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表面处理清洗水控制与减排的相关标准分析

发表时间：2020/8/19 来源：《基层建设》2020年第10期作者：郭颖

[导读] 摘要：在表面处理工艺过程中，水是不可或缺的。表面处理工艺用水水质直接影响到电镀层和化学转化层的质量。

        身份证号码：15222119830120xxxx 河北秦皇岛 066004
        摘要：在表面处理工艺过程中，水是不可或缺的。表面处理工艺用水水质直接影响到电镀层和化学转化层的质量。因用水不当引起的表面处理工艺质量问题屡见不鲜。
        关键词：表面处理；清洗水；控制分析
        1水质控制的意义
        表面处理过程中清洗水一般可分为工序间清洗用水和最终清洗用水。对于对水质敏感的表面处理工艺，进入表面处理槽前最后一道清洗用水也应按最终清洗用水控制，以防将杂质带入表面处理槽。清洗用水虽然不直接参与表面处理的化学反应，但当其中含有杂质时，往往会附着在表面处理层上，影响到表面处理层质量。如在铬酸盐转化膜工艺中最后一道清洗用水采用离子水，可以防止水中氯离子、钙离子、镁离子带入转化膜。其中氯离子对转化膜有破坏作用，使转化膜中的Cr（OH）3、Al（OH）3转化为可溶性的CrCl3和AlCl3。在铝合金化学导电氧化工艺的最后一道清洗中，采用自来水进行清洗的零件化学导电氧化膜易出现霉变，而采用去除了氯离子的水进行清洗时，产生的霉点极轻微，肉眼很难察觉。
        2国内标准分析
        我国尚未制定表面处理清洗水标准，航空工业内部一般均执行HB5472-1991《金属镀覆和化学覆盖工艺用水水质规范》。部分厂所在HB5472-1991基础上增加了一些要求，如增加氟化物含量要求，要求Ⅰ级、Ⅱ级水中氟化物含量≤1.7mg/l，或额外规定铬酸阳极氧化入槽前最后一道清洗用水、封闭前最后一道清洗用水应选用I级水，但对清洗水控制一般也没有要求。
        中国商用飞机有限责任公司没有通用的表面处理清洗水标准，各工艺的水质要求在各工艺标准中给出。如镀镉工艺标准中要求最终清洗槽的最大总固体物（TS）含量不应超过1000ppm，但对表面处理过程中用水的进水水质没有做要求。商飞要求控制的是最终清洗水槽中的水，而非进水水质，对于表面处理工艺更为恰当，更利于实物质量的控制。但最大总固体物（TS）一般采用重量法人工检测，分析周期较长，只能做定期分析，既不能保证清洗用水水质一直在规定范围内，也不利于采用水质的自动化控制。
        3采用电导率控制清洗水水质的可行性分析
        从上述标准中可以发现，在要求对清洗水进行控制的标准中，多要求控制清洗水的电导率或者总可溶固体含量（TDS）。而清洗水的电导率或者总可溶固体含量则可以通过在线电导率仪进行测定。采用电导率控制清洗水水质的方式，国外70年代末即有推广使用，国内袁诗璞先生自1987年就进行过相关研究，在单槽清洗的条件下，电导率控制水质的方式可节水50-80%。
        采用在单槽清洗的基础上增加槽上喷淋清洗及电导率控制清洗水水质的方式可有效提高节水效果。试验表明，在通过电导率控制清洗水中总可溶固体含量（TDS）低于1000ppm的情况下，相比原清洗方式（单槽流动水洗）可以减少主要污染物排放95%以上，减少清洗水用量95%以上。
        4相关标准的分析及建议
        上述分析和试验数据可知，改善并提高表面处理用水的相关标准，可以有效的减少污染物排放；减少清洗零件用水的消耗量。因此，提高表面用水标准是航空产业电镀生产过程中实现资源综合利用、节能减排的有效措施。
        同时还认识到，为推进表面处理工艺的节能减排，现行表面处理用水相关标准应在以下几个方面进行完善：
        4.1增加对清洗水水质的控制要求
        只有对清洗水水质进行控制，才能减少清洗水的浪费、避免因水质失控引起的质量问题。在表面处理过程中，清洗水水质变化快，不适于采用周期性分析的方式进行控制。

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所以清洗水水质控制要求最好以可溶性固体含量（TDS）或电导率为指标，以便于采用在线的电导率测量仪表对清洗水水质进行实时检测。考虑到清洗水槽内离子均匀性，为确保清洗水水质满足要求，检测用电极宜设置在清洗水出水口附近。采用在线检测的方式，也能降低表面处理厂化学分析的工作强度和压力。
        不同表面处理种类对清洗水杂质容许浓度/电导率上限不同，清洗水水质控制指标也应该按照清洗前污染物种类，清洗后用途等特性进行细化。以避免设定同一指标造成清洗水的浪费或零件质量出现问题。
        4.2提高表面处理槽前清洗用水水质控制
        为降低杂质带入量，延长槽液使用寿命，减少污染物排放，在对水质敏感的槽液前一步清洗用水宜采用A级水进行水质清洗，并对其水质进行控制。
        4.3在线检测要求
        为降低杂质带入量，延长槽液使用寿命，减少污染物排放，对于连续生产的A级水、B级水，宜对能在线检测的可溶性固体含量（TDS）、电阻率、pH进行在线检测。在线检测一方面能确保生产线进水始终符合水质要求，另一方面也能降低表面处理厂化学分析的工作强度和压力。检测用电极宜设置在出水口附近。
        5研究展望
        清洗除锈技术正向着超高压大功率（压力大于300MPa，功率大于900kW）、低成本、高能效、绿色环保、集成化、精细化发展。国内高压清洗技术与国外尚且存在差距，100MPa以上的主要部件（泵机组）仍需进口。需加强研究以下问题：如何优化系统参数，实现合理节能，避免为追求打击效果和清洗效率浪费整机性能；提高喷嘴、泵等部件的种类数量和质量，保证工作效率；实现周边设备多样化、成套化及系统的智能化，以完成不同作业任务等。
        不同于坞修清洗除锈所追求的超高压技术，水下清洗技术有着特殊的环境，其正向着低压、低能耗的趋势发展。金属清洗装备经历了原始手工操作和大、中型机械操作两个阶段后，现正处在遥控机械或机器人作业的第三阶段，并将在该阶段长期不断探索创新。因此，考虑水下运载机器人的能源限制，减小建造成本，清洗技术必然要满足最小的能量需求，希望能以最小的能耗，在去除海洋污损附着生物的同时，尽量保证防腐涂层和基体不受破坏。目前，淹没型空化水射流凭借节能、高效、保护船体、不受壁面形状影响的优势，无疑是代替转刷结合水下机器人的理想清洗方式之一。
        今后需要加强对水下射流清洗机理和工艺的研究。需要在以下几个方面进一步探索：如何优化水射流喷嘴的种类、数量及喷头分布组合的配置；如何实现射流流量、压力和靶距在最佳清洗工况时的匹配组合；如何降低射流清洗的反作用，对载运机器人载荷、功率、水动力特性的影响等。可根据船体污损附着生物不同的吸附特性，如厚度、吸附强度等，调节最佳水射流压力。水射流压力过小，则清洗不干净；水射流压力过大，则破坏船体表面涂层，浪费能量，无法实现清洗的低能耗。还可拓展对空化射流、脉冲射流、旋转射流、声场技术等单一技术或多个技术结合的复合清洗技术在水下金属的研究及应用，节能的同时提高清洗效率，从而推动金属清洗技术向绿色、节能、环保方向的新发展。
        结语
        说明了表面处理工艺中清洗水控制的重要性，分析了国内外表面处理工艺清洗水相关标准，并说明了采用电导率控制水质方式的减排效果，对表面处理工艺清洗水标准的修订和审核提出了建议。
        参考文献：
        [1]奚兵，水中Cl-离子对电镀质量影响[J].电镀与精饰，2009（31）.
        [2]郑晓青，水质对镀铜层表面质量的影响[J].电镀与精饰，2004（23）.
        [3]周斌，殷宏，水与电镀故障[J].材料保护，2006（6）.
        [4]袁诗璞，电导控水器的研制与模拟节水试验[J].电镀与精饰，2012（31）.