常溫快速除銹添加劑的研究

李海濤， 趙一丹， 康侃， 顏明宏

（哈爾濱汽輪機廠有限責任公司，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

（哈爾濱汽輪機廠有限責任公司，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酸和促進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，首先要去除污物、氧化皮、銹蝕等后再進行保護。

由于鋼鐵的材料因加工工藝和使用條件不同，鋼鐵表面產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到既快、又經濟環保的除銹效果。

不銹鋼作為一種常見的特種鋼材，在我們生產和生活中得到越來越廣泛的應用，但在不銹鋼的加熱成型過程中，由于高溫氧化使其表面產生一層致密堅硬的灰黑色氧化皮，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，處理條件十分惡劣。為此我們研制出一種不含氫氟酸的，由普通無機酸和促進劑組成的新型添加劑。這種添加劑不僅能達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、污染和危險大大降低等多種優點，因而具有明顯的經濟效益和社會效益。

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重，以及一些由于熱處理等加工而產生的氧化物，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，而且還要節能環保。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。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物質。最近還有一類發展較快的無酸絡合物除銹工藝，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合型難去除的銹蝕，通常采用混合酸洗工藝。酸溶液中同時加幾種酸，以達到去除不同的氧化物的目的，在溫度較低時還采用加熱方式。

但無論采用哪種工藝，這些常規工藝，都是采用長時間、高濃度酸液或加熱來實現快速除銹，對環境污染嚴重，往往還會造成鋼鐵件的過腐蝕和氫脆，使零件報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，酸洗速度反而下降，是因為溶液飽合，溶下的氧化物不能溶解到溶液中，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，不僅污染環境毒害操作者，而且容易使鋼鐵件過腐蝕而報廢。

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，環境也得到了改善。這些添加劑可以根據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、濕潤劑和特殊絡合物來除銹；常見的銹蝕加入一些復合潤濕劑、洗凈劑、環境酸霧抑制劑等來實現常溫快速除銹；嚴重的氧化皮，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、復合絡合劑等來提高酸洗速度和質量，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，經過大量試驗，研制出了適合除銹的加速劑。它是由醇類物質加入潤濕劑、洗凈劑、酸霧抑制劑、復合絡合劑等組成，添加量為0.5%左右。不提高成本，在常溫下20min內除去普通銹蝕，1～2h內除去嚴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，零件的基體也隨之溶解在酸中，造成零件基體的腐蝕。同時酸洗的過程隨著腐蝕而產生大量的氫氣放出，這使零件基體產生氫脆，大大降低零件的強度。緩蝕劑的作用就是減少基體的腐蝕、析氫，同時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反應，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是根據油田注入水質特點研制的復合型咪唑啉衍生物，對A3鋼的緩蝕率可達95%左右，阻垢率達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遠好于常規的硫脲和苯甲酸、亞硝酸鈉等緩蝕劑。因為這些緩蝕劑緩蝕效率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生成的咪唑啉衍生物MC，MC再經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膜。咪唑啉作為一種有機胺，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。而本技術的特點還在于合成的咪唑啉衍生物中的有機膦酸，在水中電離出4個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，促進了電離，電離后的有機膦與溶液中的CaCO3、MgCO3和陰極上溶出的Fe2+或Fe3+絡合，形成穩定的絡合物溶于水中，從而達到了阻垢的效果。

5 酸物抑制劑的選擇

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

根據不同的酸洗類型，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，經過一年的試驗，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，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，無環境污染，達到了預期效果。

（編輯 黃 荻）

TG178

B

1002-2333（2013）09-0167-02

李海濤（1968-），男，工程師，從事燃機項目管理。

2013-04-02