環(huán)保型水溶性防銹劑的研究及性能測試

史　寧,　張書弟,　李德順

(沈陽理工大學(xué)，遼寧 沈陽　110159)

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環(huán)保型水溶性防銹劑的研究及性能測試

史寧,張書弟,李德順

(沈陽理工大學(xué)，遼寧 沈陽110159)

摘要：研制了一種環(huán)保型水基防銹劑。以硅酸鈉、三乙醇胺、硼酸、乙二胺四乙酸和鎢酸鈉為原料，通過正交試驗，確定了水溶性防銹劑的最優(yōu)配方。防銹劑組成為:250g/L硅酸鈉，1.0g/L三乙醇胺，2.0g/L硼酸，0.12g/L乙二胺四乙酸，0.8g/L鎢酸鈉。該防銹劑穩(wěn)定性在兩周以上，且防銹劑成膜后可使冷軋板的腐蝕速率明顯降低，大氣腐蝕掛片試驗可達到35d，防銹效果良好、成本低，具有很好的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞:水溶性； 防銹劑； 環(huán)保

Keyword: water-soluble； rust inhibitor； environmental friendly

引言

鋼鐵應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)和生活中的各個方面，在人類的生活和工作中有著十分重要的作用，是科技發(fā)展的基礎(chǔ)[1]，但鋼鐵在大氣中易銹蝕且銹蝕過程相當(dāng)復(fù)雜[2-3]，對工業(yè)生產(chǎn)及人們的生活產(chǎn)生不同程度的不利影響，帶來不必要的經(jīng)濟損失。在我國，據(jù)中國工業(yè)和自然環(huán)境腐蝕調(diào)查項目組2008年調(diào)查結(jié)果顯示，由腐蝕造成的直接經(jīng)濟損失達2300億元，間接經(jīng)濟損失為5000～6000億元，相當(dāng)于當(dāng)年我國國民生產(chǎn)總值的5%。因此，研究防止鋼鐵腐蝕的方法就變得很重要。金屬的暫時性防護方法包括涂覆防銹油、防銹水和包裹氣相防銹包裝材料[4]。目前對鋼板采取的防銹措施主要是水基型防銹劑[5-6]。鐘雪麗等[7]以植酸、聚天冬氨酸為主要成分，添加鉬酸鈉和苯甲酸鈉作為助劑，研制出了一種無毒高效的水基防銹劑，耐中性鹽霧試驗可達28h。李璐等[8]以三乙醇胺、苯甲酸鈉、四硼酸鈉、碳酸鈉和葡萄糖酸鈉為主要原料，研制出一種環(huán)保型水基防銹劑，對黑色金屬及有色金屬均有良好的防銹效果。相對于防銹油[4]來說，此類水溶性防銹劑更易去除，在工序間處理方便，可間接提高經(jīng)濟效益。傳統(tǒng)的亞硝酸鹽型防銹水雖然防銹效果良好但是對環(huán)境及人體有毒[5]，目前防銹劑的研究方向均向著環(huán)境友好型方向發(fā)展。為了克服目前水基防銹劑防銹效果差、含有有毒物質(zhì)，以及成本偏高、污染較嚴重等缺點，本實驗運用正交試驗方法研究了一種不含亞硝酸鹽的水溶性防銹劑，主要材料為硅酸鈉、三乙醇胺、硼酸、乙二胺四乙酸和鎢酸鈉，經(jīng)查這幾種藥品毒副作用很小，環(huán)保且防銹效果良好，主要用于工序間防銹。

1實驗材料及方法

1.1試樣制備

本實驗采用普通冷軋板，試樣尺寸為30mm×60mm×0.5mm。

1.2前處理流程

普通冷軋板前處理工藝流程為：打磨→水洗→除油→水洗→活化→水洗。

除油液組成，10～15g/L氫氧化鈉，30～40g/L碳酸鈉，25～35g/L磷酸鈉,常溫浸洗2～4min。

活化液組成，鹽酸(35%～38%)與水1∶3(體積比)混合，室溫下處理1～2min。

因為冷軋板易銹蝕，所以前處理工藝流程各步驟均應(yīng)連續(xù)及時進行，以防冷軋鋼板返銹。

1.3正交試驗

按照表1中各因素水平，分別配制500mL防銹劑在常溫條件下攪拌直至溶解完全，溶液呈無色透明。將配制的防銹液浸涂在冷軋板試片上，測試防銹劑中各成分對試片的影響，確定防銹液最佳組成。

正交試驗因素水平如表1所示,正交試驗表結(jié)果見表2。

表1因素水平表

水平ABCDEρ(硅酸鈉)/(g·L-1)ρ(三乙醇胺)/(g·L-1)ρ(硼酸)/(g·L-1)ρ(乙二胺四乙酸)/(g·L-1ρ(鎢酸鈉)/(g·L-1)12001.00.50.040.222503.01.00.080.433005.01.50.120.643507.02.00.160.8

表2正交試驗表L16(45)

試驗號ABCDEφ/mV111111-606.584212222-633.979313333-565.531414444-494.012521234-494.420622143-554.797723412-553.262824321-606.666931342-554.9821032431-557.608

續(xù)表

試驗號ABCDEφ/mV1133124-566.5481234213-633.8881341423-559.1861442314-586.4211543241-598.3901644132-505.645K1-2300.106-2215.172-2233.574-2380.155-2369.248―K2-2209.145-2332.805-2360.677-2366.379-2247.868―K3-2313.026-2283.731-2313.600-2123.204-2313.402―K4-2249.642-2240.211-2164.068-2202.181-2141.401―k1-575.027-553.793-558.394-595.039-592.312―k2-552.286-583.201-590.169-591.595-561.967―k3-578.257-570.933-578.400-530.801-578.351―k4-562.411-560.053-541.017-550.545-535.350―R25.97129.40849.15264.23856.962―最優(yōu)配方A2B1C4D3E4―

根據(jù)極差R分析，R值的順序依次為D>E>C>B>A，即乙二胺四乙酸>鎢酸鈉>硼酸>三乙醇胺>硅酸鈉，乙二胺四乙酸影響最大，鎢酸鈉其次，硅酸鈉的影響最小，說明乙二胺四乙酸對防銹膜的形成影響最大。正交試驗優(yōu)化的最優(yōu)方案為：A2B1C4D3E4。即250g/L硅酸鈉，1.0g/L三乙醇胺，2.0g/L硼酸，0.12g/L乙二胺四乙酸，0.8g/L鎢酸鈉。對最優(yōu)配方的防銹劑及浸涂的試片進行各項性能測試。

2性能測試

2.1水溶性防銹劑性能

用目測法觀察水溶性防銹劑的透明度及均勻性。防銹劑的質(zhì)量要求，應(yīng)具有均勻、無沉淀、無雜質(zhì)、無分層現(xiàn)象。

2.1.1防銹劑外觀

經(jīng)目測所配制的防銹劑無色透明、均勻液體，無分層及無沉淀現(xiàn)象。

2.1.2防銹劑穩(wěn)定性

在室溫下將水溶性防銹劑存放兩周，觀察到防銹劑無分層、無沉淀現(xiàn)象，依舊呈透明狀。

2.2防銹膜形貌

在冷軋板表面浸涂防銹劑，采用BM-4XL型金相顯微鏡觀察防銹劑成膜前后試片表面形貌，如圖1所示。

圖1　冷軋板表面微觀形貌照片×400

由圖1可以看出，配制的水溶性防銹劑可以將金屬試片基體完全覆蓋，無基體裸露，且膜層均勻透明。

2.3極化曲線測試及分析

極化曲線測試采用PARSTAT-2273型電化學(xué)工作站(美國)進行。采用三電極體系，輔助電極為鉑電極，參比電極為飽和甘汞電極(SCE)，工作電極為待測冷軋板試樣，工作面積為1cm2。電解液為3.5%的氯化鈉水溶液。掃描速率為5mV/s，正弦波激勵信號為5mV，掃描頻率范圍為100kHz～10mHz。

一般生產(chǎn)用防銹劑均用自來水配制，本實驗將正交試驗確定的最優(yōu)配方分別用蒸餾水和自來水配制，浸涂在試片上，然后測試極化曲線來比較試片的防銹性能，測試結(jié)果見圖2。

由圖2擬合得出，未浸涂防銹劑的試片φcorr=-707.875mV，Icorr=10.87μA；用蒸餾水配制的防銹劑處理的試片φcorr=-485.488mV，Icorr=4.508μA；用自來水配制的防銹劑處理的試片φcorr=-490.391mV，Icorr=5.728μA，相對于未浸涂防銹劑的試片采用最優(yōu)配方配制的防銹劑防銹效果顯著提高，用蒸餾水和自來水配制的防銹劑自腐蝕電流只差了1.220μA，說明自來水中的雜質(zhì)對防銹效果影響不大，所以生產(chǎn)中應(yīng)用的防銹劑可直接用自來水配制。

圖2　極化曲線

2.4大氣腐蝕試驗

用正交試驗確定的溶液組成配制的防銹液浸涂試片，進行戶外暴露掛片試驗(暴露條件為沈陽春季氣候)，將浸涂防銹液的冷軋板試樣在室外懸吊起來，及時觀察暴露掛片出現(xiàn)銹點的時間。每組進行3組平行試驗，取平均值。記錄數(shù)據(jù)如圖3。

通過圖3看到，浸涂4#和5#防銹液的試片出現(xiàn)銹蝕的時間最長，在16組試驗中防銹效果最好；2#出現(xiàn)銹點最快，防銹效果最差。試驗得出浸涂最優(yōu)配方(17#)防銹液的試片出現(xiàn)銹點t為36d，圖3中4#和5#防銹液的防銹效果稍次于正交最優(yōu)配方。

圖3　試片出現(xiàn)銹點時間

在生產(chǎn)過程中根據(jù)冷軋板需要的防銹期長短，可以將此防銹劑與水以一定比例混合，以達到需要的防銹期限，同時還可以降低經(jīng)濟成本。將防銹液與水分別以1∶1、1∶2和1∶3體積比的比例混合，浸涂在冷軋板試片表面，進行大氣腐蝕試驗。大氣腐蝕試驗出現(xiàn)銹蝕的時間列于表3。

表3不同配比防銹液試片出現(xiàn)銹蝕時間

V液∶V水t銹蝕/d1∶1311∶2251∶318

由表3可以看出，配制的防銹液與水按不同比例混合，浸涂在試片上，大氣腐蝕試驗防銹時間有差別。生產(chǎn)中根據(jù)防銹期限的要求配制防銹液，可以降低成本。

3結(jié)論

1)以硅酸鈉、三乙醇胺、硼酸、乙二胺四乙酸和鎢酸鈉為原料，配制水溶性防銹劑。正交試驗確定了水溶性防銹劑的最優(yōu)配方為：250g/L硅酸鈉，1.0g/L三乙醇胺，2.0g/L硼酸，0.12g/L乙二胺四乙酸，0.8g/L鎢酸鈉。

2)實驗配制的水溶性防銹劑在冷軋板表面成膜均勻，涂防銹液后試片表面無裸露現(xiàn)象。在外界大氣環(huán)境下，進行大氣腐蝕掛片試驗，防銹t可達30d以上，防銹效果良好。

3)根據(jù)冷軋板需要的防銹期長短將最優(yōu)配方配制的防銹劑與水以一定比例混合，可達到不同需要的防銹期限。

參考文獻

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Research and Performance Test of Environmental Friendly Water-Soluble Rust Inhibitor

SHI Ning, ZHANG Shudi, LI Deshun

(Shenyang Ligong University，Shenyang 110159,China)

Abstract:An environmental friendly water-based rust inhibitor was developed.The optimized formulation was determined by orthogonal tests and using sodium silicate,triethanolamine,boric acid,ethylene diamine tetraacetic acid and sodium tungstate as raw materials.The optimized formulation were obtained as following：250g/L of sodium silicate,1.0g/L of triethanolamine,2.0g/L of boric acid,0.12g/L of EDTA and 0.8g/L of sodium tungstate.Stability of the rust inhibitor was more than two weeks,and this rust inhibitor could reduce the corrosion rate of cold-rolled steel significantly after the antirust film was formed.In addiition,atmospheric corrosion coupon experiments could reach to 35 days.So the rust inhibitor has good antirust protection effect,low cost and good application prospect.

中圖分類號：TG174.42

文獻標(biāo)識碼：A

收稿日期：2015-09-08修回日期： 2015-11-10

doi：1994,33(2):182-186.10.3969/j.issn.1001-3849.2016.03.003