Функция эмульсионной очистки сходна с функцией парового обезжиривания, поэтом они являются взаимозаменяемыми. Эмульсионная очистка более эффективна для удаления твердой грязи и водорастворимых материалов, типа мыла и сульфонированного масла. Она занимает мало времени и может проводиться при комнатной температуре. Данный тип очистки требует наличия минимума оборудования и свободного пространства, и, как и паровые установки для обезжиривания, они не обеспечивают получения химически чистой поверхности, поэтому, как и в случае с паровой очисткой, за ней должна следовать обработка в щелочном очистителе.

Эмульсионные очистители не оказывают на алюминий никакого воздействия, они предоставляют гибкие возможности выбора растворителя, обеспечивают превосходный контроль щелочности и очищаемого металла.

Возможно применение трех методов очистки:

(1)  При использовании первого метода очищающая жидкость представлена в виде двух или более несмешивающихся фаз, одной из которых является водный раствор, другой – органический растворитель, имеющий температуру возгорания более 38ºС (100ºF). Последний может быть изготовлен из минерального масла, парафина, нафтола или бензола и т.д.

Две фазы располагаются по отдельности, т.е. одна из них плавает на поверхности другой, и при погружении детали в очищающий раствор она попеременно вступает в контакт с водной и безводной фазой.

Уменьшение натяжения поверхности и стимуляция смачивания осуществляется путем использования детергентов, содержащих группы, обладающие сродством к двум фазам. В качестве примера можно привести триэтаноламин и олеиновую кислоту. Происходит формирование мыльного олеата триэтаноламина, часть триэтаноламина в растворе попадает в воду, а часть олеиновой кислоты растворяется в органическом растворителе.

В качестве примера можно привести очиститель, который содержит по объему:

Предполагается, что в результате произойдет удаление частей почвы, которые являются растворимыми в воде, а так же частей, растворимых в органическом растворителе.

(2)  При использовании второго технологического процесса очистка осуществляется в два этапа. Сначала деталь подвергается опылению или травлению безводным раствором, в последнем случае раствор необходимо перемешивать. Необходимо следить за тем, чтобы до погружения деталь оставалась сухой. Как и в двухфазном очистителе, для усиления эмульсионных свойств при промывке может добавляться мыло, при этом раствор может содержать приблизительно 5-10% мыла соответствующего типа, растворенного в орагническом растворителе. В качестве примера можно привести триэтаноламин в минеральном масле или нафтенат натрия в крезоле. На поверхности происходит формирование белой молочной пленки, затем деталь подвергается промывке с помощью воды, в процессе которой смывается растворитель и загрязняющие вещества.

Собственно процесс очистки происходит на стадии промывке; таким образом, загрязнение очищающего средства является минимальным. Наиболее эффективной является промывка горячей водой, в других случаях перед промывкой возможно осуществление обработки в щелочной очищающей ванне.

В третьем процессе используется такой же раствор, как и в двухфазном очистителе в моечных машинах, использующих распыление под давлением или роторно-барабанного типа. В этом случае температура может подниматься до 60-90ºС (140-190ºС).

Эмульсия растворителя ослабляет связь между загрязнением и металлической поверхностью, а твердые частицы грязи остаются покрытыми мылом или увлажняющим средством. Дефлоккулированные частицы легко смываются, после чего очищаемая поверхность становится физически, хотя и не химически, чистой. Для нанесения эмалей и при хранении эмульсионная очистка может оказаться достаточной. В других случаях необходима так же дальнейшая щелочная очистка.

Уже давно известна способность коронного разряда, формируемого на металлической поверхности, очищать и активизировать поверхность, для этой цели используется напряжение 5.000 – 20.000 Вольт. При разработке данной идеи Райнише Блатметал заявил, что применение высокого напряжения 400.000 – 600.000 Вольт при частотах, превышающих 25 кГц, помогает добиться улучшения адгезии лаков и чернил (красок), а так же прекрасной адгезии полиолефинов с высоким молекулярным весом, которые при нормальных условиях имеют плохую связь с алюминиевой поверхностью. Данный метод особенно хорошо подходит для алюминиевых лент, свернутых в катушки, при этом металл является одним из электродов, и располагается на расстоянии 0.5 – 3мм от противоэлектрода, который изготавливается в форме вращающегося цилиндра, покрытого изоляционным материалом: при этом используется высокочастотное переменное напряжение 600.000 Вольт при 75кГц с помощью генератора Т 300/3, изготовленного Дойче Ветафон, а этом скорость нанесения покрытия на ленту может составлять до 60 метров в минуту (200 футов в минуту). На трудных участках коронный разряд может быть дополнен обычным процессом обезжиривания.

В патенте, касающемся очистки методом коронного разряда Свисс Алюминиум Лтд, подробно описана и запатентована вся сложная система, использующая противоэлектрод, состоящая из матрицы проводов, встроенных в изоляционный материал, которая предназначается для обеспечения стабильного и равномерного распределения коронного разряда по всей очищаемой поверхности.

Моечные машины (агрегаты).

Для очистки алюминия и других металлов используются моечные машины двух типов: машины с вращающимся барабаном и форсуночно-распылительные машины. Эти машины являются не очень гибкими в использовании и на них нельзя рассчитывать при очистке большого количества изделий.

Машины с вращающимся барабаном

Машины этого типа состоят из вращающегося барабана со спиральными перегородками, которые продвигают деталь с помощью вращения. В барабане могут так же находиться специальные ковши для заливки раствора внутрь барабана во время работы, но есть и машины, в которых барабан сам погружается в раствор. Возможны разные вариации для выполнения различных работ и очистительных циклов. Последняя стадия цикла – это сушка.

Форсуночно-распылительные машины

Машины этого типа используются в основном  для выполнения промежуточных операций между различными этапами обработки и реже используются для предварительной обработки при полировке. Струя раствора направляется на изделие под различными, тщательно подобранными углами под давлением 90-100 фунтов на квадратный дюйм (6-7 кг/см2; 6-7 бар). С помощью транспортёра изделие проходит через струю, и благодаря силе струи и её моющим свойствам с поверхности удаляется масло, жир и неорганическая грязь. Чистящее средство не должно давать  пену. Машины данного типа подходят для обработки изделий с углублениями, так как струя попадает (проникает) в эти углубления под большим напором.

Данный вид очистки является самым важным из всех. В отличие от большинства других металлов алюминий является амфотерным и легко подвергается воздействию щелочных растворов.  Поэтому щелочные очистители, используемые с алюминием и его сплавами, должны применяться при сравнительно низком уровне щелочности. Их применение "запрещено" для формирования защитной плёнки на поверхности, которая предохранит металл от агрессивного воздействия во время очистки. Современные щелочные очистители требуют жёсткого контроля, а идеальный очиститель должен отвечать следующим требованиям:

1)  Он должен полностью и легко растворять соли и обладать хорошими промывающими свойствами;

2)  Его щелочность должна подходить металлу, например, для алюминия она предпочтительна от рН 9 до рН 11. Он также должен быть буферизован, чтобы помогать поддерживать постоянную активность очистителя.

3)  Он должен обладать хорошей смачивающей способностью.

4)  Он должен обладать высокой эмульгирующей способностью, чтобы расщеплять и растворять такие масла и жиры, которые могут образовывать растворимое мыло.

5)  Он должен быть способен дефлокулировать частицы грязи и растворять их по всему раствору благодаря своим коллоидным свойствам.

6)  Очиститель должен быть ингибирован, чтобы уменьшить воздействие на основной металл.

7)  Он не должен раздражать кожу, и предпочтительно не обладать токсичными свойствами.

8)  Очиститель должен действовать как опреснитель, и таким образом предотвращать осаждение на поверхности металла солей жёсткой воды.

9)  Последнее, но не менее важное, очиститель должен быть экономичным.

При щелочной очистке функция ингибиторов заключается в создании защитной плёнки, которая образуется в результате реакции ингибитора с алюминием или с поверхностью оксида или же, как в случае силикатов, на поверхности может образовываться молекулярный слой диоксида кремния, содержащего воду. Для этой цели могут употребляться силикаты, хроматы, фториды, фторосиликаты или органические соединения. Однако необходимо следить за тем, чтобы не слишком замедлять действие очистителя, что приводит к образованию слишком прочной плёнки, так как целью данного процесса является минимальное видимое травление, допускающее химическое воздействие средней интенсивности, которое ускоряет цикл очистки.

Если защитная плёнка слишком тонка, то на границе раздела раствора начинается выделение газа, которое через некоторое время уменьшается и прекращается. Это индукционный период, во время которого происходит микроскопическое травление.

Чрезмерно долгие индукционные периоды могут являться следствием наличия коррозийных пятен, образовавшихся  под воздействием  химических реакций, влажного воздуха или неправильного хранения, и такие участки могут протравливаться на протяжении всего периода щелочной обработки. Подобные разъеденные участки поверхности должны вычищаться перед щелочной обработкой в кислотном травильном растворе.

В зависимости от обрабатываемой поверхности можно создавать и использовать щелочные очистители, вызывающие травление либо не вызывающие травление. Травление едким натром на алюминии можно лишь отчасти сократить при использовании силикатных ингибиторов, и поэтому создание очистителя, не вызывающего травление, на основе едкого натра не представляется возможным. Однако, травление, возникающее при применении карбоната натрия или фосфата натрия, можно практически полностью остановить путем добавления ингибиторов. Щелочные очистители для алюминия, не вызывающие травления, состоят из сбалансированной смеси карбоната натрия, фосфата натрия и силиката натрия и увлажнителей, поверхностно-активных веществ (ПАВ) и эмульгаторов. Для достижения минимального травления на поверхности алюминия рекомендуется, чтобы силикат присутствовал в виде метасиликата натрия и в количестве, равном, по крайней мере, 25% от содержания смеси метасиликата и карбоната натрия.  Уровень рН также важен. Обычно при помощи буферных растворов он поддерживается на уровне 11.1-11.7. Ортосиликат натрия не оказывает необходимого ингибирующего действия.

При использовании силикатных очистителей с алюминием иногда возникали проблемы, связанные с влиянием силикатных осадков на последующие процессы. В частности, если плёнка щелочного очистителя остаётся на поверхности после полоскания, а изделие затем помещается в ванну с кислотой, то растворимый силикат превращается в нерастворимую кремниевую кислоту, которая мешает последующим процессам полировки, анодирования или образования конверсионного покрытия. По этой причине предпочтительнее использование частично ингибированных щелочных очистителей на основе только карбоната и фосфата натрия.

Важно, чтобы при применении чистящего раствора поверхность смачивалась быстро и равномерно для получения однородной окончательно обработанной поверхности. Сами по себе щёлочи являются слабыми увлажнителями, а вода, поверхностное натяжение которой составляет 73 дины/см, не очень хорошо увлажняет масла со сравнительно маленьким поверхностным натяжением. С добавлением увлажнителей поверхностное натяжение раствора снижается до уровня загрязняющих примесей. Поэтому при щелочной очистке увлажнение примесей и поверхности металла приобретает первостепенное значение. При использовании увлажнителей поверхностные масла удаляются быстрее, в результате чего очиститель лучше проникает на поверхность, что позволяет очистить поры. Они также оказывают эмульгирующее действие, предупреждая  повторное отложение масла, и поддерживают это состояние в течение длительного периода времени. Поверхностная активность помогает при ополаскивании и предотвращает образование жёстких сухих слоёв или плёнок в промежутке между очисткой и ополаскиванием. Следует избегать использования мыла в качестве увлажнителя, так как это может привести к образованию нерастворимого металлического мыла. В литературе описаны многочисленные увлажнители, включая детергенты, эмульгаторы и ополаскиватели.

Среди основных свойств очистителей следует отметить его способность эмульгировать жидкие и дефлокулировать твёрдые загрязняющие примеси и предупреждать их повторное отложение на поверхности. Эти свойства контролируются межфазным натяжением между раствором и грязью и таким образом напрямую зависят от смачивающей способности раствора.

Там, где растворимые в воде щелочные очистители легко убирают грязь, щёлочь должна нейтрализовать кислоту и поддерживать эмульсию. Жирные масла и воск можно омылять, при этом мыло действует как увлажнитель и эмульгатор. Данный механизм применяется с очистителями, не содержащими увлажнителей, при этом в новую ванну добавляли ведро отработанного очистителя. Также он применяется в некоторых запатентованных очистительных процессах. Полностью растворимые щёлочи оказывают слабое механическое действие при удалении грязи, и очистка происходит в соответствии с описанным выше механизмом.

Для достижения максимального эффекта конвекционного тока нагревать резервуар следует не снизу, а сбоку, чтобы в резервуаре возникло движение вверх - вниз. Это также поспособствует удалению с поверхности изделия масел и пены, которые будут скапливаться в задней части резервуара, что позволяет избежать их переотложения. Температура также сильно влияет на КПД щелочных очистителей, который увеличивается на 100% при увеличении температуры на 20°F после 120°F (100% за каждые последующие 11°C после 49°С); перемешивание раствора также увеличивает КПД и позволяет использовать менее концентрированные очистители.

Перемешивать раствор можно струёй воздуха или пара, и это способствует сохранению жира в состоянии эмульсии, а также предотвращению переотложения освобождённого масла на поверхность металла. При пневматическом перемешивании воздуховоды должны быть установлены вдоль резервуара в шести дюймах над его дном. В воздуховодах должны быть просверлены отверстия под внутренним и наружном углами, чтобы выходящие с двух сторон воздушные потоки сходились по центру поверхности. В некоторых проектах отверстия в трубе просверливаются с нижней стороны под углом 45°. Считается, что это помогает избежать засорения отверстий макрочастицами раствора или солями жёсткой воды.

При использовании жёсткой воды в очиститель добавляются кальциевые или магниевые комплексоны, чтобы предотвратить осаждение солей жёсткой воды на изделие. Они также препятствуют образованию хлопьев и оказывают пептизирующее действие на грязь.

Для очистки алюминия широко используются смеси тринатрийфосфата или пирофосфата натрия с метасиликатом. Пропорции компонентов могут различаться и выбираются в зависимости от целей, в основном уровень концентрации очистителя бывает от 10 до 60 г/л (2-10 унций на галлон).

Другие подобные формулы включают:

1.

5-15 г/л (0.8-2.41 унции на галлон) карбоната натрия

5 г/л (0.8 унции на галлон) тринатрийфосфата

температура 80-95°С (176-203°F)

2.

25 г/л (4 унции на галлон) карбоната натрия

25 г/л (4 унции на галлон) тринатрийфосфата

0.1 г/л (0.02 унции на галлон) ПАВ

температура 75°С (158°F)

3.

25 г/л (4 унции на галлон) буры

15 г/л (2.4 унции на галлон) метасиликата натрия

5 г/л (0.8 унции на галлон) карбоната натрия

5 г/л (0.8 унции на галлон) тринатрийфосфата

0.1 г/л (0.02 унции на галлон) ПАВ

температура 60°С (140°F)

Также часто в состав подобных растворов входят увлажнители и хелатные добавки типа этилендиаминтетрауксусной кислоты. Таким образом, использовавшийся в СССР раствор для очистки деталей из прецизионного алюминия перед анодированием включал в себя:

3-4 г/л  мононатрийфосфата плюс эфир полиэтиленгликоля

10-15 г/л динатрийфосфата и он использовался при 80-95°С (175-200°F) и уровне рН 5.5-7.5

Двухминутное погружение в раствор, содержащий 2 унции на галлон (12.5 г/л) безводного карбоната натрия и столько же тринатрийфосфата, при температуре 200°F (95°С), рекомендуется в качестве предварительной обработки перед процессом нанесения цинкового покрытия погружением.  В то же время раствор равных по весу частей метасиликата натрия и карбоната натрия концентрацией 1-2 унции на галлон (6-12 г/л) также эффективен для очистки алюминиевых поверхностей с минимальным травлением. Для этой цели также предлагаются растворы на основе солей борной кислоты с добавлением ионов ванадия концентрацией от 0.1 до 10 г/л.

Также в промышленности использовались ингибированные щелочные очистители на основе едкого натра. Таким образом, Хенкель запатентовал в Германии использование для этих целей нитросоединений ароматического ряда, утверждая, что можно очищать алюминий в 10%-ом растворе едкого натра с добавлением 4%-ой нитробензойной кислоты без какого-либо агрессивного воздействия. В более поздних формулах они добавляют к едкому натру продукты реакции окиси пропилена с алифатическими аминами или алифатическими полиспиртами. В ещё одном предложенном очистителе используется едкий натр с глюконатами щелочей, этиленгликолем и этаноламином.

Как и в других областях обработки металлов, возрастающая стоимость энергии влияет на операции по его очистке, в частности, особенно значимой становится стоимость поддержания относительно высокой температуры (70-80°С) очищающего раствора. Несмотря на это, Бёрд сделал ценовой анализ использования щёлочных очистителей и пришёл к выводу, что оно эффективно с точки зрения затрат по сравнению с обезжириванием растворителем или паром. Он предположил, что можно сэкономить, если избавиться от затрат, связанных с хранением, обработкой и транспортировкой отходов растворителей. Янсен и Тервоорт  рассмотрели эту проблему и разработали схемы щелочной очистки при низких температурах. Они указывают, что снижение температуры 3000-литровой ванны с 70°С до 50°С позволит снизить на 2500£ (3750$) в год затраты на электрообогрев  и на 1000£ (1500$) в год – на паровое отопление. Снижение температуры щелочных очистителей на водной основе возможно в результате оптимизирования и увеличения содержания поверхностно-активных веществ в совокупности с высокоактивными диспергаторами. Необходимы как аниогенные, так и неиогенные ПАВ, которые добавляются в соответствующие смеси обычных фосфатов, карбонатов и силикатов. В этих условиях для удаления обычных загрязняющих веществ достаточно температуры 30°С, более же высокая температура (50°С) требуется, когда присутствуют жиры или пасты с высокой температурой плавления или старые и затвердевшие остатки. Время погружения в очиститель зависит от его состава, степени загрязнения изделия, температуры и того, перемешивается ли очиститель. Оно также зависит от времени использования очистителя. Выполнение операции занимает обычно 2-5 минут. Промежуток времени между операциями должен быть сведён к минимуму, также нельзя допускать высыхания раствора на изделии; не следует использовать медленные подъёмники. Если изделие сильно загрязнено, перед основной очисткой можно очистить его старым раствором из основного резервуара. Промывка между этими двумя операциями не требуется. Чтобы снизить унос и загрязнение моющего раствора, можно установить по обоим верхним краям резервуара ряды распылителей горячей воды. При помощи крана распылители будут включаться и обрызгивать каждое изделие на выходе из очистителя чистой горячей водой. Резервуары обычно делают из стали и оснащают сливной трубой.

Как минимум раз в неделю следует измерять уровень рН и удельный вес очистителя и делать соответствующие добавки. Также щелочность можно определить методом титрования стандартной кислотой. Через некоторое время после начала очистки скорость очищения уменьшится из-за повышения содержания масла в растворе. Если очистка длится слишком долго или очиститель явно загрязнён, следует слить очиститель и тщательно вычистить резервуар. После полоскания, следующего за очисткой, следует проверить изделие на наличие остаточных пленок, и если они присутствуют, то следует поместить его обратно в очиститель и проверить концентрацию последнего. Наличие пленок может также быть вызван присутствием масел или жиров в моющем растворе. Химическая проверка очистителей проводится не часто, за исключением случаев сравнивания свойств разных очистителей. Для определения концентрации щелочей, жирных кислот, смол, мыла, двуокиси кремния, фосфатов, сульфатов, хлоридов, карбонатов, органических веществ и т.д. используются стандартные методы40, а также проводятся косвенные тесты для определения рабочих характеристик, например на коллоидные свойства и на жёсткость воды, проводимость, растворяющее действие, неустойчивость и смачивающую и эмульгирующую способность.

Электролитическая щелочная очистка не часто используется в предварительной обработке алюминия и его сплавов из-за сильного агрессивного воздействия этого вида обработки на металл, а так же из-за удовлетворительной эффективности горячих щелочных очистителей. Тем не менее, существует несколько видов обработки с использованием обычных щелочных очистителей, через которые пропускается ток низкого напряжения. Преимущество электролитических очистителей состоит в их повышенной активности и очищающем действии газа, образующегося на электродах. Применяется напряжение 6-12 вольт и плотность тока 40-100 ампер на квадратный фут (4-10 А/дм2), а используемый раствор имеет либо комнатную температуры, либо несколько более высокую. Резервуары должны быть сделаны из простой или облицованной стали и не должны использоваться в качестве электродов, так как электролиз может привести к разрушению сварных швов резервуара. Электроды изготавливают либо из стали, либо, что более предпочтительно, из никелированной стали, так как на никеле в щелочных растворах, которые обычно используются в промышленности, не образуется накипь. Краевая область электрода может быть увеличена путем подвешивания раздельных электродов или просверливания в них отверстий. Электролиз может быть катодным или анодным, так же может использоваться переменный ток, однако на практике чаще всего применяется катодная очистка. Иногда во время очистки при помощи переключателя полярности предпочтительнее всего является изменение направление тока.

При электролитической очистке используются те же чистящие вещества, что и при щелочной очистке. Также возможно применение запатентованных растворов. В технологии нанесения гальванопокрытия Крома-Алюма используется электролитическая обработка изделий постоянным током в разбавленном цианиде натрия43. Отдел картографического управления США порекомендовал 44 использование двух других чистящих растворов, которые содержат:

1)  Ортокремнекислый натрий - 85%

Карбонат натрия (безводный) – 10%

Резинат натрия – 5%

2)  карбонат натрия (безводный) – 46%

тринатрийфосфат – 32%

едкий натр – 16%

канифоль – 6%

Промывка в цикле очистки также имеет большое значение, как и сам процесс очистки, и действие самых эффективных очистителей может быть сведено на нет при применении загрязнённого моющего раствора. В работе используются моющиерастворы на основе как холодной, так и горячей воды, причём преимущество последних состоит в том, что они оставляют поры открытыми, позволяя тем самым удалить чистящие вещества и остатки масляной эмульсии. Это особенно важно после щелочной и кислотной обработки и способствует скорейшему высыханию. Если в вашем распоряжении имеется только один резервуар для промывки, то использование холодного чистого моющего раствора будет более эффективным, чем тёплого, но загрязнённого. В тех случаях, когда очистители легко растворяются и смываются, холодной воды может оказаться достаточно, если только после этого использовать эффективную просушку. Когда же два и более резервуара с холодным моющим раствором используются последовательно, противоточная система делает наиболее эффективным применение воды для промывки. В этом случае резервуары соединяются системой водосливов, благодаря которым вода попадает в последний резервуар и двигается в направлении обратном движению изделия.

Значение промывки  в случае применения очистителей с добавлением кремния уже была доказана учёными, но Кларк, проведя детальное исследование процессов полоскания, показал, что  щелочные вещества, например, едкий натр трудно поддаются удалению с металлических поверхностей. Использование перемешивания промывочной воды ускоряло растворение плёнки из едкого натра, однако, в меньшей степени, чем плёнок из других веществ. Резервуары для промывки обычно делают из стали, часто с резиновой или полипропиленовой обкладкой (что необходимо после кислотной очистки), также следует обеспечить постоянный приток воды с одной стороны резервуара и подвести сливной желоб с другой. Необходимо ежеминутно производить замену 5-10% воды, однако противоточная система позволяет уменьшить количество требующейся воды. При промывке в горячей воде моющие растворы обычно нагреваются до 60-70ºС (140 - 160ºF), хотя в некоторых случаях возможно использование воды при температурах близких к кипению. Моющий раствор желательно перемешивать, и делать это можно при помощи воздушных потоков. Также следует периодически проверять уровень рН моющего раствора. Важно, чтобы между очисткой и промывкой не было паузы, потому что высохший на металлической поверхности очиститель очень трудно поддается удалению в моющем растворе. Часто горячий и холодный моющие растворы используются последовательно, после чего изделие следует высушить либо горячим воздухом, либо путем нагревания его в печи  примерно до 150ºС (300ºF).