常温快速除锈添加剂的研究

李海涛， 赵一丹， 康侃， 颜明宏

（哈尔滨汽轮机厂有限责任公司，哈尔滨 150046）

常温快速除锈添加剂的研究

李海涛， 赵一丹， 康侃， 颜明宏

（哈尔滨汽轮机厂有限责任公司，哈尔滨 150046）

针对不锈钢的加热成型过程中高温氧化生成的氧化皮，研制出一种由普通无机酸和促进剂组成且不含氢氟酸的新型添加剂。

不锈钢；酸洗；加速剂；过腐蚀

1 引言

钢铁的损耗主要是腐蚀损失。钢铁在大气或水等介质里的行为主要是氧化腐蚀，我们在为钢铁做防锈或防蚀处理时，首先要去除污物、氧化皮、锈蚀等后再进行保护。

由于钢铁的材料因加工工艺和使用条件不同，钢铁表面产生的腐蚀和锈蚀不同，处理的方法也不同。除锈的工艺要根据具体情况来选择，不同的材料，不同的锈蚀，要用不同的工艺才能达到既快、又经济环保的除锈效果。

不锈钢作为一种常见的特种钢材，在我们生产和生活中得到越来越广泛的应用，但在不锈钢的加热成型过程中，由于高温氧化使其表面产生一层致密坚硬的灰黑色氧化皮，既影响外观，又影响深加工，故在深加工前必须将其除去。目前主要采用热的氢氟酸和硝酸的混合溶液浸泡去除，处理条件十分恶劣。为此我们研制出一种不含氢氟酸的，由普通无机酸和促进剂组成的新型添加剂。这种添加剂不仅能达到或超过氢氟酸和硝酸的处理效果，而且还具有成本低、工艺简单、污染和危险大大降低等多种优点，因而具有明显的经济效益和社会效益。

除锈溶液受温度的影响很大。工艺选择不好，除锈的效果也不好。常用的工艺是硫酸、盐酸和硝酸等，对一些普通钢铁锈蚀除锈效果还可以，但对于温度低或氧化皮严重，以及一些由于热处理等加工而产生的氧化物，这些普通酸洗的效果就不理想，所以研究一些针对性的酸洗防锈工艺显得特别重要，不仅要提高除锈效果和效率，而且还要节能环保。本课题就是针对不锈钢叶片热处理氧化皮锈蚀而研究的新的工艺添加剂。这种工艺在常温下提高去除速度20倍，并且低酸雾和低毒性。

2 钢铁锈蚀类型及常用工艺选择

（1）钢铁的常见锈蚀有以下几种类型：（a）普通锈蚀，主要成分是Fe2O3；（b）氧化皮和热腐蚀,主要成分是Fe2O3-FeO;（c）腐蚀加水垢，主要成分是 Fe2O3、CaCO3、MgCO3等；含Ni、Cr的不锈钢的氧化皮，主要成分是NiO-Cr2O3-Fe3O4等。

（2）除锈工艺选择。常用的酸主要是H2SO4体系和HCl体系。有时特殊情况下也采用HNO3体系，铸造件还需加HF，以去除SiO2等物质。常用酸的浓度一般为20%左右。酸洗后的钢铁表面很容易生锈，所以还有一类酸洗工艺是磷化、钝化二合一工艺，使除去锈蚀的表面再生成一层薄的磷化膜或钝化膜。

常见的酸洗液中加入磷酸盐或氧化剂，如亚硝酸钠或双氧水及三乙醇胺等化学物质。最近还有一类发展较快的无酸络合物除锈工艺，主要针对一些有色金属及其氧化层氧化物的去除。

（3）对于一些混合型氧化皮和一些复合型难去除的锈蚀，通常采用混合酸洗工艺。酸溶液中同时加几种酸，以达到去除不同的氧化物的目的，在温度较低时还采用加热方式。

但无论采用哪种工艺，这些常规工艺，都是采用长时间、高浓度酸液或加热来实现快速除锈，对环境污染严重，往往还会造成钢铁件的过腐蚀和氢脆，使零件报废或降低零件的可靠性。

针对这些情况，研究一种常温快速低酸雾除锈工艺就有着特别重要的意义，研究酸洗的各种添加剂，提高除锈的加速剂，缓蚀剂和酸雾抑制剂，以及复合型酸洗除锈工艺。

3 加速剂的选择

为了提高除锈速度，一般采用高酸度或加热方法，但酸的浓度提高到某一值时，酸洗速度反而下降，是因为溶液饱合，溶下的氧化物不能溶解到溶液中，使溶解氧化物或锈蚀能力大大降低；通过加热来提高除锈速度，不仅污染环境毒害操作者，而且容易使钢铁件过腐蚀而报废。

那么，在一定的酸浓度下，通过加入一些提高氧化物溶解速度的添加剂，已达到除锈酸洗在常温下既快又好的效果，提高除锈速度，又不过腐蚀，环境也得到了改善。这些添加剂可以根据不同的锈蚀和氧化皮来选择。如：铸造件加入HF酸和含氟的表面活性剂、湿润剂和特殊络合物来除锈；常见的锈蚀加入一些复合润湿剂、洗净剂、环境酸雾抑制剂等来实现常温快速除锈；严重的氧化皮，包括热处理件可用混合酸 H2SO4、HCl、HNO3、HF 等配合，加入少量溶解湿润剂，洗净剂等表面活性剂以及酸雾抑制剂、复合络合剂等来提高酸洗速度和质量，使除锈快速，表面钝化又不过腐蚀。

针对叶片不锈钢热处理件，经过大量试验，研制出了适合除锈的加速剂。它是由醇类物质加入润湿剂、洗净剂、酸雾抑制剂、复合络合剂等组成，添加量为0.5%左右。不提高成本，在常温下20min内除去普通锈蚀，1～2h内除去严重氧化皮锈蚀和热处理锈蚀，无酸雾污染。由于在提高除锈速度的同时还要防止过腐蚀和氢脆，所以还要研制高效酸洗缓蚀剂。

4 缓蚀剂的选择

酸洗除锈的过程是氧化物锈蚀溶解的过程，但氧化物溶解的同时，零件的基体也随之溶解在酸中，造成零件基体的腐蚀。同时酸洗的过程随着腐蚀而产生大量的氢气放出，这使零件基体产生氢脆，大大降低零件的强度。缓蚀剂的作用就是减少基体的腐蚀、析氢，同时不影响酸对氧化皮和锈蚀溶解。

一般酸溶液除锈缓蚀剂随工艺不同，类型也会不同，主要是考虑相互间的配合和化学反应，例如硫酸体系的酸洗要用脲类缓蚀剂而不能用胺类缓蚀剂，如乌洛托品；盐酸体系用胺类缓蚀剂，而不是脲类缓蚀剂；而目前开发的高效缓蚀剂可以用于所有酸溶液体系，缓蚀率高，效果好，除锈后基体不易再生锈。

我们合成研制了两种针对硫酸体系的缓蚀剂。一种是复合醇类缓蚀剂，另一种是合成咪唑啉缓蚀剂阻垢剂MCP高效缓蚀剂，高效缓蚀剂MCP是根据油田注入水质特点研制的复合型咪唑啉衍生物，对A3钢的缓蚀率可达95%左右，阻垢率达86%，而且加入量仅2×10-5。

咪唑啉及其衍生物作为缓蚀剂效果远远好于常规的硫脲和苯甲酸、亚硝酸钠等缓蚀剂。因为这些缓蚀剂缓蚀效率20%～50%。而且咪唑啉衍生物还具有阻垢作用，是目前国内外最新型高效缓蚀阻垢剂。

该缓蚀阻垢剂是由羟酸、多胺按比例在一定温度下反应生成的咪唑啉衍生物MC，MC再经膦甲基化作用生成膦酸基咪唑啉衍生物MP，MC再与MP混合制得MPC，反应中需要升温、减压。

此缓蚀阻垢剂的主要作用是吸附在金属表面上形成保护膜。咪唑啉作为一种有机胺，在酸性水溶液中生成带正电的季胺离子。并在金属表面的阴极吸附（物理吸附）阻止H+的吸附和还原，从而防止金属的腐蚀。而本技术的特点还在于合成的咪唑啉衍生物中的有机膦酸，在水中电离出4个H+和膦酸根离子，在钢铁腐蚀过程中，阴极上溶解氧化还原成OH－，使微阴极上pH值升高，促进了电离，电离后的有机膦与溶液中的CaCO3、MgCO3和阴极上溶出的Fe2+或Fe3+络合，形成稳定的络合物溶于水中，从而达到了阻垢的效果。

5 酸物抑制剂的选择

除锈酸洗过程中由于溶解反应和H2的析出，要带出大量酸雾，使工作环境极其恶劣，同时也损失大量的酸。既要快速又要减少腐蚀，采用常温除锈酸洗同时加入酸雾抑制剂使除锈工艺得以实现。

根据不同的酸洗类型，常用的酸雾抑制剂有含氟表面活性剂、非离子型表面活性剂和阴离子型表面活性剂。我们采用非离子型和阴离子型复合表面活性剂或单一含氟表面活性剂来抑制酸雾，在酸洗表面形成阻挡层，使酸雾不能溢出。

6 不锈钢叶片氧化皮除锈工艺

针对热处理不锈钢表面氧化皮，经过一年的试验，以20%的H2SO4为基液，添加我们合成的加速缓蚀、抑雾剂，在常温下除锈，使原来需要24h的工期，降到1～2h，取得了良好的效果。我们在电镀车间做了同样的试验，也取得了令人满意的效果。在常温下，除锈速度快，除锈后不易生锈，无环境污染，达到了预期效果。

（编辑 黄 荻）

TG178

B

1002-2333（2013）09-0167-02

李海涛（1968-），男，工程师，从事燃机项目管理。

2013-04-02