金屬表面腐蝕的原因有哪些？金屬加工液的應用

移除熱量是金屬加工液最重要的功能之一。有效移除熱量，就能保證刀具的良好使用壽命，以及工件的幾何精度。和油相比，水在移除熱量方面性能更卓越；但純水和新加工的金屬接觸后會導致腐蝕。因此，腐蝕是每位用戶，也是水基金屬加工液制造商必須面對的問題。干切削過程也會面對腐蝕問題，并不僅僅由水基金屬加工液引起。

引起金屬表面腐蝕有許多種原因，下面做具體介紹。

一、季節性腐蝕

腐蝕可以發生在一年內的任何時候。一般來說，7～9月的溫度和相對濕度較高，在美國東部和中西部更容易發生腐蝕。干旱地區，如克羅拉多州、新墨西哥州、亞利桑那州、猶他州及加州，這些地方的相對濕度較低，腐蝕情況就很少發生。

二、手印腐蝕

當工件接觸人手后，就容易發生腐蝕。搬運過程中新機床和金屬工件表面留下的手印，會導致腐蝕。這種情況普遍存在于皮膚呈酸性的人群，以及表面光潔度高的工件。使用手印中和劑能防止類似的手印腐蝕。

隨著溫度上升，包括腐蝕在內的化學反應速度就會更快。夏季高溫和空氣中的水分和氧氣也是加速腐蝕的原因。當水分凝結在工件表面，就會形成電池的電解液。秋冬季節能提供防銹保護的加工液濃度，當濕度持續上升時，就不再提供有效的防銹保護。因此，適當的濃度調整非常必要。秋冬季節，濃度1:30（3.3%）已經足夠；但濕熱季節，濃度可能需要提高到1:25（4%），或者不再看到工件表面生銹為止。需要注意的是，提高中央槽系統的濃度，會導致泡沫和皮炎問題。金屬加工液用戶也可能需要增加防銹添加劑，這取決于金屬加工液的種類、用戶對化學品的限制、添加劑的有效性以及所使用的加工液。

三、pH

pH值是金屬加工液控制腐蝕的一個重要參數。超過9的高pH值，可以保護黑色金屬，但對有色金屬腐蝕防護不利，如：鋁、黃銅和青銅。

水硬度會影響加工液的平衡，不同地理區域的水硬度是不同的，調節水硬度會優化加工液的表現性能。

單機條件下如果pH值較低，最簡單的解決方法是傾倒和清洗，然后按照推薦濃度加新鮮金屬加工液。如果是加工黑色金屬的中央槽系統，可以用適當添加劑，將pH值調整到8.8~9.2。如果pH值特別高，往往是金屬加工液已經受到污染，需要傾倒和換新液。

四、污垢再循環

金屬加工液的金屬微粒，往往被認為是“污垢”或“碎屑”。如果沒有及時清理，碎屑會在工件表面堆積而形成電池，碎屑下面的金屬往往會生銹。單機條件下，應及時排空—清洗—用清水沖洗，按照推薦濃度加新鮮金屬加工液。

五、水

通常水中的化學物質是積累的，會提高加工液的腐蝕程度。所有水包含離子，部分離子富有侵蝕性，會導致大部分金屬腐蝕。水含有超過100×106的氯化物、超過100×106的硫化物，或50×106硝酸鹽，這些離子被認為富有侵蝕性。氯化物、硫化物和硝酸鹽破壞金屬表面的防護層，導致腐蝕。持續加水會提高中央槽系統的氯化物、硫化物和硝酸鹽含量。金屬加工液使用時間越長，離子的侵蝕性更高。

每種金屬加工液的配方，都需要維持濃度來發揮“最佳點”。定期檢測金屬加工液濃度，可以避免加工性能和環境問題。

如果用戶懷疑水有侵蝕性時，可取樣并通過全分析來確定。當中央槽系統的金屬加工液被懷疑導致腐蝕，請取樣并檢測離子含量。當氯化物、硫化物和硝酸鹽濃度超過可接受范圍，可使用去離子水或者蒸餾水作為工藝用水，也可選擇防腐蝕性能高的金屬加工液。溶解在水中的固體，可以破壞金屬加工液很多的渴望性能。最熟悉的例子就是“水硬度”，是由于鈣和鎂離子溶解在水中引起。

二價離子和皂類、潤濕劑和乳化劑反應所形成化合物，溶解度會降低。這種不溶解的成分，耗竭機床和工件防銹劑。硬水指的是含量超過250×106碳酸鈣或者15“德國克”（德國硬度標準）。硬度越高，越容易產生腐蝕。

電導率是另一個檢測金屬加工液中溶解離子的方法。高電導率增加了腐蝕、金屬加工液的不穩定、殘留物和其他問題。超過4MilliSiemens/cm被認為高電導率。

六、自燃

自燃是在沒有直接原因的情況下，物質自己燃燒。合適條件下，大量金屬粉末和少量的油接觸并暴露于空氣中，就容易發生自燃。潮濕情況下往往加劇自燃發生，可以從金屬碎屑中看到蒸氣產生，這是自燃的先兆。

如果存在足夠的有機物，如油，新切削和潮濕碎屑可以導致火災。新切削碎屑暴露出新鮮金屬表面，在一定條件下可以發生反應。同種金屬的切屑會氧化反應產生熱量，不像其他金屬那樣產生氫氣，而在碎屑堆內發生悶燒和點燃。金屬加工液可幫助或阻礙這些反應。

以下步驟可以防止碎屑發生自燃：

吹干（如果可能）或者離心，減少或消除碎屑上的金屬加工液；

在大范圍內平鋪碎屑或者用循環空氣吹碎屑/細屑堆；

使用礦物油含量高的金屬加工液，可以降低自燃可能性；

如果已經使用了易燃的乳化液，可增加使用濃度；

在碎屑堆表面噴灑水基防銹劑也有幫助。

對中央槽系統，如果污物在不斷循環就意味著過濾系統有故障。可選擇與金屬加工液及過濾系統兼容的輔助沉降物質來幫助碎屑沉降。檢查加工液噴嘴壓力，確認是否由于壓力不夠，造成碎屑在夾具或者工件上沉積。通常的金屬加工液壓力是137.9kPa。

七、細菌

金屬加工液細菌含量高會導致腐蝕。細菌不僅耗竭加工液的成分，而且降低混合液的pH值。細菌的代謝產物包括弱有機酸，可降低加工液的pH值，削弱金屬加工液的抗腐蝕性能；如果沒有檢測，細菌會使金屬加工液破乳。

對單機而言，金屬加工液內含大量的細菌，最簡單的解決方法是傾倒舊加工液，用高效的機床清洗劑徹底清洗整個系統，用新鮮水漂洗，然后按照推薦濃度加新鮮金屬加工液。如果換新液有困難，也可使用適當的殺菌劑。對于中央槽系統，可以采取預防性措施，包括正確使用殺菌劑來控制細菌繁殖。

八、偏低的濃度

在設計的范圍內，金屬加工液的成分才會發揮效率。如果濃度偏低，那么金屬加工液的成分無法達到設計濃度效果。包括防銹抑制劑，也無法阻止新加工和磨削的工件腐蝕。

應當經常或定期檢測加工液的濃度，化學滴定法和折光儀是檢測濃度的最佳方法，可以補加濃縮液來達到推薦濃度。對于單機，不應使用添加劑打破平衡，應當傾倒和換新液。

九、超長的工序時間

通常來說，推薦濃度的金屬加工液能提供的工序間防銹時間，最多是72h。絕大多數的金屬加工液的工序間防銹時間，隨著金屬材料（如高合金鋼、鑄鐵等）的變化而變化。適當濃度下能接受的防銹時間，鑄鐵是48h;高合金鋼是72h。如果防銹要求超過這些時間，推薦使用較長期的防銹添加劑。

九、腐蝕性氣體

金屬加工過程完成后，工件進入儲存期。此時發生腐蝕，很可能由腐蝕性的氣體引起。熱處理部門會排出腐蝕性煙霧，最有腐蝕性的成分之一是SO2煙霧，它能快速腐蝕工件表面；建筑粉塵也是導致金屬表面快速腐蝕的因素。金屬加工區域的通風是解決腐蝕性氣體的唯一方法。去除腐蝕性煙霧，就可以解決由此產生的腐蝕問題。

十、雙金屬腐蝕

雙金屬腐蝕，指加工過程中2種不同的金屬，由于金屬加工液存在（導電介質），相互接觸發生電子轉移而導致的腐蝕。可使用一種抑制雙金屬腐蝕性能更好的金屬加工液，通常來說，礦物油含量更高的金屬加工液，可避免這類腐蝕發生，如：增強乳化液。用防水油脂或塑料薄膜，也能阻斷不同金屬間的表面接觸。

十一、破乳

當發生破乳現象時，由于乳化劑不穩定導致防銹添加劑失效，容易產生腐蝕。當乳化液外觀象水一樣或者分層，乳化劑可能已經失效或者被破壞。單機條件下，最簡單的解決方法是傾倒舊金屬加工液，用高效的機床清洗劑徹底清洗，然后用新鮮水漂洗，最后按照推薦濃度加新鮮金屬加工液。

乳化液不穩定或者破乳，往往是細菌含量過高引起。采取措施前，需要確認破乳的原因，這一點非常重要。處理中央槽系統時可能使用添加劑，如用乳化劑來重新乳化金屬加工液。如果時間允許，請取樣并送給金屬加工液供應商做測試；如果時間不允許，可以在容器（如燒杯）內測試，來決定使用何種添加劑以及使用比例。

金屬表面的腐蝕有多種形式，生銹，如鑄鐵表面的浮銹，對黑色金屬來說最常見。有色金屬的腐蝕，通常稱為變色，這種現象可以通過鋁片觀察。

十二、工藝過程

工件往往在周轉箱內堆積，如一個工件堆放在另一個上面，或者互相接觸。此時2個工件會形成電池，金屬加工液成為電子轉移的介質。這種情況在鑄鐵加工時非常普遍。事實上，鑄鐵在堆積（取決于鑄鐵的質量）情況下防銹非常困難，甚至幾個小時內就生銹。

在工件堆放層間放一層塑料，就可以消除這種情況。請不要使用紙板，因為紙板含大量的硫。如使用紙張或者類似材料，請確認它們有抑制蒸氣作用，否則可能加劇生銹。工件周轉箱內含有濕氣，也可加劇生銹。請使用金屬籃，或者有孔的周轉箱并排盡金屬加工液。如有可能，請使用塑料周轉箱；或者襯塑金屬籃來存放工件。