專利名稱：一種抑制鋼鐵在鹽水中腐蝕的新型緩蝕劑的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及化學(xué)領(lǐng)域，尤其是涉及一種抑制鋼鐵在鹽水(22.4％食鹽溶液，下同)中腐蝕的新型緩蝕劑(簡稱XM-606)及其配制與使用方法。
緩蝕劑的應(yīng)用已有100多年歷史，然而由于用化學(xué)緩蝕劑法抑制鋼鐵在鹽水中腐蝕具有較大的難度，涉足者寥寥無幾，能參照的資料甚少。國外(日本)曾經(jīng)報(bào)道，在10～25％的NaCl溶液中添加NaNO2100g/l，苯甲酸鈉1g/l(總濃度相當(dāng)于87144ppm)可使軟鋼的腐蝕率降低為1/80(緩蝕率則為98.75％)。國內(nèi)《全面腐蝕控制》1995,9(1)32-33頁報(bào)道，在10～15％的NaCl鹽水中添加重鉻酸鉀4000ppm,mpA300ppm,HpMA10ppm和Zn++20ppm(總濃度為4330ppm)可使碳鋼的緩蝕率達(dá)到95％。
發(fā)明人認(rèn)為，采用重鉻酸鉀或亞硝酸鈉等鈍化型鋼鐵緩蝕劑固然高效，但存在著嚴(yán)重的問題其一，重鉻酸鉀、亞硝酸鈉屬危險(xiǎn)性陽極型緩蝕劑，若加入量不足，不僅不能使鋼鐵鈍化而起保護(hù)作用，反而會加速鋼鐵腐蝕，因而劑量往往較大。其二，重鉻酸鉀、亞硝酸鈉屬極毒致癌物質(zhì)，會污染人類賴以生存的環(huán)境，遭到淘汰是理所當(dāng)然的。為此，本發(fā)明的目的就在于研制一種高效、廉價(jià)、無毒或低毒的新型緩蝕劑，取代高效但極毒的亞硝酸鈉配方和重鉻酸鉀配方。
為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，所采用的技術(shù)路線及其作用原理如下(1)以緩蝕性能好，低毒無公害的鉬酸鈉作為主成份。眾所周知，鉬酸鈉是鋼鐵磷化常用的有效加速劑，若將鉬酸鈉與磷酸鹽或磷酸酯復(fù)配，借助組份間的協(xié)同作用，定能大幅度提高緩蝕效果，同時(shí)又能大幅度降低價(jià)格較貴的鉬酸鈉用量。(2)利用“分子剪裁法”合成的磷酸三乙醇胺，進(jìn)一步加強(qiáng)了醇胺基團(tuán)和磷酸根之間的協(xié)同作用。它在溶解O2的協(xié)同作用下，能在鋼鐵表面形成磷酸三乙醇胺、γ-Fe2O3、Fe3O4和FePO4的多重保護(hù)膜，并且由于它支鏈多，當(dāng)膜破損時(shí)尚具自修復(fù)的能力，與鉬酸鈉的復(fù)配性甚佳。(3)首次把磷酸二氫鋅引入鹽水介質(zhì)緩蝕劑中，它與正磷酸鹽或非水解性的鋅鹽(如ZnSO4等)相比較具有更多的優(yōu)點(diǎn)。磷酸二氫鋅具有水解性，能在鋼鐵表面的陰極反應(yīng)處形成不溶性的Zn3(PO4)2沉積膜，這是正磷酸鹽和非水解性的鋅鹽所沒有的。磷酸二氫鋅能電離，磷酸根在溶解O2的協(xié)同作用下，與Fe++反應(yīng)，在鋼鐵表面形成不溶性的FePO4沉積膜，其作用同正磷酸鹽，而Zn++有可能以Zn(OH)2的形式形成陰極型沉淀膜，這種膜不牢固，但能增效，其作用同非水解性的鋅鹽。(4)在新型緩蝕劑配方中引入適量烏洛托品，其分子中具有四個(gè)雜化原子N，可與鋼鐵表面裸露的鐵原子絡(luò)合，直接吸附于鋼鐵表面，抑制鋼鐵腐蝕陰、陽極共軛過程，避免緩蝕劑在鋼鐵表面形成保護(hù)膜期間陽極上鐵的溶解過快而使鋼鐵腐蝕率增大，同時(shí)它自身也可作為保護(hù)膜的有效組份，提高保護(hù)作用。(5)通過復(fù)配試驗(yàn)，達(dá)到優(yōu)化組合。實(shí)驗(yàn)表明鉬酸鈉、磷酸三乙醇胺、磷酸二氫鋅和烏洛托品四種組份首次作為一個(gè)整體(XM-606)配合完美，協(xié)同作用十分顯著，對抑制鋼鐵在鹽水中的腐蝕特別有效。
抑制鋼鐵在鹽水中腐蝕的方法包括在鹽水中添加1000ppm～2500ppm的XM-606鹽水介質(zhì)緩蝕劑及該緩蝕劑的制備與使用。這種緩蝕劑由35～45％鉬酸鈉、5～9％磷酸三乙醇胺、2-4％磷酸二氫鋅和45～55％的烏洛托品所組成。
緩蝕劑的組份最好分別配制成溶液的形式使用。A液為鉬酸鈉溶液，其含量為100mg/ml。B液為烏洛托品溶液，其含量為100mg/ml。C液為磷酸三乙醇胺和磷酸二氫鋅的混合液，磷酸三乙醇胺和磷酸二氫鋅之比為7∶3(重量比)，總含量為100mg/ml。
實(shí)際上C液可按下列反應(yīng)式，即……(1)……(2)計(jì)算出磷酸、三乙醇胺和氧化鋅的用量，通過直接反應(yīng)制得。配制時(shí)先取少量水，加入計(jì)算量的磷酸和三乙醇胺，充分?jǐn)嚢?，并靜置片刻，然后加入計(jì)算量的氧化鋅，繼續(xù)攪拌至全溶，最后補(bǔ)足水量，攪勻即可。
根據(jù)鹽水介質(zhì)的重量、要求的緩蝕劑濃度以及緩蝕劑的組份配比可計(jì)算出A液、B液和C液的用量。然后按照A、B、C的順序逐一加入鹽水介質(zhì)中，每次添加都要充分?jǐn)嚢?，使緩蝕劑各種組份均勻分散在鹽水介質(zhì)中，即可投入使用。這種混合型的緩蝕劑(XM-606)對抑制鋼鐵在鹽水中的腐蝕特別有效。
XM-606鹽水介質(zhì)緩蝕劑濃度為1500ppm時(shí)，對A3鋼的緩蝕率高達(dá)99.24％，鋼樣經(jīng)1800小時(shí)失重試驗(yàn)，表觀極好，光亮如初。XM-606與亞硝酸鈉配方相比，緩蝕率高出0.49％，而劑量僅為亞硝酸鈉配方的1/58；XM-606與重鉻酸鉀配方相比，緩蝕率高出4.24％，而劑量僅為重鉻酸鉀配方的34.6％，而且原材料無毒，其綜合性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于亞硝酸鈉配方和重鉻酸鉀配方。用XM-606取代高效但極毒的亞硝酸鈉配方或重鉻酸鉀配方，不僅可以取得更大的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)也有利于保護(hù)人類賴以生存的環(huán)境。
實(shí)施例1試驗(yàn)溶液為不加XM-606緩蝕劑的22.4％食鹽溶液和加有按40％鉬酸鈉、7％磷酸三乙醇胺、3％磷酸二氫鋅和50％烏洛托品(重量百分比)配制成的XM-606鹽水介質(zhì)緩蝕劑1500ppm的22.4％食鹽溶液。試驗(yàn)材料為A3鋼，規(guī)格為5×2.5×0.2cm，表面積為28cm2。所用試樣均經(jīng)金相砂紙逐級打磨，再經(jīng)自來水和無水酒精清洗，冷風(fēng)吹干，置于干燥器24小時(shí)以上，備用。
實(shí)驗(yàn)采用失重法，試樣經(jīng)稱重后在試驗(yàn)溶液中浸泡1800小時(shí)，取出的試樣GB6384-86方法處理、稱重，按下列公式(3)計(jì)算鋼樣的腐蝕率υ，即υ(mm/y)=8.76×104×Δw/s×t×ρ……(3)式中ΔW為鋼樣的失重(g),S為鋼樣的表面積(cm2),t為浸泡時(shí)間(h),ρ為鋼樣的材料密度(g/cm3)。
再按公式(4)計(jì)算緩蝕劑對鋼鐵的緩蝕率E，即E(％)=(υo-υc)/υo×100……(4)式中υo為空白的鋼樣腐蝕率，υc為給定緩蝕劑的鋼樣腐蝕率。
測試結(jié)果如下當(dāng)緩蝕劑濃度為1500ppm時(shí)，對A3鋼的緩蝕率為99.24％。
實(shí)施例2方法及緩蝕劑的配方同實(shí)施例1，當(dāng)緩蝕劑濃度為2500ppm時(shí)，對A3鋼的緩蝕率為99.11％。
權(quán)利要求
1．一種抑制鋼鐵在鹽水中腐蝕的新型緩蝕劑，由鉬酸鈉、磷酸三乙醇胺、磷酸二氫鋅和烏洛托品所組成，其特征在于它們的配比(重量比)為鉬酸鈉35～55％；磷酸三乙醇胺 5～9％；磷酸二氫鋅2～4％；烏洛托品 45～55％。
2．如權(quán)利要求1所述的一種抑制鋼鐵在鹽水中腐蝕的新型緩蝕劑，其特征在于該緩蝕劑在使用時(shí)的濃度為1000ppm～2500ppm。
3．如權(quán)利要求1所述的一種抑制鋼鐵在鹽水中腐蝕的新型緩蝕劑，其特征在于該緩蝕劑的組份最好配制成溶液的形式使用，A液含鉬酸鈉100mg/ml；B液含烏洛托品100mg/ml；C液為磷酸三乙醇胺和磷酸二氫鋅的混合液，總含量為100mg/ml，而磷酸三乙醇胺與磷酸二氫鋅之比為7∶3(重量比)。
4．一種權(quán)利要求1的新型緩蝕劑的配制方法，其特征在于(1)將鉬酸鈉配制成含量為100mg/ml的溶液，即A液；(2)將烏洛托品配制成含量為100mg/ml的溶液，即B液；(3)磷酸三乙醇胺和磷酸二氫鋅之比為7∶3(重量比)，總含量為100mg/ml的混合液，即C液，配制時(shí)先按下列反應(yīng)式，即計(jì)算出磷酸、三乙醇胺和氧化鋅的用量，然后取少量水，加入計(jì)算量的磷酸和三乙醇胺，充分?jǐn)嚢?，并靜置片刻，再加入計(jì)算量的氧化鋅，繼續(xù)攪拌至全溶，最后補(bǔ)足水份即可。
5．一種權(quán)利要求1的新型緩蝕劑的使用方法，其特征在于先根據(jù)鹽水介質(zhì)的重量、要求的緩蝕劑濃度以及緩蝕劑的組份配比計(jì)算出A液、B液和C液的用量，然后按照A、B、C的順序逐一加入鹽水介質(zhì)中，每次加入都要充分?jǐn)嚢瑁咕徫g劑各種組份均勻分散在鹽水介質(zhì)中，即可使用。
全文摘要
一種抑制鋼鐵在鹽水中腐蝕的新型緩蝕劑(簡稱XM－606),是由35～45%的鉬酸鈉、5～9%的磷酸三乙醇胺、2～4%的磷酸二氫鋅和45～55的烏洛托品所組成的。這種緩蝕劑濃度為1000～2500ppm時(shí)不僅能在鹽水中的鋼鐵表面形成多重保護(hù)膜,而且當(dāng)膜破損時(shí)尚具有自修復(fù)的能力,因此,它對抑制鋼鐵在鹽水中的腐蝕特別有效,緩蝕率高達(dá)99.24%。并且所需劑量小、成本低,原材料無毒。
文檔編號C23F11/08GK1224078SQ9810471
公開日1999年7月28日 申請日期1998年1月22日 優(yōu)先權(quán)日1998年1月22日
發(fā)明者郭良生, 黃霓裳, 石小燕, 邱富榮 申請人:中國科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所二部