一种不含亚硝酸钠的黑色金属防锈水的研制

1、一种不含亚硝酸钠的黑色金属防锈水的研制刘旭麟，彭乔，刘顺华，张明嘉（大连理工大学材料工程系，辽宁大连116023）摘要：研制了可替代亚硝酸钠防锈水的新型黑色金属防锈水。该新型防锈水满足雨季（7、8和9月）三个月铸件毛坯 中间库存的防锈要求，成本低于防锈漆和防锈油，配制方便，不污染环境。尖键词:防锈水；黑色金属；圭坯铸件中图分类号：tg221 文献标识码：b文章编号：100124977 （2002） 1120720203development of anticorrosion water not containing nanchfor ferrous metallkj xu21in , peng

2、 qiao , lu shuri2hua , zhang ming2jia(department of materials engineering , dalian university of technology , dalianl 16023 , liaoning , china)收稿日期：20022（）7224。作者简介：刘旭麟（i951-）,男.辽宁大连市人，副教授，研究方向为金属材料凝固组织控制铸造合金新材斜开发铸件质量控制。我国黑色金属工序间防锈和毛坯铸件中间库存防 锈主要采用衽毛坯件上涂防锈油、防锈漆或喷淋防鉄 水（小件也可浸泡于防锈水中）等措施。涂防锈油成本高，不易清洗，不便于

3、后续工序的 加工；而涂防锈漆成本也高，也极难清洗，且在进行 零部件组装后，随着机械的运行，油漆剥落，从而污 染润滑油。含有亚硝酸钠的防锈水对黑色金属具有彳辰 好的防锈功能，是我国沿用多隹的传统防锈水，但亚 硝酸钠刺激人的皮肤，有使人致癌的可能。因而，近 年来研制用于黑色金属的不含亚硝酸钠的防锈水，一 直是材料与防腐工作者研究的课题之一。我们着手对国內黑色金属常用缓蚀材料进行了优 选，试验获得了不含亚硝酸钠的能较好用于黑色金属 工序间和铸件毛坯中间库存的防锈水。并与国内一些 厂家使用的含亚硝酸钠防锈水的缓蚀效果进行了对 比，得到了可替代含亚硝酸钠防锈水的结论。1化学试剂的选择111实际应用对防锈

4、水的要求以雨季三个月内铸造毛坯不锈为基本要求； 由于工艺过程需要人工操作，可能无意识地接触 到防锈水，所以要求配制的防锈水应该无毒或低毒 对人的皮肤无刺激或微刺激；对环境无污染； 在工艺上要考虑到流水作业的连续性和可行性；（h 为了不影响下一道工序的加工作业，防锈水形成的脾 必须容易清除，即防锈水膜的水溶性是可逆的，或粧 锈水薄膜不足以影响下一道工序加工，如果下一道工 序是装配工序，则防锈水薄膜不能污染润滑油。112缓蚀剂的选择根据多种化学药剂的复配性，选择要有一定的广 度。撇除各种戶刺激性、污染类的无机盐类，选定钳 酸钠作为缓蚀剂的主体。以往的试验证明，对缓蚀剂 复配可使缓蚀效果显著提高。能

5、与钮酸钠复配的，必 须是与钳酸钠相容的物质。可供复配的有胺类、苯类 等各种有机物及无机物，如苯甲酸钠、三乙醇胺、尿 素、乌洛托品、硅酸钠等。113载体、成膜剂的选择首先作为载体必须对添加的其它化学药剂具有良 好的容忍性，一定的增稠性。另外，成膜剂形成的膜 最好对水气、空气有较低的吸附性以及对基体附着性 好、能用水清洗干净。如果兼有表面活性和消泡性则 更佳。这类材料有甘油、动植物胶、淀粉、合成聚合 物、半合成聚合物、水溶性树脂等天然和合成的高分 子化合物。为了使成膜剂达到良好的性能，必要时进 行多种材料复配。114表面活性剂的选择由于毛坯表面凹凸不平或残留棱角，如果防锈水 没有良好的润湿性，将会

6、导致防锈水覆盖不均，严重 的则会加速锈蚀，防锈水便失去了防锈意义。表面活 性剂以极少的添加量就能降低溶液的表面张力，因而 能够增加防锈水的润湿性。市面有大量的表面活性剂 作为商品出售且价格便宜，例如：平平加t '6501、 jfc 等。2试验方案设计及试验结果211试验方案设计将各种表面活性剂、缓蚀剂、成膜剂进行化学反 应试验。根据溶解度、粘度、相互间是否发生化学反 应产生沉淀物等现象，最终选择钳酸钠、三乙醇胺、 苯甲酸钠作为缓蚀剂的复配药剂；成膜剂兼表面活性 剂则选择具有一定水溶性的有机物，简记为ve。试 验用自来水，ph值为6,每次试验用水的容量为 looml。采用l9 （34）正

7、交试验得到的九种配方防锈 水都是无色透明的。用碳酸钠调整ph值在910之 间。试验方案见表1。表1试验方案编号ve/g钳酸钠/g三乙醇胺/ nil苯甲酸钠 / g113102185931121044335453810063121275310285814951250212试验结果在工艺上，考虑到流水作业的连续性，将试样在 防锈水中浸泡20分钟，自然干燥。结果，经百叶雅 挂片测定，用3、6和8号配方制得的防锈水涂刷次 铸铁毛坯件，存放三个月（7、8和9月）不锈，帀 且易于用水清洗，对铸件毛坯后加工液、清洗液和环 境无污染。作为对比，将毛坯件涂刷含亚硝酸钠的防 锈水（6 %亚硝酸钠+ 014 %碳酸

8、钠）后，浸泡20分 钟，自然干燥，经百叶箱挂片测定的铸件毛坯件仅金 维持10天不锈。3动态极化曲线的测定及缓蚀机理分析311动态极化条件动态极化条件如表2所示。表2动态极化条件扌描速度60mv/ min介质03 号及 6 %nano2+ 014%ha2co3 防锈水开始扫描电位£cor2100mv温度26 t参比电极ag/ agcl表面积研lcm2辅助电极n究电极a3钢312防锈水电化学性能利用大连理工大学研制的cp5型综合腐蚀测说 仪测定3号防锈水和6 %nano2 + 014%ha2co3防務 水的电化学性能，动态极化曲线如图1、2所示。313缓蚀机理分析电化学性能参数测定的试验

9、条件与涂了防锈水笊 铸件（或工序间的半成品件）在大气环境下的腐蚀条 件有所不同，但通过电化学性能参数的测定可从一个 侧面定性地确定6 %nano2 + 014 %na2co3防锈水和 新型防锈水形成的抗蚀膜的抗蚀能力。log/ /（ma cm*2）图2 6 %nano> + 014 %na2co3防锈水的动态极化曲线随着作用于腐蚀电极（a3钢）电压的增加，电 流随之增加。此时，外电流加剧了腐蚀过程，而缓蚀 剂引起钢件表层抗蚀膜的不断加厚，阻止电流的进一 步加大，此吋表现为钝化现象，即随电压的增加，电 流增加的非常缓慢。这个过程中电流强度的平均值就 是维钝电流（）,维钝电流越小越好。当电压

10、进一 步加大时，抗蚀膜承受不了高压而被击穿，此时的电 压称为击穿电位（昂），击穿电位越大越好。钝化开 始到钝化结束的电压范围称为钝化区宽度，亦称钝化 区间，钝化区间越大越好。由图1、2和表3可见，3号防锈水的维钝电流 比含亚硝酸钠的防锈水（6 %nano2 +014 %na2co3） 的维钝电流要小；而击穿电位、钝化区宽度却很大。 这也证明3号防锈水具有优良的缓蚀效果。表3两种配方防锈水的电化学性能配方击穿电位 / v钝化区宽度 / v维钝电流，/p/ （macm22）3号01781101211756 %nano2+ 014%na2co?防锈水0176018121150备注：钝化区宽度为eec

11、ot （v）般认为，亚硝酸钠在金属表面生成不溶性的致 密氧化物薄膜，从而阻止了金属腐蚀的阳极过程，起 到缓蚀作用。由于nano2只有溶液处于微碱性（ph 为810）时才能起到缓蚀作用口，因此n&2co3虽 也有缓蚀作用，但与nano2复配，其主要目的在于 调整防锈水p h值。釦酸盐是阳极型缓蚀剂，其缓蚀过程是moo? 与fe? +首先形成非保护性络合物，然后fe? +再由水 中的溶解氧氧化成fe3+ ,这时fe2+ t目酸盐络合物 就转化成钳酸高铁，它不溶于中性或碱性水溶液，s 终覆盖在钢铁表面形成保护膜。但是这种fe- moo4 -fe2o3保护膜并不十分致密，尚有若干钝化 不完全的

12、微孔，这些微孔就可能成为fe2+ fe3 + 1 向溶液和腐蚀介质渗入金属基体的通道，构成潜在篠 蚀。当钳酸盐与苯甲酸钠、三乙醇胺复配使用时，避 过化学、物理吸附及络合、螯合作用，在fe- moo4 -fe2o3膜之外又形成新吸附层，构成了一层 三维网络的缓蚀屏障，其作用远强于单纯的钳酸盐吸 附层。三维网络缓蚀膜能有效地堵塞金属离子的扩眾 通道，阻止腐蚀介质向内渗透，具有多组分缓蚀剂1百 的互补性，从而有效地抑制了金属的腐蚀。成膜剂ve具有承载缓蚀剂和润湿金属的功能， 保证了在金属表面均匀成膜并且使足够厚度的缓蚀剂 附于金属表面。成膜剂本身对缓蚀效果的影响有待进一步研究。4结论（0研制的新型防

13、锈水能够满足雨季（7、8和9 月）三个月铸件毛坯中间库存的防锈要求。（2）利用研制的新型防锈水在室温下对铸件毛坯 进行喷淋或浸涂，操作方便，节省能源。（3）研制的新型防锈水成本低于涂漆或防锈油, 且在后加工及清洗工序中易于清洗、不污染清洗液, 可以消除涂漆或防锈油工艺的弊病。致谢：覃业同志参加了此项试验研究工作，衽此感 谢！参考文献：1范树清，等.金属防锈及其试验方法m.北京：机械工业出 版社，1996（2）杨文庆.钮酸盐系缓蚀剂的进展0材料保护，1995, 28（8）: 1619（编辑： 杜向才、duxc foundyworldlcom）上海欧区爱国际贸易有限公司/欧区爱铸造辅助材料（上海）

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