涂层结构与成分分析 [page::4]

• 涂层厚度约100微米，呈明显分层结构，包含致密的面漆及粒径较大的底漆。

- 主要成分为有机物，包括高比例的碳和氧元素，含有酯基、环氧基和芳香族化合物。

• 存在重金属元素（如Pb），需注意环境处理。

熔盐与超声复合清洗机制 [page::5][page::6][page::7]

• 熔盐高温环境下，材料膨胀系数差异引起涂层表面裂纹和凸起，低粘度（约3 cP）保证流体高流动性，提高界面离子迁移和反应效率。

- 化学反应以涂层有机成分的热解与氧化为主，产生多种复杂有机煤气，产生少量环境友好废气。

• 超声作用增强介质流动性，均匀温场及离子浓度，并通过空化作用破坏涂层附着力，促进碎片脱离。

清洗工艺参数与动力学分析 [page::7][page::8][page::9]

| 温度(°C) | 超声功率(W) | 清洗时间(min) |
|----------|-------------|---------------|
| 329.7 | 1375.6 | 5.0 |
| 305.0 | 1220.0 | 8.5 |
| 280.3 | 1375.6 | 16.25 |
| 270.0 | 1220.0 | 26.0 |

• 温度对清洗周期影响显著高于超声功率，最佳工况为335°C和1440W，清洗时间约4.5分钟。

- TG测试表明空气中升温处理下，涂层去除效果差，激活能高达114.4 kJ/mol，熔盐体系激活能降低至74.1 kJ/mol，极大提升了热解分解效率。

复合清洗优势与环境影响 [page::6]

• 熔盐复合清洗有效固定重金属元素，减少有害气体排放，织入后续固废处理过程。

- 有机气体成分分析显示19种主要有机分解物，含烃类、醛类、酯类和醇类，含量低且易处理，环境友好。

研究报告详尽解读与分析

报告标题： Research on the Effect of Molten Salt Ultrasonic Composite Cleaning for Paint Removal
作者： Bao-cai Zhang, Xiu-jie Jia, Fang-yi Li, Yi-hang Sun
发布机构： 山东大学机械工程学院高效清洁机械制造教育部重点实验室等
报告主题： 机械零件表面涂层（油漆）去除技术，特别是熔盐超声复合清洗技术的机理及效果研究
发布时间： 未标明明确日期，但文献引用截止至2020年前后
核心论点与目标： 本文旨在研究利用熔盐与超声波复合清洗技术去除机械零件（液压缸）表面油漆的效果和机理。作者重点阐明该复合清洗方法克服了传统清洗方法的缺陷，显著降低了油漆分解的活化能，在高效清洗的同时减少环境污染，并详细解析了复合清洗过程的热效应、化学反应和超声效应三个方面。[page::0][page::1][page::5][page::7][page::9]

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1. 引言与报告概览

• 引言总结：

液压机械零件表面通常带有防腐蚀涂层（如油漆），在零件报废后，为了便于检测和修复表面缺陷，必须去除油漆层。传统油漆去除方法如热解、激光清洗、喷砂、有机溶剂、干冰喷射等，均存在耗能大、环保差、易损伤零件表面等缺点。熔盐清洗由于流动性好、表面张力低、反应速度快且能吸收有害气体成为优选方法。超声清洗通过声空化增加清洗效能，但现有研究多基于水或溶液体系，熔盐介质配合超声波清洗尚未充分探究。基于此，报告研究了熔盐超声复合清洗液压缸油漆效果及机理。[page::0]

• 技术背景与现有研究：

- 熔盐清洗具备热冲击、润湿、絮凝破坏和乳化等作用机理，同时能发生有机涂层的热化学反应，配合特定的盐配比，清洗效果显著。
- 超声清洗通过声空化与高频振动破坏污染层结构，同时促进乳化与颗粒剥离。
- 现有熔盐清洗与超声清洗分别已有较多研究，但二者复合应用研究稀缺，尤其熔盐作超声介质的探索不足。报告将系统研究复合清洗机理、实验验证及动力学特性分析。[page::0][page::1]

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2. 机理描述

• 熔盐清洗机理：

通过热冲击破坏污染物附着力；润湿效应促使盐渗透污染层与基体间隙；絮凝作用使固态污染物分散成小颗粒；乳化使油脂从基材剥离。热环境激活多种离子反应，如$\mathrm{NO}3^-$、$\mathrm{OH}^-$等参与有机污染物（油漆）降解反应。反应加速了污染物分解及剥离过程。[page::1][page::5]

• 超声清洗机理：

高频声波产生空化气泡，气泡剧烈破裂产生高压冲击波，破坏污染物结构并促进乳化。气泡共振强化清洗效果。超声波还可增强介质流动性，加速离子迁移，防止污染物沉积，提高反应速率。[page::1][page::6][page::7]

• 复合清洗机理总结：

熔盐加超声清洗结合两者优点：高温下熔盐促使化学反应（热解和氧化）加速，超声波有效破坏油漆粘附力及增强溶液流动及离子扩散，提升清洗效率。此外，低黏度、高流动性的熔盐有利于离子迁移和化学反应均匀分布，提高内外层油漆的去除速度。[page::2][page::6][page::7]

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3. 实验设计与数据方法

• 实验材料及对象：

采用纯度高的熔盐配比（$\mathrm{m(NaNO3)}:\mathrm{m(KNO3)}:\mathrm{m(NaOH)}:\mathrm{m(NaNO2)}=35:28:30:7\%$），研究对象为退役挖掘机液压缸（1145碳钢），涂层油漆厚度约100μm，分为顶漆和底漆两层。[page::2][page::3]

• 设备介绍：

自制双槽熔盐超声复合清洗设备，一槽为熔盐清洗槽（最高500°C，超声频率28kHz，功率0-1440W），另一槽为超声水洗槽，用于后续冲洗。[page::3]

• 分析技术：

- SEM/EDS分析油漆层结构和元素组成
- 傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析油漆化学基团
- 黏度测试展示熔盐温度与流动性关系
- 气相色谱-质谱（GC-MS）分析反应产物气体种类
- 热重分析（TGA）评估油漆及混合熔盐体系的热分解特性
- 中心复合设计方法探讨温度与超声功率对清洗周期的影响[page::2][page::3][page::4][page::5]

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4. 关键章节解析

4.1 油漆微观结构及成分分析

• SEM观察：

顶漆层表面光滑，无明显裂纹分布，有均匀白色微粒（多为金属添加剂），油漆层结构层次分明，厚度约100μm，底漆由较大颗粒组成，紧密粘附于碳钢基体。[page::4]

• EDS元素分布：

顶漆和底漆中C和O超过70%，表明主要为有机物，含金属元素如Al、Ti、Cr、Fe作为防腐剂。含有Pb等有害重金属元素，应特别注意环境处理。[page::4]

• FTIR分析：

- 顶漆含酯基（1725、1687 cm^-1）、芳香族化合物（1074、763、700 cm^-1）
- 底漆含环氧基（912、828 cm^-1）、芳香环（1447、1508 cm^-1）和酯类（1040、1017 cm^-1）
说明涂层关键化学基团均为易被碱性环境裂解的有机物，构建了油漆多层有机结构。[page::4][page::5]

4.2 复合清洗机理深入阐述

• 热效应：

由于钢和有机涂层膨胀系数不同（钢约13×10^-6，油漆显著更大），在高温下膨胀差异造成油漆内部出现裂纹和凹凸不平，这为熔盐介质渗透提供通道。公司低黏度（约3cP）、低表面张力熔盐能迅速渗透并且防止碎片重新附着，提高反应效率（对应图7、8）。[page::5]

• 化学反应：

熔盐中的$\mathrm{NO3^-}$、$\mathrm{OH^-}$、$\mathrm{CO3^{2-}}$等离子不仅增溶氧（以$\mathrm{O2^{2-}}$、$\mathrm{O2^-}$形式存在），促进氧化反应。气体分析显示产物中含7种烃类、5种醛类、3种酯类、2种酮类、1种醇类，且CO和有机复杂气体含量很低（4.81%），表明反应基本完全，环境影响小。大量碳酸盐残留证明部分油漆因氧化完全燃烧生成$\mathrm{CO2}$。存在有效的氧化与热解协同降解。相关化学反应式指明多种氧化离子催化有机物分解。[page::5][page::6]

• 超声效应：

超声波产生的声空化导致熔盐介质流动性增强，提高温度及离子浓度均匀性，促进界面离子交换，避免反应活性物质流失。同时空化气泡破裂产生冲击波在油漆表面形成更多裂痕，疲劳损伤油漆结构，提升剥离效果。由油漆碎片被振荡运动避免沉积佐证该机制（图10、11）。[page::6][page::7]

4.3 清洗实验结果与动力学分析

• 实验设计：

采用中心复合设计；温度范围270-340°C，超声功率1000-1440W，清洗周期作为指标。实验中发现温度对清洗周期的影响远大于超声功率，最佳条件为335°C和1440W，清洗时间约4.5分钟（图11，表7）。[page::7][page::8]

• 效果比较：

相同温度（335°C）下单独加热空气中5分钟，油漆表面仍大面积存在，且开始碳化、孔洞增多，去除效果差强人意。复合清洗则油漆完全剥离（图12）。[page::7][page::8]

• 热重分析（TGA）：

油漆在空气中于230-470°C显著分解，质量损失达53%。混合油漆与熔盐体系显示降解温度提前，表明熔盐促进油漆热解。[page::8]

• 动力学计算（Coats−Redfern法）：

利用热解动力学模型计算，油漆单独分解活化能为114.4kJ/mol，油漆置于熔盐体系中活化能降为74.1kJ/mol，显著降低了分解能源门槛，促进了清洗过程。这是熔盐中存在的$\mathrm{O2^{2-}}$和$\mathrm{O_2^-}$超氧化物及硝酸根离子催化的结果，使油漆更易降解，同时涂层结构结合力减弱，实现更快剥离。（图14、公式及详细分析）[page::8][page::9]

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5. 图表与图片解读

• 图0 （示意图） 展示熔盐超声复合清洗机理，指出热环境、离子和超声波共同作用，导致表面产生空化气泡、裂缝和化学反应[page::0]
• 图1 （实物照片） 退役液压缸及切割样本，清洗对象油漆均匀，厚度适中，有利于标准化实验[page::2]
• 图2 （设备结构） 自制双槽清洗装置，一槽熔盐超声复合清洗，一槽超声水洗，配有对称分布超声振子[page::3]
• 图3 （流程图） 复合清洗流程，说明样件放入槽中，受热解、化学反应和超声效应作用，随后水洗干燥[page::3]
• 图4-5 （SEM图） 显示油漆表面及截面微结构，多级放大下涂层颗粒和层次清晰，表明涂层结构复杂[page::4]
• 表3-4 （EDS数据） 顶漆和底漆中C、O含量高，展示有机成分为主，Pb含量较高提示环境关注[page::4]
• 图6 （FTIR光谱） 说明顶漆有酯基和芳香族结构，底漆含环氧基和芳香结构，符合其化学性质，支持碱性熔盐化学作用[page::4][page::5]
• 图7（热效应示意） 展现热胀冷缩导致油漆表面产生裂缝和突起，方便化学溶剂渗透[page::5]
• 图8 （黏度曲线） 熔盐黏度随温度升高显著降低至约2cP以下，高温下流动性好利于清洗[page::5]
• 图9 （反应过程示意） 展示带电离子与油漆化学反应，生成气泡破裂助剥离[page::6]
• 表5-6（气体组份） 主要为N2、O2和少量复杂有机小分子，说明燃烧基本完全，环境负担较低[page::6][page::7]
• 图10（超声作用示意） 表现超声波增强流体流动，促进离子输运及裂纹产生，促进油漆断裂剥落[page::7]
• 表7与图11（实验结果） 展示不同温度与超声功率下清洗周期，温度影响远大于功率，最佳条件锁定[page::7][page::8]
• 图12（清洗效果对比） 热空气与复合清洗后油漆对比，后者清洗彻底[page::8]
• 图13（TGA曲线） 油漆与熔盐混合热分解特征，熔盐显著促进分解，提前降解温度[page::8]
• 图14（动力学拟合） 反应活化能拟合优良，熔盐明显降低油漆活化能，强化去除效率[page::9]

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6. 结论梳理

1. 复合清洗技术具备显著优势：

结合熔盐热化学作用和超声机械冲击，油漆清除迅速彻底。

1. 油漆结构与化学基团清晰：

分层结构清楚，主要为有机物质类酯基、环氧基和芳香族，易被碱性热解破坏。

1. 热效应发挥关键作用：

温度引起的热胀冷缩裂纹为清洗介质渗透提供通道，同时熔盐低黏度大幅提高流动性和反应速率。

1. 化学反应中心理清楚：

离子促进氧化和热解双重反应，实现有机涂层全面降解。产气成分复杂，但泄露少，便于环境处理。

1. 超声波贡献明显：

增强熔盐流动性，均匀反应环境，产生空化气泡冲击涂层，疲劳损伤促使油漆剥离。

1. 动力学指标明确：

熔盐复合清洗将油漆分解活化能从114.4kJ/mol降低至74.1kJ/mol，显著加快清洗进程。

1. 实验优化清洗条件：

最佳工况为335°C与1440W，清洗周期约4.5分钟，效率远高于仅热空气加热。

1. 环境与后处理考虑：

有害重金属留存复合盐中，利于后续处理，气体排放低污染，技术绿色环保。

1. 设备限制及应用建议：

洗槽尺寸影响适用工件大小，实用过程中需合理选型及规模化设计。

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7. 批判性视角

• 报告对化学反应机理和动力学模型分析细致，但对溶液中离子的具体浓度变化、反应速率常数等缺乏量化说明，忽视可能存在的复杂非均一反应动力学。

- 实验范围温度及功率受设备限制，尚无规模化应用实例，可能限制工业推广。

• 重金属Pb固定于盐块中，长期安全性及处理方法未详述，后续需结合环保法规予以关键关注。

- 对环保影响分析总体乐观，未明确量化气体排放总质量，未来可强化排放控制与环境风险评估。

• 涂层剥离后对基体表面影响、清洗后表面状态及耐腐蚀性能缺少深度评估，建议补充。

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总结

该报告构建了一个系统性的熔盐超声复合清洗技术研究框架，从油漆组成、结构分析，到物理化学机理描述，再到实验设计与动力学验证，全面揭示了该方法的高效性与环保优势。实验系统展现显著降活化能及清洗时间缩短，同时清洗副产物较少，符合绿色化学原则。该方法可有效解决传统洗涤技术效率低、污染大的缺陷，对机械零件报废后表面再制造清洗有重要指导意义。

不过，该技术在设备规模、离子浓度动态、环境安全和工业适用性上仍有待深化研究。总体来看，本研究为熔盐超声清洗技术推广奠定了坚实理论和实验基础，是机械表面处理领域的有价值创新，具备进一步产业应用潜力。[page::0-9]

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主要图表索引

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以上为论文报告的详细分析解读，覆盖研究背景、机理分析、实验设计、关键数据与图表解析、动力学研究及结论评述，客观专业地再现了报告全貌。

报告