清洗技术在表面处理过程中的应用

清洗技术在表面处理过程中的应用
发布时间：2021-09-26T03:27:48.072Z 来源：《论证与研究》2021年8期作者：张正波 姜晓晴 安晓航[导读] 摘要：本文通过阐述清洗技术在表面处理过程中的应用，介绍了超声波清洗技术、多级间歇式逆流漂洗技术、雾化喷淋技术等应用，以及清洗效果检测的方法，实现了清洗闭环管理的要求，能够有效解决电镀结合力差、外观发花、耐蚀性差等实际问题，满足了产品质量控制要求，同时，也能够有效节水，满足环保管理要求。

关键词：电镀；清洗；节水
清洗技术在表面处理过程中的应用
张正波 姜晓晴 安晓航
（石家庄海山实业发展总公司）
摘要：本文通过阐述清洗技术在表面处理过程中的应用，介绍了超声波清洗技术、多级间歇式逆流漂洗技术、雾化喷淋技术等应用，以及清洗效果检测的方法，实现了清洗闭环管理的要求，能够有效解决电镀结合力差、外观发花、耐蚀性差等实际问题，满足了产品质量控制要求，同时，也能够有效节水，满足环保管理要求。

关键词：电镀；清洗；节水
0引言
清洗是电镀生产过程中必不可少的重要环节，贯穿电镀生产过程的始终，从电镀前处理、电镀过程中、电镀后处理，均需要清洗，对产品质量有直接影响。

据统计，因为清洗不到位引起的电镀产品质量问题占到70%。

清洗技术在美国、日本、欧洲国家发展较早，并且得到重视而发展迅速，已经建立起专业化程度很高的清洗体系。

我国的清洗技术发展很快，清洗技术达到了国际先进水平，目前航空修理系统清洗主要以化学清洗为主，以物理清洗为辅。

电镀加工往往更注重电镀槽波的质量，对其成份及杂质含量有严格的控制，但是，合理的清洗技术，对于提升产品加工质量、减少污染物的排放，具有举足轻重的作用。

1. 清洗的要求1.1清洗效率清洗效率是清洗技术的直接体现，一般而言，采用3分钟浸洗、4分钟摆洗等方式进行衡量。

合理的清洗技术具有清洗效率高的特点，在清洗过程中不能消耗过多的时间，并能够去除零件表面95%以上的附着物。

1.2清洗效果清洗效果是清洗技术的关键指标，一般情况下，对清洗后的零件进行水膜连续性检查，水膜连续30秒不破，说明零件表面无油污。

合理的清洗技术具有清洗效果好的优势，能够满足清洗要求。

1.3环保要求减少污染物的产生是实现清洁生产的有效途径。

采用一种或多种清洗方式进行组合，可以降低清洗废水的产生量，减少环境污染，达到节能、节水、绿色、环保的效果。

2. 清洗方式及设备2.1清洗方式清洗有单级浸洗和多级浸洗，按浸洗的组织方式有多级漂洗和间歇逆流漂洗。

单级浸洗一般难以清洗彻底，需要进行流水冲洗，这种方法经过认真、仔细地清洗，可以将零件清洗得很彻底。

最大的优势是设备和厂房投资少，适用于零件数量少且形状复杂的零件；缺点是劳动强度大、水资源消耗大。

逆流漂洗是清洗水流动方向与零件加工移动方向相反的一种清洗方式，由多级清洗槽串联组成，由最后一级清洗槽进水，第一级清洗槽排水的方式进行。

一般来说，三级连续逆流清洗比直流冲洗节水66%，间歇式补水逆流漂洗比同级数的连续逆流漂洗节水45%。

当前，逆流漂洗技术的应用已十分成熟，成为电镀行业清洁生产评价重要指标之一。

2.2辅助设施
为了强化浸洗效果，增加交换效率，需要在清洗槽中浸洗时设置相关辅助设施，一般可以采用零件摆动或晃动、压缩空气搅拌、机械泵搅拌、循环泵强循环搅拌，也可以采用超声波强化浸洗。

以上方法效果最好的是超声波强化交换，也适用于形状复杂的零件。

成本最低的是压缩空气搅拌，但需要注意控制压缩空气中油、杂质的含量，增加独立的油水分离器，设置独立的控制阀门调整压缩空气的压力，防止次生污染及零件掉落。

3. 清洗技术及应用3.1镀前清洗技术3.1.1超声波清洗技术超声波清洗是一种新兴的清洗技术，目前在电镀生产过程中逐步得到应用。

超声波清洗技术利用超声波发生器高频声波，其频率大于20KHz，通过换能器转换成同频率的机械振动。

当机械振动与液体介质接触时，能够在清洗剂等液体中传播，并传递到零件表面。

液体介质中传入一定强度的超声波时，并疏密相间地向前传导，产生无数的微小气泡，这些气泡在超声波纵向传播的负压区形成及生长，而在正压区迅速破裂。

把微小气泡的形成、生长、迅速破裂等一系列过程称为“空化效应”。

超声波在零件表面反复出现加压、减压及破裂，产生瞬时高压，连续不断产生的瞬时高压不断地轰击零件表面，对液体和零件表面进行直接、间接的作用，使零件表面附着物被分散、乳化、剥离而迅速脱落，从而达到显著的清洗效果。

超声波清洗技术应用面广，清洗效率高，而且能够传递到零件各个表面，适用于形状复杂的零件，对带深孔、盲孔的零件同样适用，具有良好的清洗效果，这是传统化学除油、手工清洗等无法比拟的。

3.1.2化学清洗
化学清洗主要采用碱性槽液对零件表面进行清洗，利用皂化及乳化原理，单纯依靠化学清洗，清洗效率低、清洗效果差；在直流电作用下进行电解法清洗，能够去除零件表面油污，是目前主流清洗方式。

但具有易腐蚀零件的弊端，且后续必须进行热水清洗。

3.1.3纯水清洗
零件经过前处理后，表面无附着物，并且应活化，这时，采用纯水清洗，是十分必要的过程，一方面，经过纯水清洗，可以检测零件表面水膜连续性，根据要求，水膜连续30秒不破，说明零件表面无油污，满足进入镀槽的条件。

另一方面，作为进入镀槽前的最后一步清洗工序，采用纯水清洗，去除零件表面残留的金属离子及阴离子，防止前处理过程中的槽液进入镀槽，污染后续槽液，造成产品加工质量问题。

3.2电镀过程中的清洗由于电镀生产流程长，涉及多种槽液的使用，而每种槽液都有严格的成份范围和杂质限值，零件进入下一种槽液时，必须进行严格的清洗。

3.2.1源头管控
从源头控制，降低槽液带出量是电镀清洗有效节水的重要前提。

零件从镀槽中取出时，不可避免地表面有残留的槽液。

残留量与零件形状、数量、表面状态、取出的快慢以及槽液表面张力等因素有关，需要进行彻底的清洗，绝不允许因槽液清洗不干净而带入下一种槽液内，从而导致污染，诱发质量问题。

为了减少零件表面的槽液残留，减少后续清洗压力，必须从源头管控，可以采用：设计科学的挂具结构及合理的零件吊挂方式，方便零件残留的槽液倒出，零件缓慢出槽或出槽后悬空停留5～10秒，零件出槽抖动等方式，使残留的槽液回流至镀槽内，减少槽液损失及环境污染。

3.2.2雾化喷淋清洗在镀铬、镀镍等镀槽设置纯水雾化喷洗，在零件出槽前，先进行喷洗，去除零件表面大部分残留的槽液，尽可能减少槽液带出，既可以减少槽液消耗，也可以减少槽液蒸发引起的液面下降，更能够减轻后续清洗压力，降低清洗用水消耗量，从而减少污水处理量。

3.2.3设置回用槽提升资源的回收、节约生产成本、减少电镀废水的处理费用、不污染环境、没有任何附属产物，回收的离子溶液可直接回收至镀槽。

在清洗槽前设置一级或多级槽液回用槽，配合多级逆流漂洗、喷淋清洗等组合清洗工艺，既可以保证清洗质量、减少清洗用水量，又能回收零件带出的槽液，减少化工品的消耗，也能够减少污染物的排放。

回用槽的槽液可以直接用于配套镀槽，用于补充镀槽的液面，确保镀槽液面高度满足使用要求，减少镀槽中有效成份的消耗，直接用于镀槽。

也可以通过浓缩、提纯技术，提纯后直接用于镀槽。

3.3镀后清洗
3.3.1多级逆流漂洗
电镀及后处理相关槽液中大多含有重金属离子，需要进行彻底清洗，既能够避免污染问题的发生，更能够有效避免重金属离子残留导致耐蚀性下降、外观发花等质量问题。

采用四级间歇式逆流漂洗，在漂洗槽内配置压缩空气搅拌、机械搅拌等辅助设施，进一步提升清洗效率，能够对零件进行有效清洗，去除零件表面残留的槽液及各种离子，满足产品外观要求。

3.3.2热水浸洗
采用纯水加热后，对零件做最后一次清洗，为后续烘干做准备。

因为电镀过程中，零件表面残留的离子，在热水中的溶解度更大，并且加热后，清洗交换效果更明显，可以去除冷水中不易清洗的物质。

但水温也不宜过高，导致不必要的能源浪费及水分蒸发，需要根据零件特点及槽液成份具体确定热水温度。

4. 清洗效果
一直以来，清洗作为过程管理，并未对清洗效果有相关检测要求，但随着产品加工及质量控制要求，需要对清洗效果进行检测。

4.1在线检测
在线检测采用电导率法进行，由电导率控制器、电导率传感器和电磁阀组成电导率在线监测及控制系统，清洗水中因零件清洗过程中会带入阴离子、阳离子等，使得清洗水中离子含量高，导致电导率发生变化，利用电镀清洗用水的污染程度与电导率正相关的关系，通过电导率传感器实时监测清洗槽的水质变化情况，并能够自动开启电磁阀，对不满足使用要求的清洗用水进行更换。

当清洗水中离子含量达到最大电导率允许值，电导率控制仪接收信号，并触发控制，输出控制信号，开通供水端的电磁阀，向清洗槽内注入新水；当新水更换后，水质满足使用要求时，电导率下降，关闭供水电磁阀。

此种方法将清洗槽长流水变为短时间间歇供水，极大地确保了清洗水质量，提高了清洗效果及用水效率，能够有效杜绝手动打开供水的随意性及长流水问题。

也可以将生产线所需的电导率控制设备可以采用计算机及PLC 对生产现场清洗水质进行控制。

4.2离线检测
当清洗水中清洗零件，会导致清洗水中含有Cl-、OH-、Co32-、SO42-等阴离子，因Ag+与大多数的阴离子能够反应，并生成沉淀，能够直观观察到试验现象，且反应灵敏度高，可以应用于老旧厂房检测清洗水质。

Ag++Cl-=AgCl↓
为了检查清洗效果，在最后一级清洗水中取水样，在水样中滴入0.1mol/L的硝酸银(AgN03)水溶液，硝酸银水溶液中的银离子能够与氯离子反应生成白色沉淀，以白色沉淀生成状态判定清洗是否合格。

对于清洗水样中生成白色沉淀，水样变浑浊的情况，重新进行清洗，直至合格。

5. 结束语
通过采用超声波清洗、多级间歇式逆流漂洗、雾化喷淋等清洗方式，对清洗用水进行在线或离线检测，能够有效监测清洗水质的变化，实现闭环管理，能够对零件进行有效清洗，并具有节水、节能等优势。