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金属清洗表面清洁度(洗净率)的测定方法

发表日期:2015-08-17??? [0人阅读]

在清洗作业完成之后,经常需要对被清洗表面的洁净度进行评价。一般利用表面的各种性质作为评价的依据,但目前没有一种评价方法是万能的,只能根据具体需要选定最适合的评价方法。一般的工业清洗工艺效果往往只凭视觉和触觉等感官加以判断。对于微量污垢和高洁净度的判断就要用仪器来测定,下面介绍儿种普遍应用的方法。

一、取样方法

正确地测定清洗对象的清洁程度是有一定的难度的,由于形状复杂或由多种材料构成的清洗对象,其污垢分布常常不均匀。因此局部表面测定的结果不一定能完全代表整体的污垢及清洁程度的情况。在清洗对象较小时,一般采用适当的溶剂浸泡溶解污垢,把溶解出来的污垢多少作为洁净度的判定方法,但溶剂并不一定能将所有的污垢都溶解下来,因此,在工业清洗工艺的现场要采用一些能提高测定准确性的取样方法。主要的方法如下。

1、随机取样测定

当清洗对象是数目很多的同一种小型物品时,为了减少次数,往往随机取出个别样品进行测定,用它的测定结果判定全体样品的污染清况和洁净度。此时,随机取样的数目要达到一定数量才能够较准确地反映整体的情况。

2、对某种特定污垢进行专门测定

即选择影响最大的污垢进行测定,通常的机械部门进行脱脂清洗即适合这种方法。这时测定的重点是油性污垢而不必对其他污垢进行专门测定。以污染最严重的部位为标准进行测定。即将对象物表面污垢最多,附着最顽固的部位作为测定标准进行测定。如果这些部位在清洗后达到所要求的洁净度,其他部位肯定已达到更好的洁净度。在清洗工厂大型设备时往往采用这种方法。

二、实验室测定洁净度的方法

1、仪器测定方法

仪器侧定主要应用在精密工业清洗和超精密工业清洗领域。但这些方法受到许多客观限制,目前大部分停留在实验室研究的范围。仪器测定主要有以下几种。

(1)电子显微镜。用电子显微镜来研究清洗对象表面的细微状态和测定微小的污垢粒子(粒径1μm)的数目。

(2)激光散射。用氦氖激光射线照射十分平滑的清洗对象的表面。利用激光散射原理测定表面上粒径在0.2~0.3μm的微粒状污垢粒子的数目。

(3)表面分析仪器。把各种电磁波、电子或离子束照射到清洗对象的表层,并捕捉它们反射时产生的各种光电信息,或利用所产生的分子和原子的能量分布状态进行研究分析,从而对污垢存在的情况进行定性及定量测定。

利用电磁波进行表面分析的仪器有:红外线反射分光光度仪(IRRS)、射线光电了能谱(FXS)、X射线荧光分析仪(ESCA)等。利用电子射线的分析仪器有反射电子吸收俄歇电子能谱(AES,SAM)、电子射线X射线法(EPMA)等。利用离子束分析仪器有离子散射光谱仪(ISS)和二次离子质谱仪(SIMA)等。

2、示踪法

把有标记特征的物质混入人污垢中并附着在清洗对象表面,清洗结束后,利用标记物的残留的情况作为清洗力和洁净度的评价,示踪法有两种。

(1)同位素法。利用放射性同位素,如用含有放射性碳原子同位素14C的酰胺、烷烃等有机物,能放射出β射线而且射线强度与14C含量成正比的特点作标记示踪原子的方法。但这种方法的准确性受接收放射能的实验方法的制约,因此实用性较差。

(2)荧光染料法,是将荧光染料作标记物的方法。把绿色的油溶性荧光染料加到油性污垢中,附着在对象物表面并进行清洗,清洗后用荧光灯检测物质表面的荧光强度,间接评价表面的洁净程度。

(3)表面膜判定法。清洗后的表面加工处理可形成各种表面膜,形成的表面膜的强度和形态可作为判定洁净度的方法。比如当金属表面有微量污垢吸附残留的情况下,处理得到的表面膜不仅强度差而且不均匀。

①真空镀膜法。在真空状态下把金属锌加热蒸发形成的蒸气镀在物体表面形成表面膜。根据最初形成的表面膜的附着情况和花纹式样可以判定物体洗净的程度。

②硫酸铜溶液法。把金属短时间浸泡在硫酸铜水溶液中,根据金属表面生成的铜膜附着强度和花纹式样判断金属的洗净程度。

三、清洗现场清洁度的测定方法

除以上介绍的各种物理和化学的测试方法之外,在清洗现场常使用一些简便的测定方法,主要有以下几种。

1、现场的定量测定方法

对污垢数量、清洗力大小、清洁度等,在清洗现场比较准确的测定方法有重量法、吸光光度法和接触角法。

(1)质量法。对形状复杂但可用天平称量的小型物体的总体洁净度的一种有效评价方法。

具体方法如下:取一定数量的样品,对其清洗前后的质量m1、m2和清洗后再用其他方法彻底去污后的质量m3进行准确称量,则对于单个样品:

污垢附着量 = m1 - m3

清洗污垢量 = m1 - m2

残留污垢量 = m2 - m3

污垢去除率 = (m1 - m2)/(m1 - m3)x100%

所求出的污垢去除率及单位面积的污垢残留是平均值,据此即可判断物体总体的洁净程度。

使用本法时,应防止温度、湿度的变化及被测物体与电子天平间的温度造成的实验误差,测量过程要对温度、湿度进行调整。一般把样品放在恒温恒湿条件下放置30~60min再开始进行测量。另外,天平的感量一般要达到10μg,在称量5个样品平均值的情况下,确定的残留污垢误差范围在50~100μg。

(2)吸光光度法。利用紫外线分光光度计测量残留污垢的方法。把清洗后的物体放在对污垢有强去除作用的清洗剂中。把清洗剂中溶解的污垢的数量用紫外线吸收法加以测定。这种方法准确度很高,可用于测定污垢残留量小于0.01μg/cm2左右的物体。但使用这种方法在事前要了解污垢的种类,并掌握污垢浓度与紫外线吸光度之间的关系,并绘制出对应关系的标准曲线。

与质量法共同应注意的是:在用这种溶剂去除污垢时,不能对清洗对象造成腐蚀。特别是由多种材料组成的物体会存在此问题。

(3)接触角法。把水滴球面与物体触点所作的球面切线与物体表面形成的夹角称为接触角。接触角的大小与物体表面的材料性质有关、并随材料表面的粗糙度等物质性质而变化。

对于可被水润湿的材料所构成的物体,可用水的接触角了解它们的洁净程度〔一般水滴在亲水表面上润湿、以接触角90度为分界,接触角小于90度,被认为是可被水润湿的物体)。对于由于同一种材料制成的清洗对象,通过比较其接触角可了解相应的洁净程度。接触角越小表明其受亲油性污垢污染越轻,表面洁净度越高。

接触角法只适合于测定平滑表面的洁净度。对粗糙表面的物体不适用。另外用碱液和表面活性剂水溶液清洗表面之后会有一些吸附物残留在表面,由于碱和表面活性剂有使接触角减小的作用,因此会影响测量的准确性。

2、定性评价方法

在清洗现场除用视觉和接触角定性评价外,还常用以下方法。

(1)擦拭法。用干燥洁净不起毛的布(如纱布)对物休表面擦拭,根据布附着污垢的程度来判定表面洁净度。本法虽简单但不精确。

(2)水滴法,是接触角评价洁净度的一种应用。在一定的条件下,滴在表面上的水滴(一定体积〕的直径越大,接触角越小,洁净度越高。即把表面上形成的水滴直径大小和形状,作为比较洁净度的依据。

(3)水膜法。把清洗后的物体浸泡在水中,使物体表面与水面成垂直,向上拉,离开水面后如物体表面形成的水膜能均匀的占满全部表面,则说明洁净度高。如表面有形不成水膜的,则说明那里不够洁净。

(4)水雾法。用喷雾器把均匀的微粒状的水滴喷射到清洗后的干燥表面上,通过形成水滴的情况判断洁净度。当表面十分洁净时,微粒状水滴会在表面上均匀的润湿铺层,而且干燥后凝雾水膜周围形状呈规则的圆形。

(5)呼气法。对着干燥的清洗对象表面呼气,水蒸气在表面上冷凝时会形成混浊的雾斑,表面清洁时产生的雾斑是均匀的;反之则不均匀。当表面十分平滑洁净时,雾斑会在很短的时间内消失。

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