金屬防腐蝕的方法與金屬表面處理技術(shù)研究

王芙慶

（中海油惠州煉油分公司，廣東 惠州 516084）

1 前言

金屬腐蝕是金屬與周?chē)h(huán)境介質(zhì)之間發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)作用而引起的破壞或變質(zhì)。它是悄悄自發(fā)進(jìn)行的一種冶金的逆過(guò)程，在人們生產(chǎn)實(shí)踐和生活中是經(jīng)常見(jiàn)到的一種現(xiàn)象，給人類(lèi)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)危害。

首先，金屬腐蝕問(wèn)題會(huì)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。金屬腐蝕給人類(lèi)造成的危害和損失甚至超過(guò)風(fēng)災(zāi)、火災(zāi)、水災(zāi)和地震等自然災(zāi)害的總和。有資料顯示，全世界每年由于腐蝕問(wèn)題造成經(jīng)濟(jì)損失約占當(dāng)年國(guó)民經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)總值的，但其中大約四分這一是可以通過(guò)改善防腐蝕措施來(lái)避免的。因腐蝕報(bào)廢的鋼鐵高達(dá)總產(chǎn)量的三分之一，其中約占百分之十的廢品不能回收重?zé)?，這無(wú)論對(duì)資源或能源來(lái)說(shuō)，都是一個(gè)巨大的損失。

其次，金屬腐蝕問(wèn)題會(huì)造成各種社會(huì)問(wèn)題。腐蝕不僅大量吞噬鋼材，同時(shí)由于生產(chǎn)過(guò)程中的腐蝕造成設(shè)備的跑、冒、滴、漏，不僅污染環(huán)境，甚至著火、爆炸，從而引起廠房、機(jī)器設(shè)備破壞，釀成嚴(yán)重的事故，危及人身安全。由此，我們可以看到腐蝕防護(hù)問(wèn)題的重要性，鋼鐵材料經(jīng)過(guò)發(fā)黑處理，可快速形成整體顏色均勻一致的發(fā)黑膜，發(fā)黑后工件經(jīng)封閉液處理，保護(hù)膜附著牢固、防腐性強(qiáng)，可達(dá)到高抗蝕的目的。

表1 配方正交實(shí)驗(yàn)因素水平

表2 配方初選正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2 常溫?zé)o毒發(fā)黑液的研究配方初選

經(jīng)過(guò)預(yù)先探索性試驗(yàn)，初步確定配方為:硫酸銅、磷酸二氫鋅、檸檬酸、偏釩酸鈉、硝酸鈉，溫度為室溫(約 20 度)。以外觀結(jié)果為檢驗(yàn)指標(biāo)，通過(guò)

正交實(shí)驗(yàn)確定配方中各組分的濃度范圍。正交實(shí)驗(yàn)表如表1所示。

配方初選結(jié)果如表2所示:

由表2可知，能形成發(fā)黑膜，且外觀較好的只有實(shí)驗(yàn)編號(hào)為3，11，18這三個(gè)實(shí)驗(yàn)。綜合這3個(gè)實(shí)驗(yàn)的配方組分，將初選配方定為:硫酸銅2g/L，磷酸二氫鋅7g/L、檸檬酸2g/L，硝酸鈉2g/L、硝酸鈉3g/L，pH值為4，溫度為室溫，處理時(shí)間為出現(xiàn)完整發(fā)黑膜后再在發(fā)黑液中停留1min左右。

3 單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

以耐腐蝕性試驗(yàn)的結(jié)果為檢驗(yàn)指標(biāo)。在上述配方的基礎(chǔ)，采用只改變其中一種成分，而其它成分不變的方法，來(lái)研究該配方中不同成分對(duì)發(fā)黑膜性能的影響及其在發(fā)黑過(guò)程中的作用。

3.1 pH值對(duì)發(fā)黑膜性能的影響

發(fā)黑液配方為硫酸銅2g/L，磷酸二氫鋅7g/L、檸檬酸2g/L，偏釩酸鈉2g/L，硝酸鈉2 g/L，溫度為室溫，處理時(shí)間為出現(xiàn)完整發(fā)黑膜后繼續(xù)再在發(fā)黑液中停留1 min左右。考察pH值對(duì)發(fā)黑膜的耐腐蝕性的影響。其實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

圖1 pH值對(duì)耐蝕性的影響

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知:pH值對(duì)發(fā)黑的影響較大，當(dāng)pH值過(guò)低或過(guò)高時(shí)，不能形成發(fā)黑膜或者形成的發(fā)黑膜質(zhì)量十分差。pH值較低時(shí)，如果氧化劑的濃度低，只能形成一層紅色的銅膜；如果氧化劑的濃度較高，則形成的發(fā)黑膜附著非常差。pH值過(guò)高時(shí)磷酸根離子容易與金屬離子反應(yīng)生成沉淀。導(dǎo)致發(fā)黑液不能穩(wěn)定的存在。由圖1中可知，當(dāng)發(fā)黑液的pH值為4時(shí)，發(fā)黑液能穩(wěn)定存在，且經(jīng)發(fā)黑處理形成的發(fā)黑膜耐蝕性能較好。

表3 配方正交實(shí)驗(yàn)因素水平

3.2 正交優(yōu)化實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

通過(guò)單因素實(shí)驗(yàn)得到發(fā)黑液的配方為:硫酸銅2g/L、磷酸二氫鋅6g/L、檸檬酸3g/L L、偏釩酸鈉 2g/L，硝酸鈉 2g/L，pH 值為 4，處理時(shí)間為出現(xiàn)完整發(fā)黑膜后再在停留1min左右。用硫酸銅點(diǎn)滴法檢驗(yàn)用此發(fā)黑液處理的鋼片的耐腐蝕性，其結(jié)果為145s。

并確定正交實(shí)驗(yàn)中各組份的含量范圍為:硫酸銅1～4g/L、磷酸二氫鋅5～8g/L、檸檬酸1～4g/L、偏釩酸鈉1～4g/L、硝酸鈉1～4g/L。考慮pH值的變化對(duì)發(fā)黑反應(yīng)影響大，將pH值定為4，處理時(shí)間為出現(xiàn)完整發(fā)黑膜后再在停留1min左右。

4 發(fā)黑液配方的優(yōu)化

為進(jìn)行一步提高發(fā)黑膜的耐腐蝕性，在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行正交優(yōu)化實(shí)驗(yàn)。在單因素實(shí)驗(yàn)的確定的配方范圍，在工藝條件pH值為4，處理時(shí)間為出現(xiàn)完整發(fā)黑膜后再在停留1min左右。以耐腐蝕性為考察指標(biāo)，利用L16(45)表進(jìn)行4水平5因素的正交實(shí)驗(yàn)，如表3。由正交實(shí)驗(yàn)得到發(fā)黑液的優(yōu)化配方。最后在最優(yōu)配方下，通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到最佳的發(fā)黑時(shí)間。

[1]劉永輝，張佩芬.金屬腐蝕學(xué)原理[M].北京:航空工業(yè)出版社，1993:20.

[2]李豐春，程秀云，劉波.防腐蝕工[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2004:1-20.