汽车水箱铝合金热交换器用水基清洗剂的研制与应用

环保产品。 １
配方设计
设计铝合金清洗剂配方需要考虑以下几个主要
的问题。 首先要控制好清洗剂的ｐＨ。因为铝是两性的
活泼金属，铝合金工件的包覆层合金中还含有少量
的两性活泼金属锌，如果碱性太强作为钎料的包覆 层就会被腐蚀，导致包覆层厚度和成分产生变化，影
响后续钎焊工艺。有关金属发生腐蚀的极限条件见
表１。 表１ 几种金属发生腐蚀的最低ｐＨ
絮凝和再沉积倾向；较强的碱性还可以增加清洗剂
的清洗容量Ｍ Ｊ。
用。金属表面的动植物油脂一般需要通过清洗剂中 的碱性物质的皂化作用去除。化学反应式如下：
其次，要控制清洗剂的浊点，以便采用合适的清
洗温度。非离子表面活性剂不受强电解质和强酸、
（Ｃ１７Ｈ３５ＣＯＯ）３Ｃ３Ｈ５＋ＮａＯＨ—Ｃ１７Ｈ３５ＣＯＯＮａ＋
表面活性剂分子渗透到油污与金属结合面之间，使
件上，进入钎焊炉，其中的有机成分会分解炭化，不 仅破坏炉内气氛，而且还会影响产品外观。 有些厂家采用喷淋清洗，为了适应喷淋清洗工
艺还需要添加少量的消泡剂，配成低泡产品。
金属与溶液间界面张力降低，取代油污润湿金属表 面，使油污收缩，借助加热、搅拌和超声波震荡等外 力作用，脱离金属表面，分散成细小油珠，经乳化增 溶，进入清洗槽液中¨ｏ。 万方数据
料存在。
图３
清洗后局部放大的下截面显微图像
３．５最佳工艺条件的确定 从表３的检测数据可以看到，５％ＣＡ一２清洗剂 工作液的浊点在（６２～６５）℃，故清洗温度不应高于 ６２℃。由于清洗温度越高除油速度越快，尤其是清 洗滴落点较高的油污效果更加明显，因此先确定清
洗温度为６０℃。取一批截成５０
ｍｍ×４０
ｍｍ铝合金
ｔｏ
ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｏｆ ｃｌｅａｎｉｎｇ ａｎｄ ｋｅｙ ｉｓｓｕｅｓ ｔｈａｔ ｎｅｅｄ ｓｉｇｎ．Ｔｈｅｒｅ ｉｓ
ｎｏ
ｂｅ
ｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄ ｉｎ
ｕｓｅ
ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓ
ｏｆ ｆｏｒｍｕｌａ ｄｅ－
ｐａｐｅｒ
ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｔｏ ａｌｌｏｙ ｃｌａｄｄｉｎｇ ｌａｙｅｒ ｄｕｅ ｔｏ ｔｈｅ
清洗原理
弱碱性水基金属清洗剂是以水为溶剂，表面活 实际上，添加有效的缓蚀防锈剂，可使清洗剂的 ｐＨ尽量接近上限，保证除油效率在９８％以上；溶液 呈弱碱性可以中和油污中部分脂肪酸，减轻油污的
性剂为主体，添加其它各种清洗助剂的一类产品。
主要目的是除去金属表面的油污。清洗原理可以归 纳为皂化作用、乳化作用、润湿作用和分散增溶作
钎焊工艺的好坏。目前国内引进设备的钎焊工艺有
气体保护焊、Ｎｏｃｏｌｏｋ钎焊和真空钎焊三种，绝大多
收稿日期：２０１５—０３—１０ 作者简介：朱火清（１９６３一），湖北黄石人，高级工程师，本科，从事精细化工和金属表面处理。
万方数据
清洗世界
第５期
件的表面状态对焊接影响很大，因此焊接前必须经
２
过清洗工序，除去工件表面的因加工和存放带来的 油污和灰尘，以保证钎焊质量。目前，几乎所有生产 线都使用水基弱碱性清洗剂超声波清洗工艺，要求 清洗剂除了能够除去工件表面污垢外，还要有较好 的防锈能力，尤其是清洗过程中不腐蚀基体表面作 为钎料的包覆层，清洗的容量要大。这些要求有些 是相互矛盾的，如防锈性能和清洗能力，以及防腐蚀 性和清洗容量之间，只有合理地调整清洗剂各组分 的比例，才能兼顾清洗剂的各种性能。本文介绍的 铝合金清洗剂ＣＡ一２就是经过大量实验优化配方的
件在（７０±２）℃的烘箱中烘干４０ ｍｉｎ，冷却后的工件
准确称重（ｍ。），清洗能力以洗油率，７来表示，叼＝
（ｍ２一ｍ３）／（ｍ２一ｍ１）ｏ
图１
清洗前工件截面显微图像
表４人工油污小工件清洗能力测试结果
表４的试验结果显示，３％的ＣＡ一２清洗剂可以 有效地去除各种铝合金工件上的油污，清洗效率均 能超过高效型清洗剂９８％的标准。波浪带材所用的 挥发油很容易清洗。实际上，许多厂家是先清洗主 板和边板等零件，然后和波浪带材组装成水箱散热
新技术、、新工艺
文章编号：１６７１—８９０９（２０１５）０５—００３７—０５
清洗世界
Ｃｌｅａｎｉｎｇ
Ｗｏｒｌｄ
第３１卷第５期 ２０１ ５年５月
汽车水箱铝合金热交换器用 水基清洗剂的研制与应用
朱火清，蔡志红，刘宏江，李
鹏
（广东省工业技术研究院广州有色金属研究院，广东广州５１０６５０） 摘要：介绍了一种铝合金专用水基清洗剂，论述了其清洗原理和设计配方需要考虑的关键问 题。使用异辛酸钠和偏硅酸钠作为铝合金复合缓蚀剂，清洗剂不腐蚀包覆层合金。考察了清洗 时间和温度与去油率的关系，得出了最佳清洗工艺条件。 关键词：铝合金；汽车水箱热交换器；水基清洗剂
试验方法步骤６的重量法测试清洗剂ＣＡ一２清洗能 万方数据
工油污使用工厂现场的冲压润滑油，波浪带材单独
・４０・
清洗世界
第５期
使用挥发油。涂完油后挂于试片架上沥干２０
ｍｉｎ，
用滤纸吸去工件底部多余的油滴，准确称量涂好油 污的工件重量（ｍ：）。然后三个工件为一组放入温 度为（６０±２）℃的５００ ｍＬ烧杯中，浸泡３ ｍｉｎ，摆洗３ ｍｉｎ，再在（６５±２）℃的蒸馏水中摆洗１０次，取出试
％
验室金相显微镜，ＳＡＲＴＯＲＩＵＳ
ＡＧ
ＢＴ２２４电子天平，
常州双杰ＪＪ２００Ｂ电子天平，科盟牌ＫＭ一４１０超声波 清洗机，上海雷磁ｐＨＳ一２５型ｐＨ计，科通１０１—１Ａ 型数显电热鼓风干燥箱，常州澳华ＨＨ一６数显恒温
水浴锅。
试剂：氢氧化钠（ＡＲ），碳酸钠（ＡＲ），乙二胺四
乙酸四钠（ＡＲ），二乙二醇乙醚（ＡＲ）。
ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ
ｉｎｈｉｂｉｔｏｒ．Ｔｈｉｓ
ａｌｓｏ ｅｘａｍｉｎｅｓ ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｂｅｔｗｅｅｎ ｃｌｅａｎｉｎｇ ｔｉｍｅ，ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ｃｌｅａｎｉｎｇ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ，ａｎｄ ｆｉｎｄｓ
ｏｕｔ
ｔｈｅ ｂｅｓｔ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｃｌｅａｎｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ．
中图分类号：ＴＧｌ７８ 文献标识码：Ａ
Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｗａｔｅｒ－ｂａｓｅｄ ｃｌｅａｎｅｒ ｆｏｒ
ａｌｕｍｉｎｕｍ ａｌｌｏｙ ｈｅａｔ ｅｘｃｈａｎｇｅｒ ｏｆ ａｕｔｏ ｒａｄｉａｔｏｒ
ＺＨＵ Ｈｕｏｑｉｎｇ，ＣＡＩ Ｚｈｉｈｏｎｇ，ＬＩＵ
（Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ
９５％ｌｌ Ｊ。铝合金水箱的产品质量取决于钎焊材料和
数的水箱散热器零件都是经热轧及复合工艺的板材 和管材，再加工成主板、边板、散热片和波浪带材等 组成散热器总成。与三种工艺相应，基体合金多数 采用３００３及加ｚｎ的Ｘ３１３，复合层选择４０４３、４０４５、 ４Ｎ４３、Ｘ４１４、４００４和４Ｎ０４等合金，包覆层在钎焊时 作为钎料使用心］。钎焊工艺是决定产品质量的最主 要因素，钎焊质量又跟包覆层厚度、成分、均匀性以 及钎剂质量和工艺条件等有密切的关系。其中，工
９９％以上。再增加清洗时间意义不大。
时变成白色浑浊。通常最佳清洗温度应选择低于并 接近浊点温度。因此，最佳清洗温度为（５８—６０）ｏＣ。 以上试验证明清洗剂ＣＡ一２的最佳清洗工艺 为：工作液质量分数３％～５％，清洗温度（５８～
摹
６０）ｏＣ，清洗时间１０ ｒａｉｎ，使用超声波清洗效果更佳。 ４
碍 蛊 稍
温度较高（大约６００℃左右），如果清洗剂残留在工
种拉伸油、冲压油以及防锈油。这些油脂一般是不
能用皂化作用脱去的矿物油，必须利用表面活性剂 和助剂的乳化作用去除。清洗剂中的乳化剂分子的
憎水基团对油污有较强的亲和能力，与金属表面油 污发生吸附作用，乳化剂分子的亲水基团与水分子 亲电结合，降低了油污与金属表面的吸附力。同时，
参照国家机械行业标准ＪＢ／Ｔ ４３２３．２—１９９９的
力。试验时配制３％ＣＡ一２清洗剂工作液分装在４
个５００ ｍＬ的烧杯中，放进恒温水浴锅里恒温。试片
选用汽车水箱生产厂家的零件，有主板、边板、管材 和波浪带材等，分别截成（６０～８０）ｍｍ小件，使用有 机溶剂将所有小工件清洗干净，在８０℃烘箱中烘干
后在干燥箱中冷却后称重（ｍ。），准确到０．１ ｍｇ。人
试验部分
４３２３．１—１９９９［５ ３以及ＪＢ／Ｔ ４３２３．２—１９９９㈨试验方 法，对５％铝合金清洗剂ＣＡ一２的理化性能指标进行
检测，结果见表２。
３．１仪器和试剂 仪器：重庆奥特光学仪器有限责任公司ＭＤＳ实 表３
５％ＣＡ一２清洗剂工作液理化性能指标
表３显示，铝合金清洗剂ＣＡ一２的各项性能指 标均能达到相关标准的要求，是一种高、低温性能稳 定，有较好的防腐蚀性能，低泡，漂洗性能优越的环 保产品。 ３．３清洗能力试验
Ｃ３Ｈｓ（ＯＨ）１。
强碱的影响，具有良好的洗涤、分散、润湿、增溶和防 腐蚀等多种性能，几乎所有的清洗剂都会使用。但
是，非离子表面活性剂浊点低，清洗剂中的助剂也会
反应产物硬脂酸钠和甘油都溶于水，进入清洗
溶液，达到脱脂的目的。金属加工通常都要使用各
降低其浊点。当清洗温度高于浊点温度时，表面活 性剂会从清洗剂中析出，失去乳化去污能力。所以， 一般将阴离子表面活性剂与非离子表面活性剂复配， 适当提高清洗槽液的浊点，以适应更宽的工艺范围。 最后，还要考虑清洗剂的漂洗性能。由于钎焊
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ａｌｕｍｉｎｕｍ ａｌｌｏｙ；ｈｅａｔ ｅｘｃｈａｎｇｅｒ ｏｆ ｒａｄｉａｔｏｒ；ａｑｕｅｏｕｓ ｃｌｅａｎｅｒ
在铝合金散热器广泛地应用于汽车水箱的生产 之前，大部分汽车都使用铜水箱散热器。尽管铜水 箱导热性能优良，维修方便，但铜材密度较大，成本 较高，目前已逐步被铝合金散热器所取代，尤其是在 汽车行业，铝合金热交换器所占比例已经超过
结论
（１）ＣＡ一２属弱碱性低泡水基金属清洗剂，无