一种钛合金镜面脱脂剂及其制备方法与应用与流程

本发明属于钛合金镜面表面处理，涉及一种钛合金镜面脱脂剂，尤其涉及一种钛合金镜面脱脂剂及其制备方法与应用。

背景技术：

1、钛及钛合金具有比强度高、耐腐蚀性好、生物相容性良好优良等特点，被广泛应用于航空航天精密构件、高端医疗器械、精密光学配件等领域。部分钛及钛合金材料经超精抛光处理后形成的镜面钛合金构件是高端精密制造的核心基础零件。镜面钛合金在抛光、切削、精加工过程中，其表面不可避免地附着切削油、抛光蜡、人体指纹油脂以及其他有机污染物。其中，抛光蜡通常含有蜡质、油脂及磨料等组分，与工件表面结合较为紧密，清洗难度较大。若上述污染物无法彻底清除，将直接影响后续化学抛光及钝化等工序。因此，脱脂清洗是钛合金镜面精加工前的核心工序。现有钛合金脱脂剂多采用常规表面活性剂与强碱性盐复配，通过表面活性剂的润湿、乳化和增溶作用，以及碱性组分的皂化、分散等作用实现油污去除。该类体系组成相对简单，具有一定的通用脱脂能力。但应用于钛合金镜面时，常规表面活性剂体系对于附着牢固的切削油、抛光蜡等污染物的去除能力有限。同时，常规表面活性剂体系发泡量大，在超声洗涤过程中削弱空化清洗效果，与强碱性盐组分搭配常规表活的复配体系兼容性差，容易侵蚀、破坏钛合金镜面钝化膜，致使精密镜面出现发雾、失光、微蚀等缺陷。因此，如何提供一种能高效去除切削油、抛光蜡等污染物，同时又能够减少对钛合金镜面光泽及表面状态影响的钛合金镜面脱脂剂，成为了目前本领域技术人员迫切需要解决的问题之一。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种钛合金镜面脱脂剂及其制备方法与应用，所述钛合金镜面脱脂剂通过多组分复配制得，与传统的钛合金镜面脱脂剂相比，本发明的钛合金镜面脱脂剂脱脂率高，脱脂处理后镜面光泽无损伤，适配后续光亮清洗、化学抛光及钝化工序。

2、为达此目的，本发明采用以下技术方案：

3、第一方面，本发明提供一种钛合金镜面脱脂剂，以质量百分比计，包括：8~12%改性表面活性剂、1.5~3%改性偏硅酸钠、1.5~2.5%螯合剂、0.2~0.5%缓蚀剂、2~3%ph调节剂 和补足至总质量百分比100%的水。

4、本发明通过将改性表面活性剂、改性偏硅酸钠、螯合剂、缓蚀剂、ph调节剂以及水按照特定比例进行复配，制备得到钛合金镜面脱脂剂。改性表面活性剂其母体保留非离子结构带来的高乳化、高润湿能力，改性处理后的表面活性剂接枝羧基，具有低泡和螯合能力。偏硅酸钠改性处理后，降低偏硅酸钠固有强碱性，避免腐蚀钛合金镜面；改性后偏硅酸钠水溶性与分散性更好，不易产生沉淀、粉霜与水印；螯合阻垢能力显著提升，能有效络合水中金属离子。改性表面活性剂与改性偏硅酸钠复配，可协同增强脱脂效果，适配镜面清洗工况。螯合剂可以去除水体中钙、镁、铁离子，防止镜面产生水垢、斑点与水印。缓蚀剂能在钛合金表面形成有机吸附膜，在进行脱脂的过程中能隔绝清洗液与金属基体接触，起到缓蚀保护作用。ph调节剂可以维持钛合金镜面脱脂剂的体系为弱碱性，避免强碱损伤钛镜面，同时弱碱性可以使得改性表面活性剂以及改性偏硅酸钠可以很好地协同发挥脱脂效果。

5、优选地，所述改性表面活性剂的制备方法包括：

6、a1、将棕榈仁油、丙烯酸、马来酸酐和过硫酸铵混合，搅拌反应后得到粗产物；

7、a2、在所述粗产物中加入三乙醇胺调节体系ph，得到改性表面活性剂。

8、本发明以棕榈仁油为基础，通过丙烯酸、马来酸酐接枝共聚，在分子链上引入极性羧基基团，改变表面活性剂分子在气液界面的排布状态，在实现低泡改性的同时保留原有乳化、润湿、脱脂能力, 适配钛合金镜面超声波清洗。

9、优选地，在步骤a1中，以棕榈仁油质量分数计，所述丙烯酸的加入量为6~10%，所述马来酸酐加入量为3~7%，所述过硫酸铵的加入量为0.2~0.4%。

10、优选地，在步骤a1中，所述搅拌反应在隔绝空气下进行。

11、更优选地，所述隔绝空气的方式是通入氮气保护，所述氮气的流量为40~80ml/min。

12、优选地，在步骤a1中，所述搅拌反应的温度为80~90℃，所述搅拌反应的时间为2.5~4.5h，所述搅拌反应的转速为250~350rpm。

13、优选地，在步骤a2中，所述ph调节至6.5~7.5。

14、优选地，所述改性偏硅酸钠的制备方法包括：

15、b1、将富二氧化硅植物煅烧，得到生物质灰；

16、b2、将所述生物质灰和酸性溶剂混合，浸提和过滤后对所得滤渣进行清洗和干燥，得到产物1；

17、b3、将所述产物1和碳酸钠混合，碱熔反应后得到产物2；

18、b4、将所述产物2和水混合，水浸后过滤，所得滤液加入氢氧化钠，经减压浓缩、低温结晶和干燥后，得到生物基偏硅酸钠；

19、b5、将所述生物基偏硅酸钠、焦磷酸钠、柠檬酸钠混合，搅拌后加热反应，得到改性偏硅酸钠。

20、常规工业偏硅酸钠碱性强、碱性波动大，易腐蚀钛合金高光镜面，且杂质含量偏高，易析出无机盐颗粒形成水印、白斑。本发明以植物源二氧化硅为原料制备偏硅酸钠，制备得到生物基偏硅酸钠，碱性温和，对钛合金镜面无侵蚀；自身生物降解性能优异，清洗废液无二次污染。改性后的偏硅酸钠皂化能力温和、能稳定体系ph、络合水中金属离子、抑制污垢再沉积；减少改性表面活性剂的无效消耗，两者相互配合，提高脱脂效率。

21、优选地，在步骤b1中，所述富二氧化硅植物包括稻壳、硅藻和甘蔗渣中一种或至少两种的组合。

22、优选地，在步骤b1中，所述煅烧的温度为450~600℃，所述煅烧的时间为1~3h。

23、优选地，在步骤b2中，所述生物质灰和所述酸性溶液的料液比为1:（8~10）。

24、优选地，在步骤b2中，所述酸性溶液包括稀盐酸，所述稀盐酸的质量浓度为5~15%。

25、优选地，在步骤b2中，所述浸提的温度为20~30℃，所述浸提的时间为1~2h。

26、优选地，在步骤b2中，所述清洗的溶剂为水，所述清洗的次数为2~5次。

27、优选地，在步骤b2中，所述干燥的温度为100~110℃，所述干燥至恒重。

28、优选地，在步骤b3中，所述产物1和所述碳酸钠的质量比为1：（1~1.5）。

29、优选地，在步骤b3中，所述碱熔反应的温度为850~900℃，所述碱熔反应的时间为2~4h。

30、优选地，在步骤b4中，所述产物2和水的料液比1：（6~8）。

31、优选地，在步骤b4中，所述水浸的温度为75~95℃，所述水浸的时间为1~2h，所述水浸的搅拌转速为250~350rpm。

32、优选地，在步骤b4中，所述氢氧化钠的加入量为调节滤液的模数至0.4~0.8。

33、优选地，在步骤b4中，所述减压浓缩的温度为65~75℃，所述减压浓缩的真空度为-0.06~-0.09mpa，所述减压浓缩至浓缩液波美度 36-40°bé。

34、优选地，在步骤b4中，所述低温结晶的温度为30~35℃，所述低温结晶的时间为12~16h。

35、优选地，在步骤b4中，所述干燥的温度为50-60℃，所述干燥至恒重。

36、优选地，在步骤b5中，以生物基偏硅酸钠的质量分数计，所述焦磷酸钠的加入量为10~20%，所述柠檬酸钠的加入量为5~15%。

37、优选地，在步骤b5中，所述搅拌的温度为20~30℃，所述搅拌的时间为15-30min，所述搅拌的转速为600-1000rpm。

38、优选地，在步骤b5中，所述加热反应的温度为175~185℃，所述加热反应的升温速率为4~6℃/min，所述加热反应的时间为1~2h。

39、优选地，所述螯合剂包括edta-2na、柠檬酸钠、葡萄糖酸钠、二乙三胺五乙酸五钠、麦芽糖醇、山梨醇中任意一种或至少两种的组合。

40、更优选地，所述螯合剂的纯度≥99.5%。

41、本发明的钛合金镜面脱脂剂对螯合剂的纯度要求较高，进一步减少螯合剂中的杂质对脱脂反应的影响，避免钛合金镜面脱脂后出现水印、色斑与局部雾化缺陷。

42、优选地，所述缓蚀剂包括茶多酚、单宁酸、植酸、海藻多糖、米糠源植酸中任意一种或至少两种的组合。

43、优选地，所述ph调节剂包括三乙醇胺、二乙醇胺、一乙醇胺、amp-95中任意一种或至少两种的组合。

44、更优选地，所述螯合剂的纯度≥99%。

45、本发明的钛合金镜面脱脂剂对ph调节剂的纯度要求较高，进一步减少ph调节剂中的杂质对脱脂反应的影响，避免钛合金镜面脱脂后出现微蚀、水印、色斑、失光等缺陷。

46、优选地，以钛合金镜面脱脂剂的质量分数计，所述钛合金镜面脱脂剂还包括0.1-1%的aeo-9。

47、第二方面，本发明提供一种如第一方面所述钛合金镜面脱脂剂的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

48、s1、将水和螯合剂混合，一次搅拌后，得到混合液1；

49、s2、在所述混合液1中加入改性偏硅酸钠，二次搅拌后，得到混合液2；

50、s3、在所述混合液2中加入ph调节剂，三次搅拌后，得到混合液3；

51、s4、在所述混合液3中加入改性表面活性剂，四次搅拌后，得到混合液4；

52、s5、在所述混合液4中加入缓蚀剂，五次搅拌、熟化处理和过滤后，得到钛合金镜面脱脂剂。

53、优选地，在步骤s1中，所述一次搅拌的温度为38~42℃，所述一次搅拌的时间为10~30min，所述一次搅拌的转速为180~220rpm。

54、优选地，在步骤s2中，所述二次搅拌的温度为38~42℃，所述二次搅拌的时间为15~40min，所述二次搅拌的转速为250~350rpm。

55、优选地，在步骤s3中，所述ph调节剂调节体系ph至7.5~8.5。

56、优选地，在步骤s3中，所述三次搅拌的温度为38~42℃，所述三次搅拌的时间为8~15min，所述三次搅拌的转速为250~350rpm。

57、优选地，在步骤s4中，所述四次搅拌的温度为33~37℃，所述四次搅拌的时间为20~40min，所述四次搅拌的转速为250~350rpm；

58、优选地，在步骤s5中，所述五次搅拌的温度为33~37℃，所述五次搅拌的时间为15~30min，所述五次搅拌的转速为220~280rpm。

59、优选地，在步骤s5中，所述熟化处理的温度为33~37℃，所述熟化处理的时间为50~80min，所述熟化处理的转速为180~220rpm。

60、优选地，当所述钛合金镜面脱脂剂还包括aeo-9时，步骤s4包括：在所述混合液3中加入改性表面活性剂和aeo-9，四次搅拌后，得到混合液4。

61、第三方面，本发明提供一种如第一方面所述钛合金镜面脱脂剂在钛合金镜面表面处理中的应用。

62、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

63、本发明将改性表面活性剂、改性偏硅酸钠、螯合剂、缓蚀剂、ph调节剂与水按照特定比例复配，构建形成一种具有脱脂率高，脱脂处理后镜面光泽无损伤的钛合金镜面脱脂剂。改性表面活性剂不仅保留了传统非离子表面活性剂优异的乳化、润湿与油污剥离性能，经改性处理后实现低泡高效脱脂，在超声清洗过程中避免泡沫遮挡、油污二次吸附问题，提高钛合金镜面清洗均匀性与洁净度。改性偏硅酸钠碱性温和，无镜面侵蚀风险，且改性后偏硅酸钠兼具辅助皂化脱脂、体系ph缓冲、金属离子络合等作用；其与改性表面活性剂形成高效协同脱脂体系，显著提升整体脱脂效率。同时，改性偏硅酸钠为生物基材料改性而来，可生物降解，绿色环保优势突出。螯合剂可高效络合水体中的钙、镁、铁等金属杂质离子，稳定阻垢防沉积，避免钛合金镜面清洗后产生水垢、斑点与雾化瑕疵。缓蚀剂可在钛合金镜面形成连续、致密、稳定的有机防护膜，有效隔绝清洗液与钛合金基体直接接触，避免钛合金镜面清洗后出现失光、发雾、点蚀等问题，保障脱脂处理后镜面光泽无损伤。ph调节剂维持体系弱碱性环境，既避免了强碱对钛合金镜面造成损伤，又为改性表面活性剂与改性偏硅酸钠提供最优协同环境。

64、本发明通过各功能组分的改性优化与精准复配协同，解决了传统脱脂剂镜面易损伤、易残留、易起泡、环保性差、工况适配性弱的问题。清洗后钛合金镜面光泽度完整、无水印、无雾面、无微观腐蚀，绿色环保，具有良好的推广应用价值。