摩擦和研磨去污

一、摩擦去污

在家庭洗涤中的干法清洗和湿法清洗都有许多利用摩擦力的例子，如使用洗衣搓板、海绵球以及用手搓等，都是增加衣物间摩擦力而去污的有效方法。用抹布、炊苕擦洗餐具也是利用摩擦力的作用。在干洗衣物之前，对衣物上污垢特别多的部位用刷子蘸取洗液先加以清洗，可使干洗时去污的负担减轻而取得更好的清洗效果，也是利用摩擦力的实例。

在工业清洗领域中，一些用其他作用力不易去除的污垢，使用摩擦力这种简单实用的方法往往能取得较好的效果。例如，在汽车自动清洗装置中，向汽车喷射清洗液的同时，使用合成纤维材料做成的旋转刷子帮助擦拭汽车的表面。用喷射清洗液清洗工厂的大型设备或机器的表面时，配合用刷子擦洗往往取得更好的清洗效果。

当用各种洗液浸泡清洗金属或玻璃材料之后，有些洗液不易去除的污垢顽渍，配合用刷子擦洗能把它们去除干净。

光学玻璃镜片和半导体材料单晶硅晶片用细微的固体粉末研磨之后，有些粉末易附着在表面上，用喷射加超声波的方法也不易去除时，使用非常柔软的布利用摩擦力可以把它们去除，都是利用摩擦力的实例。

但使用摩擦力去污也存在一些问题需要引起注意，即使用的刷子要经常保持清洁，防止刷子对清洗对象的再污染。当清洗对象是不良导体时，使用摩擦力有时会产生静电而使清洗对象表面容易吸附污垢。在使用易燃的有机溶剂时要注意防止由于产生静电引

起的火灾。

二、研磨去污

研磨力是特指用机械作用力去除表面污垢的方法。狭义上研磨力只包括用机械作用力对清洗对象表面的污染部分的磨蚀；广义上研磨力还包括把顽固附着的固体污垢用很强的机械磨削作用力把表面污染层整个削除。

研磨使用的方法包括使用研磨粉、砂轮、砂纸以及其他工具对含有污垢的清洗对象表面进行研磨、抛光等。研磨力比前面讲的摩擦力机械作用力要大得多，它与摩擦力有着明显的区别。

在家庭清洗中广泛使用的研磨剂是去污粉，它的主要成分包括二氧化硅的细粉，对污垢有吸附能力的胶体粒子，少量表面活性剂以及其他助剂。去污粉配合机械研磨作用可以把金属、玻璃以及陶瓷等材料制成的物体表面上顽固附着的污垢，包括污垢在表面形成的污垢层、变质层方便地去除。

工业清洗领域中应用的研磨力为主的清洗操作方法主要有以下几种：

1.手工研磨

手工研磨使用的工具有锂刀、刮刀、砂纸、金属丝、砂轮、磨石以及聚乙烯等合成材料制成的塑料丝等。轻度污染的表面用砂纸、金属丝通过研磨即可以去除。砂纸是把细微的固体石英粒粘在纸上做成的，金属丝是由很细的金属切削丝包成金属线团。用各种不同细度及柔软程度的金属丝蘸上挥发性的有机溶剂对金属表面进行手工研磨，就可把表面的铁锈去除干净。

2.机械研磨

机械研磨清洗是指在机械力的作用下达到去除工件表面污垢的方法。从广义上讲，手工刷洗、砂纸打磨、刮刀去污、锂刀研磨等手工研磨清洗也属于这一范畴。工业上的机械作用力大多是指机械动力。常见的方法有磨光与抛光、研磨光饰、机械刷洗，喷砂等。

（1）磨光与抛光

磨光是用磨光轮（或带）对零件表面进行加工的过程。磨光可去掉零件表面的毛刺、氧化皮、干固油污、锈皮、砂眼、划伤、焊瘤与焊渣等表面缺陷，提高零件的清洁度与平整度。磨光的质量由磨料的种类和粒度、磨光轮（带）的特性和磨光速度来决定。

磨光的磨料主要有人造金刚砂、人造刚玉、天然金刚砂（杂刚玉）、石英砂、硅藻土、浮石等。磨料的选择应根据基材来决定。如用于低强度金属（如黄钢、铝等）、硬与脆的金属（如铸铁等）可选用人造金刚石。对于有一定韧性的高强度金属（如淬火钢，可锻铸铁等）可选用人造刚玉。对于一般金属的磨光，一般都选用天然金刚砂。磨光（按磨料粒度的大小）可分为粗磨、中磨、精磨。粗磨的粒为10〜40目，中磨为40-150目，精磨为180〜360目。

抛光是用涂有抛光膏的抛光轮对零件表面进行加工的过程。抛光都是在比较平整的表面上进行的，以进一步降低零件的表面粗糙度，获得光亮的外观。抛光膏是将抛光磨料与粘接剂（如硬脂酸、石蜡等）配在一起制成的。常用的抛光膏有三种，即白抛光膏、红抛光膏、绿抛光膏。白抛光膏是用氧化钙、少量氧化镁及粘接剂制成的，粒度小而不锐利，用于抛光较软的金属，如铝、铜等和塑料。红抛光膏是用氧化铁、氧化铝和粘接剂制成的，硬度中等，用于抛光一般钢铁零件。绿抛光膏是用氧化铮和粘接剂制成的，硬而锐利，磨削能力强，主要用于抛光硬质合金钢、镀铅层、不锈钢等。

（2）研磨光饰

研磨光饰是将被处理的零件与磨料、水和化学促进剂一起放入专用容器内进行表面加工的过程。它可以达到除锈、除油、去毛刺，使锐角与棱边倒角，降低表面粗糙度等目的。

研磨光饰的主要特点是一次能处理很多零件，省工省时，质量稳定，成本较低。它适于复杂形状的金属或非金属零件的清洗光饰加工，在表面处理行业中应用极为广泛，对于处理细小零件如螺钉、螺母、连接件、磁性材料有独到的优越之处。

根据加工方式不同，研磨光饰分为普通滚光、振动光饰、旋转光饰、离心盘光饰和离心滚光等。目前国内最常用的研磨光饰设备有振动光饰机和离心滚光机。

图4-19是振动光饰机的结构示意图。一个轮胎形的容器安装在弹簧上，由容器中心垂直轴上的偏置重块把振动传给容器，使零件与磨料介质在容器中以一定方向做螺旋运动，达到研磨清洗与光饰的目的。

图4-20是离心滚光示意图。它是在一个转塔内的周围安放一些装有零件和磨料介质的转筒，转塔高速旋转，而转筒以较低的速度反方向旋转，从而使转筒中的装载物压在一起，转筒的旋转使磨料介质对零件产生滑动磨削，从而起到去除污垢、毛刺和光饰表面的效果。离心滚光加工效率远大于振动光饰加工。

图4-19振动光饰机的结构示意图

图4-20离心滚光示意图

研磨光饰的效果与所选用的磨削物质包括磨料和化学促进剂有很大的关系。磨料的类型、形状和尺寸主要由被加工零件的材料及要求的光饰质量而定，往往需要通过试验才能确定。金属零件一般使用硬质磨料如天然金刚砂，烧结Al₂O₃、Sic和硬质钢球等：塑料零件则常用动植物和硬质磨料的混合物；对光饰质量要求高的表面，应使用形状比较圆滑的磨料。其形状应小于零件上内孔径的三分之一，但也不应过小，以防造成小孔堵塞。另外，所选择的磨料/零件比也直接影响光饰质量，一般选择磨料与零件的体积比为8〜12。

化学促进剂是含有多种助剂的中性或碱性的清洗剂，现在有商品液出售。其作用是使零件和磨料变得清洁；润滑零件和零件表面，防止磨料粘结成团；防止零件和磨料生锈。

（3）喷砂处理

喷砂是以磨料强力撞击零件，对其表面进行清理或修饰加工的过程。其主要用途如下。

a.除去铸件、锻件或热处理后零件表面的型砂及氧化皮；

b.除去零件表面上的锈蚀、积炭、焊渣、旧漆层或其他干燥了的油类物质；

c.提高零件表面的粗糙度，以提高油漆或其他涂层的附着力；

d.去掉金属表面的毛刺或模铸工序造成的飞边。

喷砂分为干喷砂与湿喷砂两种。

干喷砂用的磨料可以是钢砂、氧化铝、碳化硅、石英砂等。最常用的是石英砂。根据零件材料、表面状态和加工要求，可选用不同粒度的磨料，见表4-6。

表4-6不同零件干喷砂工艺条件

表格P195页

对于较薄的金属零件可以选用湿喷砂。湿喷砂所用磨料与干喷砂相同，可将磨料与水混合成砂浆（磨料一般占20%〜35%），并不断搅拌以防沉淀，用压缩空气压入喷嘴喷向零件，也可将砂与水分别置于罐中，在流向喷嘴前混合后再喷向零件。为防止钢铁零件锈蚀，喷砂液中常加有1%~1.5%由Na₃PO₄、Na₂CO₃、OP乳化剂组成的防锈剂。

（4）机械刷洗

刷洗是使用金属丝、动物毛、天然或人造纤维制成的刷轮或刷辐对零件表面进行加工的过程。可以干刷，也可以湿刷。其主要用途如下所述。

a.表面清理用来除去零件表面的氧化皮、锈蚀、旧油漆层、焊渣、油污及其他污垢。

b.去毛刺用来除去零件机加工后留在表面棱边的毛刺。

c.丝纹刷光在零件表面上产生有一定规律的、细密的丝纹，以达到装饰目的。刷轮的材料不同，其用途也不同。如金属丝制成的刷轮主要用于表面清理如去锈、毛刺、氧化皮、旧油漆等重污垢；用铜丝制成的刷轮主要用于丝纹和缎面刷光；用人造纤维制成的刷轮或刷辐主要用于去除油污和粉尘。这种刷辐在冶金行业带钢连续清洗生产中得到广泛的应用。这种刷辗是由不锈钢棒表面覆有橡胶和聚酰胺刷毛制成，工作时由电机传动刷辐高速旋转，借助于汽缸和支撑辐等一些辅助设施在清洗液的作用下，实现对连续运动的带钢表面的脱脂和除去铁粉。实际应用证明，在带钢连续脱脂运行中，机械刷洗强化方法比浸洗、喷洗（0.2〜0.4MPa）、电解脱脂的清洗效率都高，速度更快。

3.喷砂研磨

喷砂研磨是用极细的固体微粒借助水流或气流为动力，撞击清洗对象表面而使顽固附着的污垢在表面形成的变质层被去除的方法。如果微粒借助的媒介是空气，叫干法喷砂研磨；如借助的媒介是水，叫湿法喷砂研磨。

使用微粒的种类包括粘土粒、塑料粒、核桃皮屑等软质微粒和硅砂、刚玉、碳化硅、钢铁等硬质微粒。粒子大小从粗到可通过60目筛子（60#），细到可通过500目筛子（500#）不等。

半导体材料单晶硅晶片是用纯二氧化硅的水晶细微粒子喷砂研磨清洗的。

钢铁表面的鳞片、炭化物以及其他坚硬附着的污垢都可以用喷砂清洗的方法加以去除。为了取得理想的效果，要根据去污的精度不同要求，选择适当的方法。

喷砂研磨除了能去除表面上的杂质外，还能对金属表面进行研磨加工，把金属表面的针孔以及翘曲不平的部分加以去除。

磨光常用的磨料名称及主要化学成分如下：人造金刚石（SiC）、刚玉（Al₂O₃）、天然金刚砂（SiO₂•Al₂O₃•Fe₂O₃），硅藻土（SiO₂），石英砂（SiO₂）、浮石（SiO₂）、铁丹（Fe₂O₃、抛光用石灰石（CaCO₃）、氧化铬（Cr₂O₃）.

磨料根据微粒大小分为磨粒、磨粉、微粉、超细微粉等四档。它们的代号和粒径大小如下：

磨粒：8#（3150〜2500µm）—80#（200-160µm）

磨粉：100#（160〜125µm）—280#（50~40µm）

微粉：w₄₀（40〜28µm）—w₅（5〜3.5µm）

超细微粉：w₃.₅（3.5〜2.5µm）—w₀.₅（0.5pm）