CN114405935A - 一种环保型金属表面除锈除污清洗方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种等离子体环境下完全环保的金属表面除锈除污去毛刺清洗装备及工艺方法，所述清洗装备特征为：作为封闭清洗环境的真空腔室、待清洗金属工件作为等离子体放电负极、存在独立的放电正极、高压直流或脉冲电源或电弧电源作为等离子体电源；所述清洗工艺特征为：工作真空度10^‑5‑10⁵Pa、工艺气氛为Ar或N₂或无需额外通气、工作电压为10‑10⁵V；工艺结果为：金属工件表面的油污、锈迹、毛刺被气化、电离、刻蚀、喷射脱离金属表面，在正极或者装备壳体表面沉积、吸附、固化；本发明彻底消除了传统表面清洗时必然伴随的废液废气排放、粉尘噪音污染，所形成的新鲜表面具有原子级洁净性能。

Description

一种环保型金属表面除锈除污清洗方法

技术领域

本发明属于金属加工与环保领域，具体涉及一种金属材料表面除锈除污去 毛刺的环保清洗设备与清洗方法。

背景技术

随着科技发展和人民生活的提高，人们生活、工作实践中接触、使用的各类 物品，不仅仅要求物品本身是环保的，更进一步希望生产过程同样是环保的。

这其中，金属表面处理相关行业是这次环保风暴的重灾区，原因在于，1、 几乎所有的金属制品，在成为正式商品、被出售使用前，均需要进行表面处理， 不管是为了美观、或者是防腐蚀、耐磨性能提高，2、尽管常规的金属表面处理 方法，热浸镀、电镀、阳极氧化、喷涂、喷漆等技术，均存在不同程度的环保风 险，但是，因为可以封闭在一个空间内操作、可以循环使用，其实其环保风险在 一定程度上是可以控制的，3、但是，所有的金属材料，在进行表面处理之前， 必须进行表面清洗，清洗的常规做法，就是酸洗除锈、碱洗除油污，而且必须时 常更换，以保证清洗液不会对后来工件造成反污染，这种酸洗、碱洗废液，就造成了最大的污染；环保操作规定中，要求这些废液首先必须中和、沉淀，然后将 沉淀物脱水，再送到专门的环保废品机构回收处理；这种建设专门的处理系统、 经过专门的机构回收处理，极大的增加了企业的生产、运营成本和管理风险。

当前还有其它的金属表面清洗处理手段，如，机械抛光、研磨、喷砂，一方 面劳动强度非常大，另一方面也存在巨大的粉尘、噪音污染；最新发展有激光烧 蚀清洗，设备昂贵、处理效率低下、同时其实还存在烧蚀物因为处于气化、颗粒 状态而四处飘落，同样造成对环境的污染。

发明内容

本发明的目的是提供一种完全环保的金属表面除锈除污去毛刺的清洗设备 与清洗方法，解决现有金属表面工程中通过酸洗、机械清理方法进行清洗时存在 的巨大污染和工况恶劣、以及表面清洗洁净度差的问题。

为解决上述问题，本发明一方面提供了一种等离子体环境下完全环保的金属 表面除锈除污去毛刺清洗装备，所述清洗装备的构成：作为封闭清洗环境的真空 腔室，作为等离子体放电负极的待清洗金属工件，独立的放电正极，作为等离子 体电源的高压直流或脉冲电源、或电弧电源。

优先地，所述真空腔室，存在两种形式，进行单炉清洗的一个真空腔室形式， 和可以进行连续清洗、或节拍清洗的多个真空腔室形式；

优选地，所述金属工件放电负极，与所述独立的放电正极之间，清洗工作过 程中存在相对运动，从而保证金属工件表面得到全面均匀的清洗；

优选地，所述清洗设备，通过外设电磁线圈、和或者内置永久磁铁，可在所 述金属工件表面，形成表面磁场，磁感应强度在0-10000高斯之间；

优选地，所述清洗设备形成所述清洗环境(工作真空度和气氛)的方法为， 利用真空泵、真空管道、真空计等构成的真空系统形成所需真空环境，利用气体 流量计通入所需Ar或N₂等工艺气体；

根据本发明的另一方面，提供了一种本发明的第一方面所述的环保清洗设备 的清洗工艺和清洗方法，所述清洗工艺特征为：工作真空度10^-5-10⁵Pa、工艺气 氛为Ar或N₂或无需额外通气、工作电压为10-10⁵V；工艺结果为：金属工件表面 的油污、锈迹、毛刺被气化、电离、刻蚀、喷射脱离金属表面，在正极或者装备 壳体表面沉积、吸附、固化；

所述方法包括以下步骤：

步骤一，打开真空腔室，将金属工件固定在真空腔室中与放电电源负极连接 的电极上，

步骤二，关闭真空腔室，利用真空系统将真空腔室抽真空到所需真空度，通 入工艺气体，最大工作真空度范围为10^-5-10⁵Pa，优选工作真空度为10^-3-10Pa，

步骤三，启动金属工件与放电正极进行相对运动，以及待清洗工件周围磁场 启动，

步骤四，启动放电电源工作，金属工件表面产生对油污、锈迹、毛刺有清洗、 刻蚀、去除作用的等离子体，

步骤五，金属工件表面获得原子级清洁，清洗完成，依次关闭放电电源、工 艺气体输入、真空泵工作，对真空腔室放气，取出工件；一个工作周期完成。

优选地，所述的放电电源为工作电压在0.1-100V的电弧电源、工作电压在 100-10⁴V的高压直流电源、或者脉冲频率在1-1000kHz脉冲电弧或高压电源；

优选地，步骤四所述的放电电源工作，或者是电弧电源单独工作，或者是高 压电源单独工作，或者是先电弧电源、后高压电源处于工作状态。

本发明相比于现有技术的有益效果在于：与酸洗法相比，本技术不存在任何 废液排放；与打磨、机械抛丸相比，本技术不存在粉尘、噪音污染，劳动强度低， 清洗表面质量高、不存在颗粒残余等；可以说，本发明技术，一举解决了长期困 扰行业发展的污染问题，为在环保压力下举步维艰的企业带来了生机，也是为中 国企业升级换代带来了钥匙，金属工件表面清洗，将从传统的污染、劳动强度大、 工作环境恶劣，改变为环保、轻松、有趣、高端的工作，将成为未来表面工程行 业的主流核心、不可或缺的先进技术。

附图说明

图1是本发明公开的一种金属工件等离子体环保清洗系统的结构示意图；

附图编号：1为等离子体清洗工艺室(封闭腔室)，2为金属工件，3为等 离子体放电正极，4为工艺室抽真空系统，5为工艺室工艺气体输入系统，6为 等离子体电源，左侧的

表示电源负极，右侧的

表示电源正极，7为连接电源 与金属工件的导线，8为连接电源与等离子体放电正极的导线。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明上述的和此外的技术特征和优点进行清楚、完整地 描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的部分实施例，而不是全部实施例。

本发明的金属工件等离子体环保清洗系统的结构如图1所示，包括：适当大 小、形状、结构的封闭腔体工艺处理真空室1，置于真空室1中的待处理的金属 工件2和专门的等离子体放电用正极3，真空系统4用于对真空室1进行抽真空 以获得需要的真空环境，等离子体清洗过程中所使用的工艺气体、通过工艺气体 输入系统5输入，等离子体放电所使用的电源6、独立放置在电源柜中，电源6 输出的负电、通过导线7与金属工件连接，导线8为电源正极与等离子体放电正 极之间的连接线。

利用金属材料、一般是不锈钢制造封闭的腔体作为真空工艺腔室1，其结构 方面存在不同形式：进行单炉清洗的一个真空腔室形式，和可以进行连续清洗、 或节拍清洗的多个真空腔室形式；

金属工件放电负极2，与独立的放电正极3之间，清洗工作过程中存在相对 运动，从而保证金属工件表面得到全面均匀的清洗；通过外设电磁线圈、和或者 内置永久磁铁，可在金属工件2表面，形成表面磁场，磁感应强度在0-10000高 斯之间；

利用真空泵、真空管道、真空计等构成真空系统4形成真空腔室1所需真空 环境；气体输入5一般采用气体质量流量计，将所需Ar或N₂等工艺气体输入到 真空腔室1中；

放电电源6可以是工作电压在0.1-100V的电弧电源、或者(和)工作电压 在100-10⁴V的高压直流电源、或者(和)脉冲频率在1-1000kHz脉冲电弧或高 压电源；

根据本发明还提供了上述环保清洗设备的清洗工艺和清洗方法，所述清洗工 艺特征为：工作真空度10^-5-10⁵Pa、工艺气氛为Ar或N₂或无需额外通气、工作电 压为10-10⁵V；工艺结果为：金属工件表面的油污、锈迹、毛刺被气化、电离、 刻蚀、喷射脱离金属表面，在正极或者装备壳体表面沉积、吸附、固化；

所述清洗方法包括以下步骤：

步骤一，打开真空腔室，将金属工件固定在真空腔室中与放电电源负极连接 的电极上，

步骤二，关闭真空腔室，利用真空系统将真空腔室抽真空到所需真空度，通 入工艺气体，最大工作真空度范围为10^-5-10⁵Pa，优选工作真空度为10^-3-10Pa，

步骤三，启动金属工件与放电正极进行相对运动，以及待清洗工件周围磁场 启动，

步骤四，启动放电电源工作，金属工件表面产生对油污、锈迹、毛刺有清洗、 刻蚀、去除作用的等离子体，

步骤五，金属工件表面获得原子级清洁，清洗完成，依次关闭放电电源、工 艺气体输入、真空泵工作，对真空腔室放气，取出工件；一个工作周期完成。

步骤四过程中，放电电源6或者是电弧电源单独工作，或者是高压电源单独 工作，或者是先电弧电源、后高压电源处于工作状态。

实施例一：

不锈钢真空腔室，高度1米、直径1米；机械泵加分子泵构成抽真空系统； 工艺气体为Ar。

待清洗金属工件为普通碳钢，长度600mm、宽和高均为100mm、厚度0.2mm 的薄板；专用的等离子体放电正极为一平板表面，宽度200mm、长度800mm，平 板内部，安装有永磁机构和冷却水系统，用于保证均匀持续放电。

所采用的等离子体电源为脉冲高压电源，放电过程中，在金属工件表面，形 成辉光等离子体。

整个工艺过程为：将金属工件置入真空室内，抽真空到5x10^-3Pa，通入工作 气体Ar到工作压强0.5Pa，启动等离子体电源，等离子体放电电压为600V、放 电电流为15A，持续放电清洗20分钟完成清洗，之后真空室通入大气、打开真 空室、取出已完成等离子体清洗的金属工件。

实施例二：

不锈钢真空腔室，高度1米、直径1米；机械泵加分子泵构成抽真空系统； 工艺气体为Ar。

待清洗金属工件为普通碳钢，长度600mm、直径100mm的园棒；清洗工件外 围，缠绕有电磁线圈，用于保证均匀持续放电；专用的等离子体放电正极为一平 板表面，宽度200mm、长度800mm。

所采用的等离子体电源为电弧电源，放电过程中，在金属工件表面，形成弧 光等离子体。

整个工艺过程为：将金属工件置入真空室内，抽真空到5x10^-3Pa，通入工作 气体Ar到工作压强0.1Pa，启动等离子体电源，等离子体放电电压为20V、放电 电流为150A，持续放电清洗5分钟完成清洗，之后真空室通入大气、打开真空 室、取出已完成等离子体清洗的金属工件。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一 步的详细说明，应当理解，以上所述的仅为本发明的具体实施例而已，并不用于 限定本发明的保护范围。特别指出，对于本领域技术人员来说，凡在本发明的精 神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护 范围之内。

Claims (8)

1.一种等离子体环境下完全环保的金属表面除锈除污去毛刺清洗装备及工艺方法，所述清洗装备特征为：作为封闭清洗环境的真空腔室、待清洗金属工件作为等离子体放电负极、存在独立的放电正极、高压直流或脉冲电源或电弧电源作为等离子体电源；所述清洗工艺特征为：工作真空度10^-5-10⁵Pa、工艺气氛为Ar或N₂或无需额外通气、工作电压为10-10⁵V；工艺结果为：金属工件表面的油污、锈迹、毛刺被气化、电离、刻蚀、喷射脱离金属表面，在正极或者装备壳体表面沉积、吸附、固化。

2.根据权利要求1所述的金属表面环保清洗装备，其特征在于，所述真空腔室，存在两种形式，进行单炉清洗的一个真空腔室形式，和可以进行连续清洗、或节拍清洗的多个真空腔室形式。

3.根据权利要求1所述的金属表面环保清洗装备，其特征在于，所述金属工件放电负极，与所述独立的放电正极之间，清洗工作过程中存在相对运动，从而保证金属工件表面得到全面均匀的清洗。

4.根据权利要求1所述的金属表面环保清洗装备，其特征在于，清洗工作过程中，通过外设电磁线圈、和或者内置永久磁铁，在所述金属工件表面，形成表面磁场，磁感应强度在0-10000高斯之间。

5.根据权利要求1所述的金属表面环保清洗装备，其特征在于，所述清洗环境(工作真空度和气氛)的形成方法为，利用真空泵、真空管道、真空计等构成的真空系统形成所需真空环境，利用气体流量计通入所需Ar或N₂等工艺气体。

6.一种权利1至5中任一权利要求所述的金属表面清洗方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤一，打开真空腔室，将金属工件固定在真空腔室中与放电电源负极连接的电极上，

步骤二，关闭真空腔室，利用真空系统将真空腔室抽真空到所需真空度，通入工艺气体，最大工作真空度范围为10^-5-10⁵Pa，优选工作真空度为10^-3-10Pa，

步骤三，启动金属工件与放电正极进行相对运动，

步骤四，启动放电电源工作，金属工件表面产生对油污、锈迹、毛刺有清洗、刻蚀、去除作用的等离子体，

步骤五，金属工件表面获得原子级清洁，清洗完成，依次关闭放电电源、工艺气体输入、真空泵工作，对真空腔室放气，取出工件；一个工作周期完成。

7.根据权利要求6所述的金属表面清洗方法，其特征在于，所述的放电电源为工作电压在0.1-100V的电弧电源、工作电压在100-10⁴V的高压直流电源、或者脉冲频率在1-1000kHz脉冲电弧或高压电源。

8.根据权利要求6所述的金属表面清洗方法，其特征在于，步骤四所述的放电电源工作，或者是电弧电源单独工作，或者是高压电源单独工作，或者是先电弧电源、后高压电源处于工作状态。

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