植酸在金属表面处理中的现状

李青竹

摘要：植酸是一种新型的防护金属腐蚀的螯合物。植酸与金属络合后，易在金属表面形成一层致密的单分子保护膜，能有效阻止氧气与金属基体接触，从而达到耐蚀的目的。同时,该保护膜中的羟基、磷酸基等活性基团，能与有机涂层发生化学作用，因此，经植酸处理后的金属表面与有机涂层有良好的附着力。对环境友好的植酸化合物自组装修饰于铜基电极表面，进行了电化学极化曲线实验,获得了最佳组装实验条件。

关键词：植酸金属处理

植酸是从粮食作物中提取的天然的无毒化合物，它的化学名称为环己六醇六磷酸酯，由于它的分子中有6个磷酸基，是一种少见的金属多齿鳌合物。植酸与金属络合后，易在金属表面形成一层致密的单分子保护膜，能有效阻止氧气与金属基体接触，从而达到耐蚀的目的。同时，该保护膜中的羟基、磷酸基等活性基团，能与有机涂层发生化学作用，因此，经植酸处理后的金属表面与有机涂层有良好的附着力。

一、植酸在镁-锂合金上的应用

镁-锂合金是一种新型的、最轻的金属结构材料，除了具有一般镁合金的高比刚度、高冲击韧度、良好切削加工性等优点外，还具有密度小、塑性高、优良的电磁屏蔽及抗震性等特点。镁-锂合金最初用在宇宙飞船、航天飞机、火箭等重要装备上，上世纪90年代以来，才被广泛应用在汽车、医疗器械和3C电子产品等方面。然而，镁-锂合金的耐蚀性能很差，限制了它的进一步应用。因此，研究提高镁-锂合金耐蚀性具有重要的现实意义。将植酸加入到阳极氧化过程使用的基本电解液中，在镁-锂合金表面制得了阳极氧化膜。讨论了植酸的质量浓度对氧化膜表面形貌和耐蚀性能的影响。

采用浸渍法，室温下在以植酸为主要成分的水溶液中制备了镁表面的耐蚀性转化膜，膜层制备后自然沥干，不需水洗。整个工艺过程中无废水及废气排放。利用正交试验分析了多因素对镁植酸转化膜耐蚀性影响，探明了膜层形成的最佳条件。结果表明，在处理液中主要成分植酸的质量分数为3%、pH值2.5~3.5、反应时间7 min的条件下制备的膜层具有最佳的性能，并对膜层的微观形貌进行了表征。环境友好型防腐蚀植酸处理技术有望成为新的镁表面防腐处理技术。

二、植酸对铜表面的缓蚀作用

植酸具有特殊的分子结构和很强的螯合作用及一定的成膜性且无毒无污染，是一种少见的金属多齿螯合剂，当与金属络合时，易形成多个螯合环，所形成的络合物稳定性极强，即使在强酸性环境中，植酸也能形成稳定的络合物。因此植酸易在金属表面形成自组装膜，能有效地阻止腐蚀介质与金属表面接触，从而阻止金属的腐蚀。但植酸分子的刚性大、空间位阻也相对较大，影响了分子在表面的紧密排列，所形成的膜有一定的缺陷。以铜基(纯铜与黄铜)材料制备电极，将植酸分子通过自组装技术修饰于电极表面，形成有序的单层.在0. 1 mol/LNaCl介质中，对植酸修饰层进行电化学极化曲线实验和交流阻抗观察，重点考察了组装浓度、时间以及pH等自组装因素，系统比较与评价组装条件与铜基材料上植酸层缓蚀性能的关系，通过实验的类比，优化了成膜方法。

植酸在较低浓度下组装，对于纯铜与黄铜均提高了缓蚀性能，尤其对于合金如黄铜成效显著.同时，在腐蚀液环境中，经交流阻抗分析，解析了植酸组装层的缓蚀机理。

三、植酸在镀锌钝化中的应用

植酸由于含有六个磷酸基，对金属具有较好的鳌合性，如在pH3-4时对锌的络合常数是15.5，因此，国外正将其用作金属的缓蚀剂，如用作热交换器的冷凝水的抗腐蚀剂，用作钢的底漆的抗腐蚀剂图，用作铝和铝合金的表面处理剂及作为锌与锌合金镀层的表面处理剂。由于镀锌层铬钝化中的铬酸盐的毒性和价格的昂贵，八十年代以来人们纷纷开始对镀锌层进行无铬钝化的研究，并采用加入合成的烃基膦酸(如HEDP)提高其缓蚀作用。我们按曾报道的方法从米糠中提取植酸闹，将其用于镀锌的无铬钝化中，比较它们与烃基膦酸对钝化膜的缓蚀性能，我们发现植酸对钝化膜的缓蚀性能优于其他的烃基膦酸。 过去镀锌层钝化一般采用铬酸法，价格昂贵，环境污染严重.近年来许多人纷纷探讨研究对镀锌层进行无铬钝化，并采用加入各种有机合成磷酸，提高其防腐性能，但效果一直不令人如意，然而将植酸用于镀锌的无铬钝化中，防腐性能优于各种烃基膦酸。

植酸的加入能延缓钝化膜的腐蚀，并且其抗腐蚀能力优于其他烃基膦酸，这可能是由于植酸有六个氧和六个磷酸基，它们能与多个锌离子鳌合，附集于钝化膜的表面增加了钝化膜的抗腐蚀性能。

四、植酸在铝合金上的应用

将Al及其合金放入含Ti、Zr、Fe离子二种或两种以上、pH值=9的碱性水溶液中进行处理后水洗干燥，再用含植酸的酸性水溶液处理。特点是防腐性好、涂膜致密、外观优良。

H2TiF60.2 g/L，ZrSO40.2 g/L，Fe(OH)30.2g/L，Na5P3O100.2 g/L，C5H6O71 g/L，NaOH适量；pH值11.5~13.8，温度70℃，将Al或其合金材料在上述碱性水溶液中浸渍6 s，用水洗净后，放入含植酸20 g/L的水溶液中(pH=3.5)，60℃浸渍6 s，用去离子水清洗干净，干燥即可。

结论

植酸以其独特的理化性能，可在金属表层形成坚固致密的单分子保护膜，抑制金属的氧化腐蚀，可广泛地应用于金属防护处理中，虽然我们在植酸生产与应用方面做了一些工作，并取得了较大的成绩，但与目前国外发达国家相比，还有相当的差距。植酸在金属防护处理中的广泛应用，能大幅度提高产品质量，降低生产成本，减少环境污染，对提高经济效益和社会效益有着不可估量的价值。

参考文献：

[1]朱传方，张景龄，刘义平.植酸的制取新工艺，中国医药工业，1990.3

[2]陈洪希.肌醇六磷酸脂在低温磷化液中的应用[J].四川化工与腐蚀控制，2000.3(4):7-11