạt động bề mặt anion làm thành phần chính, được bổ sung các chất phụ gia phụ trợ khác nhau. Chất hoạt động bề mặt không ion mang lại khả năng tẩy rửa mạnh, khả năng chống gỉ và ức chế ăn mòn tốt, trong khi chất hoạt động bề mặt anion tăng cường và cải thiện hiệu suất tổng thể của công thức làm sạch.

Cơ chế làm sạch dựa vào các hoạt động làm ướt, thẩm thấu, nhũ hóa, hòa tan và phân tán của chất hoạt động bề mặt để làm suy yếu độ bám dính của chất gây ô nhiễm dầu trên bề mặt kim loại. Sau đó, thông qua khuấy cơ học, chải, gia nhiệt, siêu âm hoặc các phương pháp vật lý khác, màng dầu được tách ra khỏi bề mặt kim loại và trở nên nhũ hóa hoặc phân tán vào dung dịch làm sạch.

Các chất hoạt động bề mặt phổ biến được sử dụng trong làm sạch kim loại bao gồm:

• Ether polyoxyetylen rượu béo

• Ether alkylphenol polyoxyetylen

• Natri dodecylbenzen sulfonate

• Lauryl diglycolamide

• Natri methoxy béo amit benzen sulfonate

3. Ứng dụng trong Phốt phát kim loại

Phốt phát đề cập đến việc xử lý kim loại bằng dung dịch loãng có chứa axit photphoric, phốt phát và các hóa chất khác. Khi bề mặt kim loại phản ứng hóa học với axit photphoric và môi trường photphat, nó chuyển thành lớp photphat kim loại dày đặc, không hòa tan, mang lại khả năng chống ăn mòn vừa phải.

Lớp phủ chuyển hóa photphat trên kim loại này có nhiều chức năng:

• Nó cải thiện độ bám dính và khả năng chống ăn mòn của sơn phủ lên bề mặt kim loại.

• Nó có thể đóng vai trò là chất mang cho dầu chống gỉ.

• Nó hoạt động như một chất mang dầu bôi trơn trong quá trình gia công nguội kim loại.

• Nó cũng có thể được sử dụng làm chất bôi trơn tại các bề mặt tiếp xúc ma sát.

Để cải thiện cấu trúc của lớp phủ photphat và tăng cường hiệu quả photphat, nhiều chất phụ gia khác nhau được đưa vào dung dịch photphat. Trong số đó, chất hoạt động bề mặt đóng một số vai trò quan trọng:

• Chúng nhũ hóa và hòa tan các chất ô nhiễm dầu còn sót lại trên bề mặt kim loại và ngăn ngừa sự tái lắng đọng của chất bẩn.

• Chúng thúc đẩy quá trình làm ướt và thẩm thấu, cải thiện sự tiếp xúc giữa dung dịch phosphat và bề mặt kim loại.

• Chúng làm giảm sức căng bề mặt, tạo điều kiện giải phóng khí hydro sinh ra trong phản ứng photphat, tăng cường quá trình khử cực catốt và do đó đẩy nhanh quá trình tạo màng.

Các chất hoạt động bề mặt thường được sử dụng trong phương pháp xử lý phosphat là các chất hoạt động bề mặt không ion được hình thành từ sự ngưng tụ của ethylene oxit với các hydrocacbon chuỗi dài kỵ nước khác nhau.

4. Ứng dụng trong mạ điện kim loại

Trong quá trình mạ điện, nhiều chất phụ gia khác nhau được đưa vào để cải thiện hiệu suất của chất điện phân và nâng cao chất lượng của lớp phủ mạ. Trong số các chất phụ gia này, chất hoạt động bề mặt là một trong những loại quan trọng nhất. Chúng giúp san phẳng và làm sáng lớp phủ, cải thiện sự phân tán, thay đổi các tính chất vật lý của cặn và ngăn chặn sự giải phóng sương axit.

Các chất hoạt động bề mặt phổ biến được sử dụng trong mạ điện bao gồm:

• Pingpingjia (chất hoạt động bề mặt không ion dòng AEO)

• Chất nhũ hóa OP (alkylphenol ethoxylat)

• Natri lauryl sunfat (SLS)

• Natri methylene-bis-naphthalene sulfonate

• Chất hoạt động bề mặt fluoride

• Este polyoxyetylen của axit béo

• Dẫn xuất dầu thầu dầu Polyoxyethylene