浅谈汽车发动机零件短期防锈

作者:奎克化学(中国)有限公司 邓海坡 文章来源:AI《汽车制造业》 发布时间:2018-04-08
在环保及制造成本的双重压力下,汽车发动机制造业中的工艺油液品,已经广泛采用水基产品代替容积洗涤剂类产品。这种推广既有积极的一面,也同样面临新的挑战——发动机零件短期防锈保护。

短期防锈要求
发动机车间一般分为机加区和装配区,被加工好的零件(缸体、缸盖、曲轴、连杆等)清洗后经过短暂停留将被送到装配区,而锈蚀问题多发生在这个短暂的停留期间,因为节假日或设备检修等原因,短暂停留可能是2~3天,也可能是5~7天。在不使用防锈油的情况下,对铝合金工件提供短期的防锈保护是容易的,但对于钢件的防锈,尤其是铸铁件、曲轴的防锈任务通常很艰巨。
技术人员应结合生产线实际状况以及以往问题解决的经验,从清洗剂的选型、清洗剂的防锈性、仓储条件和水质对工件的防锈影响等因素,总结分析出工件的锈蚀原因(图1)。

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图1 零件锈蚀的原因

清洗剂选型要求考虑的因素
清洗剂选型考虑的主要因素有:
1)工件材质及被清洗工件表面的油污类型,选型不当可能会引起清洁度不达标。
2)清洗机制造商认证要求,涉及机械手操作环境要求,库卡或发那科要求产品认证。
3)设备工作压力,涉及高压去毛刺的清洗机对清洗剂的消泡性能有较高的要求。
4)清洗剂液槽寿命,涉及产品自身稳定性以及抗杂油能力。
5)当地水质条件,硬度以及电导率等(氯离子、硫酸根等)。
6)其他要求,例如废液处理等。

清洗剂的防锈性
1.铝合金工件
根据清洗工艺条件要求选用恰当的清洗剂,能够对工件在高温、高压的清洗环境进行有效保护,且能有效防止滞留在工件表面的清洗剂霉变,预防白色斑点或长毛等现象。
2.黑色金属工件
一般而言,作为铸铁件的曲轴和铝合金缸体的内嵌缸套是最易发生锈蚀的工件,有些清洗剂的厂家提供在清洗机的漂洗槽内定期补充防锈添加的方式来预防工件的锈蚀,这种方式仅在有限范围内提高工件的防锈性能,不能错误地认为加了防锈剂工件就不会发生锈蚀,仅能理解为发生锈蚀的概率会小一些;同时,应当对于加入的剂量有一定的控制(添加剂的浓度不易检测和控制),过多的添加剂将导致工件表面有残留从而影响其外观,甚至对防锈保护带来负面的影响。
特别说明,水性清洗剂仅能提供短期、临时的金属防锈保护,不能承担长期的或环境复杂的防锈保护;清洗剂的核心“职责”是要把油污清洗下来,并在这一过程中对工件和清洗设备提供必要的保护。
此外,鉴于亚硝酸盐的毒理性会导致负面影响和潜在危害,作为负责的企业主或制造商不应使用该类物质作为防锈剂应用在生产过程中。

仓储环境对工件防锈的影响
1.温湿度       
国内普遍的制造企业还很难对厂房或仓库的温湿度严格控制,这将导致梅雨季节是黑色金属发生锈蚀或铝合金工件发生霉变的高发期。硬性条件无法改变的情况下,必须针对季节变化导致的湿度增加或温差变化做出及时的预防性措施,否则将导致批量的锈蚀风险。水性清洗剂滞留表面的保护膜难以抵御水汽凝结的破坏力,所以有效控制仓储区域的温湿度变得尤为重要。
推荐存储环境:相对湿度<75%  (昼夜温差<7℃),应对存储环境内温湿度多点24 h不间断监控,推荐使用温湿度记录仪(图2),并设定报警值。

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图2 温湿度记录仪

有条件的情况下,推荐设置60~100 m2的封闭存储间(可在车间内单独隔离),并配置两台空调(一台制热、另一台除湿),温度设定适当高于车间温度,将能极大改善铸铁件的防锈周期,可提高长达30天以上的防锈保护。
2.通风条件
当存储区域的温湿度无法有效控制的情况下,加强仓储区域的通风是相对必要的,其目的就是通过空气流动减小空气水分凝结的概率。不建议使用车间新风口吹向工件,若新风中空气湿度偏高或温度偏高时,吹风将加速局部水汽凝结。
3.工件物料架的存放
1)裸露或半封闭的物料架:最低层工件距地面高度>15 cm,侧面距离墙面>15 cm。
2)封闭式物料架:当车间相对湿度>70%时,在物料架底部放入适量的干燥剂(如硫酸钙和氯化钙等)。
3.工件与环境的温度差
物料周转时,必须考虑到物料架或包装箱和即将进入区域的温度差异。若工件所在的物料架或包装箱温度高于即将进入的区域,一般不会带来什么负面影响;若工件所在的物料架或包装箱温度低于即将进入的区域,必须倍加小心并采取合理的措施使包装箱被打开时,工件温度和周围环境温度接近。其目的就是减少水汽凝结的可能性。
4.空气中腐蚀性气体
根据区域及污染源,可将空气分为工业大气、城市大气和农村大气,其中工业大气中的腐蚀性气体的比例最高,城市空气次之,农村空气腐蚀气体比例最小,对于腐蚀性气体也应给予足够的关注。
腐蚀性气体主要有二氧化硫、硫化氢、胺、氯化物等,若制造厂内有此类气体排放或存储,工件仓储区必须远离或有效隔离。

水质对工件防锈的影响
采用常规自来水的缺点在于导电离子会随着水分的蒸发而日益“富集”起来,尤其是以氯离子和硫酸根离子为主的、对腐蚀“贡献”最为积极的成分,所以优先选用去离子水,若清洗剂消泡性差可选择适量的硬度提高剂或选用自来水初装。
常规自来水与去离子水(RO水)的差异(见表),主要是电导率,以及对锈蚀产生负面影响的氯化物和硫酸根。

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国外某些发动机工厂直接以氯化物200×10-6作为曲轴清洗剂的换液标准,显然是有其原因的。

工件自身防锈性
对于铁质工件而言,适量的铜、磷、铬、镍和硅含量将能够显著提升其耐候性或抗锈蚀
能力。
1)铜  含有2‰~5‰铜的钢材,有较好的耐候性,无论是在工业空气中,还是海洋空气中,都能提供优于未含铜的普通钢铁的抗锈蚀能力。
2)磷  通常磷作为有害元素,将导致钢件产生“冷脆性”,但磷和铜的同时加入,却会大大改善钢件在空气中的防锈性或耐候性。
3)铬  铬能改善钢件自身的钝化能力,若同时加入铬和铜,即使铬含量较低也能表现出优异的防锈性能。
4)镍  镍是一种较为稳定的元素,其钝化能力比铬要弱,其含量超过3%时才能在提高耐候性方面发挥作用。
5)硅  硅作为复合添加元素仅能提高综合效果,硅即使仅在钢表面也能提高锈蚀层的稳定,此外还可有效阻滞应力腐蚀的扩展。
此外,表面加工质量,即粗糙度也会对工件防锈性能产生影响。工件的表面越粗糙,聚在工件表面上的腐蚀性气体和杂质就会越多,这些气体和杂质还会通过表面的微观凹陷向工件表面渗透,加剧工件表面腐蚀。

总结
综上所述,仅依靠选用一款“神奇”的清洗剂来扛起梅雨季节的工件防锈重任,显然是非理性的。工件锈蚀是一个复杂的、有多重诱因的化学反应,因此,必须结合实际情况,仔细分析,采用恰当的方案,多渠道、多方面地对工件实施防锈保护。本文通过对目前生产企业普遍的防锈要求、清洗剂的使用、仓储环境以及工件自身特性等角度进行分析,总结出了工件防锈工作的注意事项,有效地降低了生产过程中工件的锈蚀率,节约了成本,保证了产品质量;同时也为金属加工行业的工件防锈工作总结了经验,提供了有益参考。   

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