常溫快速除銹添加劑的研究

李海濤， 趙一丹， 康侃， 顏明宏

（哈爾濱汽輪機(jī)廠有限責(zé)任公司，哈爾濱 150046）

常溫快速除銹添加劑的研究

李海濤， 趙一丹， 康侃， 顏明宏

（哈爾濱汽輪機(jī)廠有限責(zé)任公司，哈爾濱 150046）

針對不銹鋼的加熱成型過程中高溫氧化生成的氧化皮，研制出一種由普通無機(jī)酸和促進(jìn)劑組成且不含氫氟酸的新型添加劑。

不銹鋼；酸洗；加速劑；過腐蝕

1 引言

鋼鐵的損耗主要是腐蝕損失。鋼鐵在大氣或水等介質(zhì)里的行為主要是氧化腐蝕，我們在為鋼鐵做防銹或防蝕處理時(shí)，首先要去除污物、氧化皮、銹蝕等后再進(jìn)行保護(hù)。

由于鋼鐵的材料因加工工藝和使用條件不同，鋼鐵表面產(chǎn)生的腐蝕和銹蝕不同，處理的方法也不同。除銹的工藝要根據(jù)具體情況來選擇，不同的材料，不同的銹蝕，要用不同的工藝才能達(dá)到既快、又經(jīng)濟(jì)環(huán)保的除銹效果。

不銹鋼作為一種常見的特種鋼材，在我們生產(chǎn)和生活中得到越來越廣泛的應(yīng)用，但在不銹鋼的加熱成型過程中，由于高溫氧化使其表面產(chǎn)生一層致密堅(jiān)硬的灰黑色氧化皮，既影響外觀，又影響深加工，故在深加工前必須將其除去。目前主要采用熱的氫氟酸和硝酸的混合溶液浸泡去除，處理?xiàng)l件十分惡劣。為此我們研制出一種不含氫氟酸的，由普通無機(jī)酸和促進(jìn)劑組成的新型添加劑。這種添加劑不僅能達(dá)到或超過氫氟酸和硝酸的處理效果，而且還具有成本低、工藝簡單、污染和危險(xiǎn)大大降低等多種優(yōu)點(diǎn)，因而具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

除銹溶液受溫度的影響很大。工藝選擇不好，除銹的效果也不好。常用的工藝是硫酸、鹽酸和硝酸等，對一些普通鋼鐵銹蝕除銹效果還可以，但對于溫度低或氧化皮嚴(yán)重，以及一些由于熱處理等加工而產(chǎn)生的氧化物，這些普通酸洗的效果就不理想，所以研究一些針對性的酸洗防銹工藝顯得特別重要，不僅要提高除銹效果和效率，而且還要節(jié)能環(huán)保。本課題就是針對不銹鋼葉片熱處理氧化皮銹蝕而研究的新的工藝添加劑。這種工藝在常溫下提高去除速度20倍，并且低酸霧和低毒性。

2 鋼鐵銹蝕類型及常用工藝選擇

（1）鋼鐵的常見銹蝕有以下幾種類型：（a）普通銹蝕，主要成分是Fe2O3；（b）氧化皮和熱腐蝕,主要成分是Fe2O3-FeO;（c）腐蝕加水垢，主要成分是 Fe2O3、CaCO3、MgCO3等；含Ni、Cr的不銹鋼的氧化皮，主要成分是NiO-Cr2O3-Fe3O4等。

（2）除銹工藝選擇。常用的酸主要是H2SO4體系和HCl體系。有時(shí)特殊情況下也采用HNO3體系，鑄造件還需加HF，以去除SiO2等物質(zhì)。常用酸的濃度一般為20%左右。酸洗后的鋼鐵表面很容易生銹，所以還有一類酸洗工藝是磷化、鈍化二合一工藝，使除去銹蝕的表面再生成一層薄的磷化膜或鈍化膜。

常見的酸洗液中加入磷酸鹽或氧化劑，如亞硝酸鈉或雙氧水及三乙醇胺等化學(xué)物質(zhì)。最近還有一類發(fā)展較快的無酸絡(luò)合物除銹工藝，主要針對一些有色金屬及其氧化層氧化物的去除。

（3）對于一些混合型氧化皮和一些復(fù)合型難去除的銹蝕，通常采用混合酸洗工藝。酸溶液中同時(shí)加幾種酸，以達(dá)到去除不同的氧化物的目的，在溫度較低時(shí)還采用加熱方式。

但無論采用哪種工藝，這些常規(guī)工藝，都是采用長時(shí)間、高濃度酸液或加熱來實(shí)現(xiàn)快速除銹，對環(huán)境污染嚴(yán)重，往往還會造成鋼鐵件的過腐蝕和氫脆，使零件報(bào)廢或降低零件的可靠性。

針對這些情況，研究一種常溫快速低酸霧除銹工藝就有著特別重要的意義，研究酸洗的各種添加劑，提高除銹的加速劑，緩蝕劑和酸霧抑制劑，以及復(fù)合型酸洗除銹工藝。

3 加速劑的選擇

為了提高除銹速度，一般采用高酸度或加熱方法，但酸的濃度提高到某一值時(shí)，酸洗速度反而下降，是因?yàn)槿芤猴柡希芟碌难趸锊荒苋芙獾饺芤褐?，使溶解氧化物或銹蝕能力大大降低；通過加熱來提高除銹速度，不僅污染環(huán)境毒害操作者，而且容易使鋼鐵件過腐蝕而報(bào)廢。

那么，在一定的酸濃度下，通過加入一些提高氧化物溶解速度的添加劑，已達(dá)到除銹酸洗在常溫下既快又好的效果，提高除銹速度，又不過腐蝕，環(huán)境也得到了改善。這些添加劑可以根據(jù)不同的銹蝕和氧化皮來選擇。如：鑄造件加入HF酸和含氟的表面活性劑、濕潤劑和特殊絡(luò)合物來除銹；常見的銹蝕加入一些復(fù)合潤濕劑、洗凈劑、環(huán)境酸霧抑制劑等來實(shí)現(xiàn)常溫快速除銹；嚴(yán)重的氧化皮，包括熱處理件可用混合酸 H2SO4、HCl、HNO3、HF 等配合，加入少量溶解濕潤劑，洗凈劑等表面活性劑以及酸霧抑制劑、復(fù)合絡(luò)合劑等來提高酸洗速度和質(zhì)量，使除銹快速，表面鈍化又不過腐蝕。

針對葉片不銹鋼熱處理件，經(jīng)過大量試驗(yàn)，研制出了適合除銹的加速劑。它是由醇類物質(zhì)加入潤濕劑、洗凈劑、酸霧抑制劑、復(fù)合絡(luò)合劑等組成，添加量為0.5%左右。不提高成本，在常溫下20min內(nèi)除去普通銹蝕，1～2h內(nèi)除去嚴(yán)重氧化皮銹蝕和熱處理銹蝕，無酸霧污染。由于在提高除銹速度的同時(shí)還要防止過腐蝕和氫脆，所以還要研制高效酸洗緩蝕劑。

4 緩蝕劑的選擇

酸洗除銹的過程是氧化物銹蝕溶解的過程，但氧化物溶解的同時(shí)，零件的基體也隨之溶解在酸中，造成零件基體的腐蝕。同時(shí)酸洗的過程隨著腐蝕而產(chǎn)生大量的氫氣放出，這使零件基體產(chǎn)生氫脆，大大降低零件的強(qiáng)度。緩蝕劑的作用就是減少基體的腐蝕、析氫，同時(shí)不影響酸對氧化皮和銹蝕溶解。

一般酸溶液除銹緩蝕劑隨工藝不同，類型也會不同，主要是考慮相互間的配合和化學(xué)反應(yīng)，例如硫酸體系的酸洗要用脲類緩蝕劑而不能用胺類緩蝕劑，如烏洛托品；鹽酸體系用胺類緩蝕劑，而不是脲類緩蝕劑；而目前開發(fā)的高效緩蝕劑可以用于所有酸溶液體系，緩蝕率高，效果好，除銹后基體不易再生銹。

我們合成研制了兩種針對硫酸體系的緩蝕劑。一種是復(fù)合醇類緩蝕劑，另一種是合成咪唑啉緩蝕劑阻垢劑MCP高效緩蝕劑，高效緩蝕劑MCP是根據(jù)油田注入水質(zhì)特點(diǎn)研制的復(fù)合型咪唑啉衍生物，對A3鋼的緩蝕率可達(dá)95%左右，阻垢率達(dá)86%，而且加入量僅2×10-5。

咪唑啉及其衍生物作為緩蝕劑效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于常規(guī)的硫脲和苯甲酸、亞硝酸鈉等緩蝕劑。因?yàn)檫@些緩蝕劑緩蝕效率20%～50%。而且咪唑啉衍生物還具有阻垢作用，是目前國內(nèi)外最新型高效緩蝕阻垢劑。

該緩蝕阻垢劑是由羥酸、多胺按比例在一定溫度下反應(yīng)生成的咪唑啉衍生物MC，MC再經(jīng)膦甲基化作用生成膦酸基咪唑啉衍生物MP，MC再與MP混合制得MPC，反應(yīng)中需要升溫、減壓。

此緩蝕阻垢劑的主要作用是吸附在金屬表面上形成保護(hù)膜。咪唑啉作為一種有機(jī)胺，在酸性水溶液中生成帶正電的季胺離子。并在金屬表面的陰極吸附（物理吸附）阻止H+的吸附和還原，從而防止金屬的腐蝕。而本技術(shù)的特點(diǎn)還在于合成的咪唑啉衍生物中的有機(jī)膦酸，在水中電離出4個(gè)H+和膦酸根離子，在鋼鐵腐蝕過程中，陰極上溶解氧化還原成OH－，使微陰極上pH值升高，促進(jìn)了電離，電離后的有機(jī)膦與溶液中的CaCO3、MgCO3和陰極上溶出的Fe2+或Fe3+絡(luò)合，形成穩(wěn)定的絡(luò)合物溶于水中，從而達(dá)到了阻垢的效果。

5 酸物抑制劑的選擇

除銹酸洗過程中由于溶解反應(yīng)和H2的析出，要帶出大量酸霧，使工作環(huán)境極其惡劣，同時(shí)也損失大量的酸。既要快速又要減少腐蝕，采用常溫除銹酸洗同時(shí)加入酸霧抑制劑使除銹工藝得以實(shí)現(xiàn)。

根據(jù)不同的酸洗類型，常用的酸霧抑制劑有含氟表面活性劑、非離子型表面活性劑和陰離子型表面活性劑。我們采用非離子型和陰離子型復(fù)合表面活性劑或單一含氟表面活性劑來抑制酸霧，在酸洗表面形成阻擋層，使酸霧不能溢出。

6 不銹鋼葉片氧化皮除銹工藝

針對熱處理不銹鋼表面氧化皮，經(jīng)過一年的試驗(yàn)，以20%的H2SO4為基液，添加我們合成的加速緩蝕、抑霧劑，在常溫下除銹，使原來需要24h的工期，降到1～2h，取得了良好的效果。我們在電鍍車間做了同樣的試驗(yàn)，也取得了令人滿意的效果。在常溫下，除銹速度快，除銹后不易生銹，無環(huán)境污染，達(dá)到了預(yù)期效果。

（編輯 黃 荻）

TG178

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1002-2333（2013）09-0167-02

李海濤（1968-），男，工程師，從事燃機(jī)項(xiàng)目管理。

2013-04-02