1.前言
由于近幾年來汽車的性能不斷提高,，采用減少污染環(huán)境的新技術(shù),，汽車制造工藝的質(zhì)量管理顯得極為重要,，與質(zhì)量管理有關(guān)的清洗工藝的重要性越來越突出,。
特別是破壞臭氧層物質(zhì)（ODS）的清洗劑氟里昂（CFC-113）以及1，1,，1-三氯乙烷（TCA）面臨被淘汰,。根據(jù)蒙特利爾議定書， 必須全面禁止使用的領(lǐng)域不僅僅局限于汽車精密零部件，電子精密零件制造工藝的清洗工藝也需要重新制定,。
作為CFC-113和TCA的替代品,，開始使用是以含氯溶劑為首的水基清洗劑、半水基溶劑,、氟里昂的替代品以及碳?xì)浠衔锶軇┑?。可是,，無論哪種清洗劑都有其長處和短處,，因此，徹底替代CFC-113和TCA的溶劑還比較遙遠(yuǎn),。表1是這些清洗劑的匯總表,。
表1 替代清洗劑
含氯溶劑 三氯乙烷（TCE）、二氯甲烷（MC）
含溴溶劑 2-溴丙烷（2PB）,、1-溴丙烷（nPB）
含氟溶劑 HCFC,、HFC、PFC,、HFE
碳?xì)浠衔锶軇?標(biāo)準(zhǔn)鏈烷,、異鏈烷、環(huán)烷
含醇溶劑 IPA,、乙醇,、高分子醇
半水基溶劑 高分子醇（碳?xì)浠衔铮?界面活性劑+水
水基清洗劑 堿皂化、界面活性劑,、純水,、功能水
從表1中選擇替代清洗劑時(shí)，關(guān)鍵要考慮“清洗性”,、“環(huán)保性”和“經(jīng)濟(jì)性”。
“清洗性”系指除污力,、防止再次粘附污物和干燥性,。“環(huán)保性”系指作業(yè)環(huán)保和地球環(huán)保,?！敖?jīng)濟(jì)性”系指購買清洗設(shè)備的成本和清洗劑以及設(shè)備的運(yùn)行費(fèi)用。
因此,、,，在對替代清洗劑進(jìn)行比較時(shí)，一定要充分分析這些因素,。下面,，就以替代清洗劑中的碳?xì)浠衔锶軇槔槍ι鲜鲆蛩睾图夹g(shù)加以介紹,。
2.替代清洗劑的比較分析
(1) 替代清洗劑的清洗性
清洗汽車精密零件時(shí),，要對各種形狀的零件進(jìn)行清洗和干燥,。因此，替代清洗劑的表面張力,、沸點(diǎn)和蒸發(fā)潛熱的特性是重要因素,。表2表示主要替代清洗劑的典型特性。
表2 主要替代清洗劑的典型特性
表面張力 沸點(diǎn)℃ 蒸發(fā)潛熱cal/g
HCFC225 16.2 54 34.6
HFE 13.6 61 30
水 72.7 100 539.8
碳?xì)浠衔锶軇?21.1 ~170~ 66
IPA 20.8 82.3 161.8
二氯甲烷 28.5 39.8 78.7
NPB 25.9 71 58.8
汽車的精密零件形狀各異,，有細(xì)孔,、窄縫、甚至零件和零件重疊在一起的情況,，表面張力小的清洗劑的清洗效果好,。另外，沸點(diǎn)和蒸發(fā)潛熱小,，干燥零件的耗能也少,。如果干燥的能源一定，沸點(diǎn)和蒸發(fā)潛熱小的,，干燥的時(shí)間短,。
用清洗劑去污，結(jié)果污物混入清洗劑中,，該污物又粘附在已清洗的零件上,。為防止零件再次被污物污染，混有污物的清洗劑需要經(jīng)常保持一定程度的清潔度,。保持清潔度的方法有：利用清洗劑與加工油等的污物沸點(diǎn)不同,、比重不同以及分子大小不同等特性，進(jìn)行分離,。
由于水的蒸發(fā)潛熱大,，采用油水分離裝置凈化。該油水分離裝置是利用油和水的比重不同的特點(diǎn),。采用膜凈化,，防止污物再次粘附到零件上。膜凈化是利用分子大小不同的原理,。
水以外的其它替代清洗劑,，由于蒸發(fā)潛熱小，采用蒸餾再生裝置凈化,，防止再次被污物污染,。蒸餾再生裝置是利用沸點(diǎn)不同的原理。如果碳?xì)浠衔锶軇┗蚋叻肿哟既軇┑姆悬c(diǎn)高,，要采用減壓蒸餾再生裝置進(jìn)行凈化,。
（2）替代清洗劑的環(huán)保性
破壞臭氧層的物質(zhì)（ODS）清洗劑--- 氟里昂（CFC-113）和1，1，1-三氯乙烷（TCA）,，為保護(hù)環(huán)境正在被禁止使用,，所以，地球環(huán)保和操作環(huán)境環(huán)保成為最重要的課題,。表3表示主要替代清洗劑對環(huán)保的影響,。
表3 主要替代清洗劑對環(huán)保的影響
對地球環(huán)保的影響 對作業(yè)環(huán)境的影響
HCFC225 破壞臭氧層 -
HFE - -
水 - -
碳?xì)浠衔锶軇?- 可燃性
IPA - 可燃性
二氯甲烷 - 毒性
NPB 破壞臭氧層？ 毒性,？
,？：正在調(diào)查中
表3明確指出其中的含氯溶劑和含溴溶劑對人體有毒，部分含氟溶劑破壞臭氧層,，使地球變暖,。部分半水基溶劑和水基清洗劑，存在廢水處理以及影響環(huán)境的荷爾蒙問題,，碳?xì)浠衔锶軇┖秃既軇┯锌扇夹缘膯栴},。
(3) 替代清洗劑的經(jīng)濟(jì)性
和CFC-113、TCA一樣的3槽式低沸點(diǎn)溶劑蒸氣槽價(jià)格最便宜,，水性或高沸點(diǎn)溶劑的熱風(fēng)多槽式的價(jià)格中等,，水性或高沸點(diǎn)溶劑的真空干燥裝置最貴。設(shè)備的運(yùn)行成本,，主要取決于清洗劑的價(jià)格和清洗劑的使用量,。表4是主要替代清洗劑的經(jīng)濟(jì)性匯總表。
表4 主要替代清洗劑的經(jīng)濟(jì)性
購買清洗設(shè)備的成本 清洗劑的成本 清洗劑的使用量
HCFC225 便宜 貴 中等
HFE 便宜 貴 中等
水 便宜 便宜 中等
碳?xì)浠衔锶軇?中等,、貴 便宜 少量
IPA 中等,、貴 便宜 中等
二氯甲烷 便宜 便宜 中等
NPB 便宜 便宜 中等
（4） 替代清洗劑的選擇
各種替代清洗劑都有其長處和短處。在“清洗性”方面,，水基清洗劑多少有些難度,。在“環(huán)保性”方面，含氯溶劑和含溴溶劑對環(huán)保的影響比較大,，碳?xì)浠衔锶軇┮泊嬖诳扇嫉膯栴},。在“經(jīng)濟(jì)性”方面，含氟溶劑的價(jià)格最貴,。
3. 碳?xì)浠衔锶軇┑那逑醇夹g(shù)
如何有效利用具有優(yōu)缺點(diǎn)的替代清洗劑，關(guān)鍵在于采用清洗效果與CFC-113和TCA同等以上的清洗系統(tǒng),。除可燃性外,，應(yīng)采用不影響環(huán)保的使用碳?xì)浠衔锶軇┑那逑聪到y(tǒng)。
（1） 清洗性
碳?xì)浠衔锶軇┑膬艋夹g(shù),，和CFC-113,、TCA一樣，利用加工油等高沸點(diǎn)的污物與碳?xì)浠衔锶軇┑姆悬c(diǎn)不同的特點(diǎn)，通過蒸餾再生可以進(jìn)行分離,。和CFC-113和TCA相比,，由于碳?xì)浠衔锶軇┑姆悬c(diǎn)高、可燃,，需要在減壓狀態(tài)下進(jìn)行蒸餾再生,。蒸餾鍋在減壓狀態(tài)下，經(jīng)常處于沸騰狀態(tài),，被蒸發(fā)的碳?xì)浠衔锶軇┰诶淠髦欣淠夯?、回收。沒有蒸發(fā)的高沸點(diǎn)污物留在蒸餾鍋里,，與清洗劑分離,。采用這種蒸餾再生系統(tǒng)，清洗劑能夠保持清潔狀態(tài),。
碳?xì)浠衔锶軇┑母稍锵到y(tǒng)有熱風(fēng)干燥系統(tǒng)和真空干燥系統(tǒng),。高沸點(diǎn)、可燃的碳?xì)浠衔锶軇?，采用真空干燥方法干燥的時(shí)間短,。為更有效地進(jìn)行真空干燥，有必要使被清洗物具有充分的熱量,。
在大氣壓下（760mmHg）的沸點(diǎn)為170℃左右,，減壓狀態(tài)下（100mm Hg）的沸點(diǎn)為110℃左右。如同CFC-113和TCA的蒸氣清洗,，在100mm Hg的減壓狀態(tài)下進(jìn)行蒸氣清洗時(shí),，在清洗物表面上冷凝的碳?xì)浠衔锶軇┑囊后w溫度為90℃左右。蒸汽清洗還有最終漂洗的作用,，因此,，對精密零件的清洗來講，是不可缺少的,。
真空干燥時(shí),，隔絕溶劑蒸氣，將真空度提高到10 mm Hg左右,。根據(jù)圖1的蒸氣壓力曲線,，真空度為10 mm Hg時(shí)，碳?xì)浠衔锶軇┓悬c(diǎn)大約在60℃左右,。此時(shí),，在大約90℃時(shí)粘附的溶劑，由于超過沸點(diǎn),，變成崩沸狀態(tài),，就連小的盲孔也能迅速干燥,。因此，使用高沸點(diǎn)的可燃性溶劑,，進(jìn)行減壓蒸氣清洗和真空干燥,，就可以達(dá)到與CFC-113或TCA等低沸點(diǎn)難燃性溶劑同樣的清洗效果。
和低沸點(diǎn)難燃性的溶劑一樣,，真空系統(tǒng)是高沸點(diǎn)可燃性溶劑技術(shù)的具體體現(xiàn),。
(2) 環(huán)保性
碳?xì)浠衔锶軇ψ鳂I(yè)環(huán)境的影響，主要是可燃性的問題,。為使碳?xì)浠衔锶軇┖虲FC-113同樣使用,，必須消除可燃的危險(xiǎn)性。燃燒的3要素為空氣,、可燃物和著火源,。
在可燃性的液體表面，存在靠液體本身的溫度蒸發(fā)生成的氣體,。該氣體就是所謂的可燃性氣體,。隨著液體的溫度不斷上升，產(chǎn)生的可燃性氣體量也逐漸增多,。如果將著火源移到某處,，該處就會(huì)引燃。測量此時(shí)的空氣和可燃性氣體的比例,，此時(shí)的濃度稱為燃燒下限值,，液體的溫度稱為引火點(diǎn)。
空氣中通常含有21%的氧氣,?？諝庵械难鯕鉂舛雀撸紵俣瓤?，相反,，氧氣濃度低，燃燒速度慢,，15%的氧氣濃度為燃燒的最低濃度,。這意味著氧氣濃度超過15%，在某范圍內(nèi)存在可燃性氣體（可燃性氣體超過引火點(diǎn)）時(shí),，一旦產(chǎn)生燃燒用的足夠能量,，就會(huì)引起燃燒（爆炸）。
“著火源”的狀況有各種各樣,，主要有機(jī)械火花,、電氣火花和靜電火花。機(jī)械火花在接觸硬金屬時(shí)產(chǎn)生,。電氣火花指馬達(dá)的整流子,、開關(guān)的開閉、保險(xiǎn)絲,、配線和設(shè)備短路時(shí)產(chǎn)生的火花,。靜電火花是不良導(dǎo)體或沒有接地的良導(dǎo)體中積存的電荷，移動(dòng)時(shí)放電產(chǎn)生的,。異種物體接觸和分離時(shí)積存電荷,，當(dāng)電場超過臨界值時(shí)電荷移動(dòng)。具體來講,，在配管中流動(dòng),，液體中噴射、噴洗和送風(fēng)時(shí),，產(chǎn)生靜電,。
燃燒的3個(gè)條件指空氣、可燃物和著火源,。在這3個(gè)條件中,，如果能完全控制一個(gè)條件，就決不會(huì)燃燒,。
可燃物的防爆處理其一是控制在引火點(diǎn)以下,。一般的控制溫度是引火點(diǎn)－15℃。防爆處理是防止泄露和流出來,。容器和配管等,，因振動(dòng)和腐蝕等原因出現(xiàn)破損、龜裂,、松弛,，存在可燃物流到外部的危險(xiǎn)，一旦流出來,，會(huì)導(dǎo)致危險(xiǎn)場所迅速擴(kuò)大的問題,，因此，要采取充分的措施,。作為對策,，整個(gè)液體采用雙重罐，或者設(shè)置在排液托盤上,。
空氣的防爆處理是指控制氧氣濃度和可燃性氣體濃度,。通常，可燃性氣體的濃度控制在燃燒下限濃度的1/4以下,。使用可燃性液體的清洗槽要罩起來,，并且設(shè)置空氣的送風(fēng)口和排風(fēng)口?；煊锌扇夹詺怏w的氣體,，要強(qiáng)制排風(fēng)將其排到室外,，以防可燃性氣體的濃度增高。強(qiáng)制排風(fēng)的確認(rèn),，利用微壓差傳感器,，排風(fēng)量利用排風(fēng)風(fēng)機(jī)和風(fēng)調(diào)節(jié)閥控制。燃燒的最低氧氣濃度為15%以上,。因此,，有效的方法是充氮?dú)猓瑴p少氧氣的濃度,。在減壓狀態(tài)下,，使用碳?xì)浠衔飼r(shí)，如果壓力低于100mmHg,，燃燒的上限和下限迅速靠近,，火焰不蔓延，也不燃燒,。為確保使用碳?xì)浠衔?00%的安全,，需要采用表5中的任意一個(gè)系統(tǒng)。
表5 完全防爆
減壓密閉型 燃燒臨界壓力以下（真空泵）1.33×10000Pa（100torr）以下
置換密閉型 臨界氧氣濃度以下（充氮?dú)猓?0vol%以下
在“著火源”一項(xiàng)中,，首先,，要避免電氣設(shè)備產(chǎn)生火花，無法避免時(shí),，應(yīng)盡量不要接觸可燃性氣體,。在危險(xiǎn)場所使用的電動(dòng)機(jī)，要采用加強(qiáng)安全防爆結(jié)構(gòu)型或加強(qiáng)耐壓防爆結(jié)構(gòu)型,?？刂票P和超聲波振動(dòng)器等，一般采用氮?dú)獯祾?、空氣吹掃式的增?qiáng)內(nèi)壓防爆結(jié)構(gòu)型,。其次，電氣加熱器的熱量是著火源,。電氣加熱器放置在液體中,，加熱器表面脹污導(dǎo)致溫度升高，可燃性氣體倒灌到熱風(fēng)發(fā)生機(jī)的熱交換加熱器里,，有可能引起燃燒,。因此，一般不用電氣加熱器加熱,，而是采用蒸汽或熱液壓油的間接加熱方式,。
表6 安全規(guī)格
加熱機(jī)構(gòu) 間接加熱（蒸汽、熱液壓油）
電動(dòng)機(jī)構(gòu) 加強(qiáng)安全防爆規(guī)格
連鎖機(jī)構(gòu) 溫度,、流量,、液面,、氣體濃度、真空度等
超聲波振動(dòng)器 內(nèi)壓防爆規(guī)格
控制盤 內(nèi)壓防爆規(guī)格
自動(dòng)滅火系統(tǒng) 二氧化碳,、泡沫滅火劑
防火擋板 滅火氣體壓力連動(dòng)
還有一個(gè)重要的著火源是靜電,。不同種類的物體在接觸和分離時(shí)肯定會(huì)產(chǎn)生靜電，不可能完全沒有靜電,。噴淋清洗時(shí)，如果液態(tài)狀的流體從噴嘴噴出時(shí)的液體粒子直徑大,，帶電荷量就少,，因此，要盡量降低噴洗的壓力,。
“防爆清洗裝置”應(yīng)具有表6所示的一般安全規(guī)格,。避免加熱機(jī)構(gòu)、電動(dòng)機(jī)構(gòu),、超聲波,、控制盤等成為著火源。真空解除,、連鎖機(jī)構(gòu),、排風(fēng)機(jī)構(gòu)等，不要設(shè)置在燃燒范圍內(nèi),。采用這種防爆系統(tǒng),，可以安全使用可燃性的碳?xì)浠衔锶軇夷軌蜻_(dá)到與CFC-113同等清洗和干燥效果,。
（3）經(jīng)濟(jì)性
在經(jīng)濟(jì)成本方面,，使用碳?xì)浠衔锶軇┑那逑囱b置與使用CFC-113或含氯溶劑的低沸點(diǎn)難燃性溶劑的清洗裝置的根本差別在于干燥裝置部分。通常,，溶劑清洗裝置是3槽式,，由清洗槽、漂洗槽和干燥槽構(gòu)成,。成本差別主要指干燥槽,、溶劑沸騰機(jī)構(gòu)和熱風(fēng)發(fā)生機(jī)構(gòu)或真空機(jī)構(gòu)。防爆機(jī)構(gòu)的成本差別占整個(gè)裝置的10%,。
對于碳?xì)浠衔锶軇┑倪\(yùn)行成本來講,，清洗劑的使用量占絕大部分。由于碳?xì)浠衔锶軇┑姆悬c(diǎn)高,，蒸氣的消耗量少,，為CFC-113的50%~20%。
4.汽車精密零件的清洗
汽車零件的種類很多,，材料也各式各樣,。表7是精細(xì)清洗的典型汽車零件,。
表7 汽車零件
汽缸蓋 汽缸體
伯姆？泵用的燒結(jié)轉(zhuǎn)子 曲柄軸
皮帶輪 凸輪軸
精密閥門零件 微機(jī)殼體
制動(dòng)塊 后背箱
閥體 氣囊用筒
制動(dòng)器零件 水泵箱
曲柄箱 燒結(jié)行星齒輪
回動(dòng)離合器滾桶 傳動(dòng)零件
閥門板零件 凸輪轉(zhuǎn)子
燒結(jié)連輪 離合器配件
這些汽車零件是經(jīng)過切削加工,，沖壓加工和研磨加工等而制造出來的,。在加工過程中，粘附各種污物,，裝配前必須將這些污物清洗干凈,。
污物包括從微粒子、塵埃,、切削粉末,、毛刺等固體到油性加工油、水溶性加工油,、防銹油等液體,，各種各樣。
類似油一樣的液態(tài)污物,，一般利用普通的清洗劑的溶解力清除,。固態(tài)狀的污物，利用高壓噴洗,、超聲波,、振動(dòng)等物理力清除。通常,，加工好的汽車零件上都有這些污物,，一般利用清洗劑的溶解力和物理力進(jìn)行清洗。