金屬防腐蝕的方法與金屬表面處理技術研究

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圍環境介質之間發生化學或電化學作用而引起的破壞或變質。它是悄悄自發進行的一種冶金的逆過程，在人們生產實踐和生活中是經常見到的一種現象，給人類帶來巨大的經濟損失和社會危害。

首先，金屬腐蝕問題會造成巨大的經濟損失。金屬腐蝕給人類造成的危害和損失甚至超過風災、火災、水災和地震等自然災害的總和。有資料顯示，全世界每年由于腐蝕問題造成經濟損失約占當年國民經濟生產總值的，但其中大約四分這一是可以通過改善防腐蝕措施來避免的。因腐蝕報廢的鋼鐵高達總產量的三分之一，其中約占百分之十的廢品不能回收重煉，這無論對資源或能源來說，都是一個巨大的損失。

其次，金屬腐蝕問題會造成各種社會問題。腐蝕不僅大量吞噬鋼材，同時由于生產過程中的腐蝕造成設備的跑、冒、滴、漏，不僅污染環境，甚至著火、爆炸，從而引起廠房、機器設備破壞，釀成嚴重的事故，危及人身安全。由此，我們可以看到腐蝕防護問題的重要性，鋼鐵材料經過發黑處理，可快速形成整體顏色均勻一致的發黑膜，發黑后工件經封閉液處理，保護膜附著牢固、防腐性強，可達到高抗蝕的目的。

表1 配方正交實驗因素水平

表2 配方初選正交實驗結果

2 常溫無毒發黑液的研究配方初選

經過預先探索性試驗，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)。以外觀結果為檢驗指標，通過

正交實驗確定配方中各組分的濃度范圍。正交實驗表如表1所示。

配方初選結果如表2所示:

由表2可知，能形成發黑膜，且外觀較好的只有實驗編號為3，11，18這三個實驗。綜合這3個實驗的配方組分，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，處理時間為出現完整發黑膜后再在發黑液中停留1min左右。

3 單因素實驗結果與分析

以耐腐蝕性試驗的結果為檢驗指標。在上述配方的基礎，采用只改變其中一種成分，而其它成分不變的方法，來研究該配方中不同成分對發黑膜性能的影響及其在發黑過程中的作用。

3.1 pH值對發黑膜性能的影響

發黑液配方為硫酸銅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，處理時間為出現完整發黑膜后繼續再在發黑液中停留1 min左右。考察pH值對發黑膜的耐腐蝕性的影響。其實驗結果如圖1所示。

圖1 pH值對耐蝕性的影響

從實驗結果可知:pH值對發黑的影響較大，當pH值過低或過高時，不能形成發黑膜或者形成的發黑膜質量十分差。pH值較低時，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，則形成的發黑膜附著非常差。pH值過高時磷酸根離子容易與金屬離子反應生成沉淀。導致發黑液不能穩定的存在。由圖1中可知，當發黑液的pH值為4時，發黑液能穩定存在，且經發黑處理形成的發黑膜耐蝕性能較好。

表3 配方正交實驗因素水平

3.2 正交優化實驗結果與分析

通過單因素實驗得到發黑液的配方為: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，處理時間為出現完整發黑膜后再在停留1min左右。用硫酸銅點滴法檢驗用此發黑液處理的鋼片的耐腐蝕性，其結果為145s。

并確定正交實驗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值的變化對發黑反應影響大，將pH值定為4，處理時間為出現完整發黑膜后再在停留1min左右。

4 發黑液配方的優化

為進行一步提高發黑膜的耐腐蝕性，在單因素實驗的基礎上進行正交優化實驗。在單因素實驗的確定的配方范圍，在工藝條件pH值為4，處理時間為出現完整發黑膜后再在停留1min左右。以耐腐蝕性為考察指標，利用L16(45)表進行4水平5因素的正交實驗，如表3。由正交實驗得到發黑液的優化配方。最后在最優配方下，通過實驗得到最佳的發黑時間。

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

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