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(上海誠友實業集團有限公司，上海 200437)

滲透檢測用油基著色滲透液由于具有滲透能力強、著色鮮艷、潤濕性能好及檢測靈敏度高等特點而被廣泛應用。

因為油基著色滲透液所用溶劑多為煤油、變壓器油、丁酸丁酯、鄰苯二甲酸二丁酯等，均為有機溶劑，所用溶質(著色染料)較多考慮的是著色鮮艷程度等，所以該類油基著色滲透液使用后的廢液排放會污染環境，不符合環保要求。另外，油基著色滲透液的廢液很難降解，即使通過一般的廢水處理系統，都很難達到排放標準，而必須要通過相關專業的化工污水處理工程，才能達到排放要求。

污水處理工程占地面積大、處理工序繁瑣、費用昂貴等，給滲透檢測企業帶來了較大負擔。隨著社會的發展，環境問題越來越突出，企業的環保意識也日益加強。滲透檢測后的廢液排放成為一個急待解決的問題。

研究的可排放(環保)型水基著色滲透液(以下簡稱“滲透液”)以水為主要溶劑，以環保型染料為溶質，其檢測靈敏度高、清洗性能好、無毒、無味、零VOC(產生危害的揮發性有機物)，300倍的稀釋液可達到GB/T 8978—1996《污水綜合排放標準》中的二級排放標準。

1 試驗過程

1.1 原料與儀器

(1) 原料

原料主要包括：去離子水、助溶劑、環保紅色染料(市售)、吐溫-80、三乙醇胺硼酸酯等。

(2) 儀器

儀器主要包括：QSJ高速分散機、1型參考試塊、SY-05型石油密度計、SYP1003-Ⅵ黏度計、SYD-261閃點儀、ZL300A全自動界面張力測定儀等。

1.2 滲透液的配制

取70.0%～85.0%的去離子水，加入3.0%～4.0%的紅色環保染料，開啟攪拌機轉速到500 r·min-1，攪拌3～4 h，直至全部溶解，然后加入質量分數范圍分別為6.0%～10.0%的助溶劑，2.0%～3.0%的吐溫-80和1.5%～2.5%的三乙醇胺硼酸酯，再攪拌約30 min。

1.3 性能測試

目視檢測滲透液外觀,按照GB/T 18851.2-2008《無損檢測 滲透檢測 第2部分：滲透材料的檢驗》標準測定滲透液靈敏度(著色滲透液的2級靈敏度為高級靈敏度，1級靈敏度為普通靈敏度)，按照標準GB/T 2013—2010《液體石油化工產品密度測定法》測定滲透液的密度，按照ASTM D445《石油產品運動黏度測定》測定滲透液的黏度，按照ASTM D93《閉口杯測定閃點》測定滲透液的閃點。

1.4 滲透液廢水排放指標評價

滲透檢測中，施加到工件表面及缺陷內的滲透液、去除劑及顯像劑等，經過滲透、去除、顯像、檢驗后，再經過清洗去除變成廢水。廢水的處理是目前一項重要的工作。

筆者將自己單位配制的滲透液和市售常用滲透液進行了廢水排放主要指標的數據對比，廢水綜合排放基本指標測定如表1所示(其中a表示1份滲透液+300份水+1份中和液，b表示1份市售常用滲透液+1 000份水+1份中和液)。

表1 廢水綜合排放基本指標測定

從表1可以看出，研制的水基著色滲透液通過水洗后(相當于稀釋300倍)，再加入自配的中和液就可以達到國家規定的二級或三級排放要求;而市售普通的著色滲透液先稀釋1 000倍，再通過簡單處理，遠遠達不到排放標準。

2 結果與討論

2.1 溶劑的選擇

滲透液中，溶劑起到溶解染料和滲透的作用。常用的溶劑有煤油、芳香烴等，其中芳香烴對人體有一定傷害。所有溶劑中，對環境沒有污染且對人體沒有傷害的只有水。

筆者選用水作為主要溶劑，添加環保水性染料等，配制出的水基著色滲透液具有靈敏度高、零VOC、無毒、無味、潤濕性能好等優點。

2.2 潤濕劑的選擇

加入少量的表面活性劑即潤濕劑，能大大降低溶劑(通常為水)的表面張力或界面張力，改變物系的界面狀態，能夠產生潤濕、乳化、起泡、增溶及分散等一系列作用，從而達到實際應用的要求[1]。

滲透液的潤濕能力與滲透能力相關聯，且對滲透檢測整個性能有重要影響。潤濕性好，滲透液在工件表面的鋪展好；潤濕性差，滲透液液體容易收縮，滲透液在工件表面的覆蓋不好，容易造成漏檢[2]。所以，選擇合適的潤濕劑，降低水的表面張力，增加水基滲透液對受檢固體表面的潤濕能力尤其重要。選了5種潤濕劑進行試驗，結果如表2所示。

表2 加入不同種類潤濕劑的表面張力 (×10-3 N·m-1)

通過表2發現，SN-4727、Dynol 960和Twin 4100可以大大降低表面張力，但是會引起滲透液在工件表面的縮孔現象；而吐溫-80可以將滲透液調整到合適的表面張力，并且無縮孔、縮邊等現象，滲透液靈敏度也高。滲透液并不是表面張力越低越好，這點可以從以下理論來解釋。

滲透液在毛細管中的上升高度為

h=2αcosθ/(rdg)

(1)

式中：h為潤濕液體在毛細管中的上升高度；α為液體的表面張力系數；θ為接觸角；α·cosθ為靜態滲透參量(SPP)；r為毛細管內壁半徑；d為液體密度；g為重力加速度。

分析式(1)可知，滲透液在表面開口缺陷中的上升高度與滲透液表面張力及滲透液接觸角直接相關。

靜態滲透參量可表征滲透液滲入缺陷的能力。表面張力與接觸角余弦的乘積越大，潤濕性越好，滲透力越強[3]。所以，在保證潤濕性能好的條件下，表面張力應取適當值。

2.3 染料的選擇

染料是決定滲透液靈敏度的主要因素之一。

著色滲透液的著色強度是指缺陷內一定數量的著色滲透液被顯像劑吸附出來后顯示色澤的能力。滲透液的著色強度越大，被吸附出的一定量的滲透液在顯像后顯示色澤的能力越強, 從而越容易被觀察, 滲透檢測靈敏度也就越高。著色強度可以用吸光度準確測量。

A=C·L

(2)

式中：A為吸光度；C為著色液的染料濃度；L為液層的厚度。

從式(2)可以看出，染料的濃度C越大，吸光度A就越大，即著色強度越大，因而檢測靈敏度就越高[4]。

選擇的染料溶解度高，符合環保要求，不含24種芳香胺，不含國際、國內禁用產品，不含重金屬[5]。

2.4 防銹劑的選擇

水基產品中的防銹性能是最主要的，而傳統的防銹劑主要有亞硝酸鹽、磷酸鹽或鉻酸鹽等，雖然防銹效果良好，但毒性較強[6]。采用易生銹的低碳鋼，并選擇幾種環保防銹劑進行防銹試驗,不同防銹劑防銹性能測試結果如表3所示，防銹試驗的步驟如下所述。

(1) 取三乙醇胺硼酸酯、有機胺類緩蝕劑、硅酸鹽類防銹助劑、磷酸酯型防銹助劑4種環保防銹劑，分別配制防銹劑含量為0.5%，1.0%，1.5%和2.0%的水溶液。

(2) 取16塊易生銹低碳鋼板，用砂紙將其表面打磨光滑，然后用分析級丙酮洗凈、晾干。

(3) 將潔凈、光滑的試板浸入準備好的16種防銹液中，在50℃下靜置1 h，取出試板觀察表面銹蝕的情況。

表3 不同防銹劑防銹性能測試結果

由表3可知，含有1.5%三乙醇胺硼酸酯防銹劑溶液的耐腐蝕性好，并且1 h內無任何銹跡，所以在滲透液中選用三乙醇胺硼酸酯作為防銹劑。

2.5 滲透液性能

研究的環保可排放型水基著色滲透液，可應用于滲透檢測中非多孔性的金屬或其他材料表面開口缺陷的檢測。將其與市售傳統的著色滲透液進行對比，結果見表4。由表1和表4可知，相比傳統滲透液，制備的水基著色滲透液不僅通過簡單處理就可達到排放要求，而且具有靈敏度高、清洗性好等優點。

表4 研制的水基著色滲透液與市售著色滲透液的性能對比

四川某鑄造單位原來每個月需要處理近10 t的廢水，處理周期較長、費用昂貴。使用該可排放型水基著色滲透液后，大大提高了工作效率，減少了生產成本。

3 結論

(1) 以水為主要溶劑，以溶解度高的環保染料為溶質，可配制成環保可排放型水基著色高靈敏度滲透液。

(2) 選擇吐溫-80作為潤濕劑，三乙醇胺硼酸酯作為防銹劑，可使得滲透液具有滲透能力強、潤濕性能好、靈敏度高、防銹性能好等優良特性。