【最新】《防锈工艺教案.2》

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1、 教案用纸教 学 内 容 备 注第 页1第 1 章 防锈技术概论1.1 引言1.1.1 防锈的目的及范围防锈技术是防止金属制品裸露面在储存、运输期间锈蚀的技术。金属制品常有以裸露面作为工作面的，如果此裸露面暴露在大气中而不进行保护，会受到空气中潮湿或污染物的作用而腐蚀生锈，轻则影响制品的外观质量，重则影响制件的使用功能，甚至使制件降级或者报废。很多金属制件需要储存和运输，有时储存或运输的时间比较长，在此期间，金属制件必须要进行保护，而所用到的防护材料称为防锈材料。在金属制件投入使用时，必须去除这类防护材料以恢复原来裸露状态以便于工作，因此这种防护技术也称为暂时性保护。所使用的材料称为暂时性防护

2、材料。金属制件的非工作表面，常采用涂覆油漆、涂料或进行金属覆盖层保护，这类技术称为永久性保护。金属制件在使用防锈技术进行防锈前，必须保证金属制件的表面是无锈、清洁、干燥。否则防锈效果降低甚至完全失效。在对金属制件进行防锈处理后，有时需要进行包装，金属制品处于包装状态下封存不用的技术称为封存防锈或包装防锈。包装是为了保护制件，使其不受储运中机械力损害，可保护制品上的防锈材料以保证防锈效果。因此在防锈技术中包括包装技术。1.1.2 防锈技术的发展人类开始使用钢铁，就遇到了钢铁的锈蚀问题。公元 250 年，中国（后汉）出现了使用石油作车辆的润滑与铁的防锈。这是人类使用石油作防锈油的开始。1450-1

3、458 年欧洲人用一种白苏子油涂纸后包针，是防锈纸使用的开始。随着机械制品以及商品的流通发展，航海事业的兴起，世界性战争中武器的远洋运输和储备，大大地促进了金属制品防锈技术的发展。在 1943 年英国发布了包装标准(BS1133)，在 1944 年将其中金属防腐蚀部分作为单行本出版，由军用推广到民用。美国在第二次世界大战中，因要解决武器运输到东南亚高温高湿地区的腐蚀问题，在防锈技术上发展很快，美军对防锈材料订立了 P 系列标准，包括系列材料的质量标准和检验方法。在 20 世纪 40-50 年有关的报道和专利最多，在此期间，防锈油脂品种达到系列化。气相缓蚀剂也得到了迅速发展，二次世界大战出现的亚

4、硝酸二环己胺被誉为“划时代的气相防锈剂 ”。 教案用纸教 学 内 容 备 注第 页2可剥性塑料和茧式包装技术也在同时问世。缓蚀剂的合成、理论探讨、防锈材料的评价方法和包装技术也有很大进步，至此，防锈材料与使用技术基本形成了体系。随着技术进步，防锈材料与技术不断发展更新，如防锈油脂中的热涂厚油脂已经被淘汰，改用冷涂薄油。同时，随着科技的突飞猛进， ，各种制品精度不断提高，产品规格更加多样化，以及人们日益增长的对环境的要求，对金属制品的防锈技术提出了更高的要求出现。1.2 金属在大气中的腐蚀根据金属腐蚀学可知，绝大多数金属发生腐蚀是一个自发的过程，腐蚀是金属的自然趋势。金属在大气中的腐蚀过程是电化

5、学腐蚀，金属与大气中的潮湿水汽、氧共存而发生电化学腐蚀。其反应为：22)(OHM该反应是氧去极化的电化学腐蚀过程，是由阳极反应 e阴极反应 HO42以及二次反应 所组成，该反应生成的沉淀2)(物在金属表面的附着不牢固，而且膜层疏松，不具有保护作用。（1）大气腐蚀的影响因素：湿度：空气中水汽的含量。绝对湿度（g/m3）：单位体积空气中含水蒸汽质量。相对湿度（%）：空气中水蒸气含量对同一温度时空气饱和水蒸汽含量的比值。临界相对湿度：温度：金属在大气中，只有相对湿度处于临界状态以上时，温度的升高会使金属的腐蚀速度加快。氧：中性介质中金属的腐蚀主要为氧去极化过程，没有氧，金属在大气中不会腐蚀。污染物：

6、各种有腐蚀活性的污染物、无化学活性但有吸附活性的物质、非化学活性也非吸附活性物质对金属均有腐蚀作用。金属的种类不同，合金等均对金属在大气中的腐蚀产生影响。（2）大气腐蚀的防护方法 教案用纸教 学 内 容 备 注第 页3提高材料的耐蚀性：通过合金化在普通碳钢的基础上加入适量的合金元素，可以改变锈层的结构，生成一层具有保护性的锈层。如加入铜、磷、铬、镍等。采用有机、无机涂层和金属镀层：“暂时性”防护层和缓蚀剂：“暂时性”防护层包括各种防锈油、防锈纸、可剥性塑料控制环境：充氮封存、采用吸氧剂、干燥空气封存。（3）常用的防锈方法防锈水、防锈切削液、防锈油脂、气相缓蚀剂封存、可剥性塑料封存、环境封存1.

7、3 金属制品加工过程中各因素对锈蚀的影响金属制品从原材料开始、经过各种加工成为产品。其中有各种冷热加工、装配以及管理的各个过程如检查、搬运等，接触各种人员、各种加工用工艺材料、各种搬运器具，这些都与金属制品的锈蚀有关。原材料：加工前已经锈蚀严重，加工中部分不能完全去除，甚至在成品中表现出来。各种工艺材料：如切削液、润滑液、热处理熔盐，或者酸洗或酸洗后清洗不彻底，也会引起严重的锈蚀。金属制品在运输、搬运中与人手接触，手上的汗液会引起锈蚀。管理上：搬运器具不清洁，成品库管理不规范等。1.4 防锈技术的内容防止金属的腐蚀应该从以下几个方面入手：（1） 选择耐大气腐蚀的金属材料，选择适宜的热处理技术。

8、（2） 在设计上，避免与其他金属接触，避免缝隙、凹槽等。（3） 使用保护层。（4） 保持金属表面的清洁。（5） 环境要保持干燥、无氧或加缓蚀剂。（6） 合理包装。（7） 储存时保持干燥清洁。 教案用纸教 学 内 容 备 注第 页4第 2 章 缓蚀剂定义：在美国材料与实验协会关于腐蚀和腐蚀试验术语的标准定义中，缓蚀剂是“一种以适当的浓度和形式存在于环境（介质）中时，可以防止或减缓腐蚀的化学物质或几种化学物质的混合物” 。技术特性：直接投加到腐蚀系统，具有操作简单、见效快、能保护整个系统。实际应用的缓蚀剂通常由两种或以上物质组成，它们之间具有协同作用。缓蚀剂主要应用腐蚀程度中等或较轻系统的中长期保

9、护，以及对某些强腐蚀介质的短期保护。2.1 缓蚀剂的分类缓蚀剂种类繁多，缓蚀机理复杂，为了研究方便，常从多种角度对缓蚀剂进行分类。2.1.1 按照化学组成分类（1）无机缓蚀剂：亚硝酸盐、硝酸盐；铬酸盐、重铬酸盐；磷酸盐、多磷酸盐；硅酸盐；钼酸盐；含砷化和物。 （2）有机缓蚀剂：胺类；醛类；炔醇类；有机磷化合物；有机硫化合物；羧酸及其盐类；磺酸及其盐类；杂环化合物。无机缓蚀剂多半使金属生成不溶性钝化膜层或反应膜层；有机缓蚀剂大部分主要因为吸附在金属表面，改变金属表面的状态而起缓释作用（苯甲酸钠与无机缓蚀剂作用相似） 。2.1.2 按电化学机理分类（1）阳极型缓蚀剂：称阳极抑制型缓蚀剂，主要是抑制

10、阳极过程而使腐蚀速度减缓。如中性介质中的亚硝酸盐、铬酸盐、磷酸盐、硅酸盐、苯甲酸钠等，它们能增加阳极极化，从而使腐蚀电位正移。通常是缓蚀剂的阴离子移向金属阳极使金属钝化。该类缓蚀剂属于“危险型”缓蚀剂，用量不足会加快腐蚀。作用过程：a 具有强氧化作用的缓蚀剂，使金属钝化（亚硝酸钠，高铬酸 教案用纸教 学 内 容 备 注第 页5等） ；b 具有阴极去极化性的钝化剂，在阴极被还原，加大阴极电流，使体系的氧化还原电位向正方移动，超过钝化电位，而使腐蚀电流达到很低的值。 （亚硝酸盐、硝酸盐与高价金属盐属于此类；铬酸盐、磷酸盐、钼酸盐、钨酸盐等在酸性溶液中也属于此类。 ）（2）阴极型缓蚀剂：酸式碳酸钙、

11、聚磷酸盐、硫酸锌、砷离子、锑离子等，能使阴极过程减慢，增大酸性溶液中氢析出的过电位，使腐蚀电位向负移动。此类缓蚀剂是“安全型缓蚀剂”作用过程：a 成膜型阴极缓蚀剂，腐蚀过程在研究生成的 OH-与缓蚀剂反应生成的不溶性物质使金属表面形成膜层，阻碍阴极反应。 （硫酸锌，碳酸氢钙及镁，锰等钢铁缓蚀剂） ；b 增加氢离子放电过电位的缓蚀剂，在酸性溶液中砷离子、锑离子等在金属表面析出时，提高了氢离子放电的过电位而抑制氢离子的还原反应。（3）混合型缓蚀剂：同时抑制阳极反应及阴极反应，例如含氮、含硫以及既含氮有含硫的有机化合物、琼脂、生物碱，硅酸钠，铝酸钠等。2.1.3 按物理化学机理分类（1）氧化模型缓蚀

12、剂：该缓蚀剂能直接或间接氧化金属，一般对可钝化的金属具有良好的保护作用，而对铜、锌等金属没有多大的效果。（2）沉淀膜型缓蚀剂：常见硫酸锌、碳酸氢钙、聚磷酸钠等，它们能与介质中的离子反应并在表面形成防腐蚀的沉淀膜。（3）吸附膜型缓蚀剂：此类多数是有机物，该缓蚀剂能吸附在金属表面，根据吸附机理不同，可分为物理吸附（如胺类、硫醇和硫脲等）和化学吸附型（如吡啶衍生物，苯胺衍生物，环状亚胺等）两类。该类缓蚀剂的分子往往是由极性基团和非极性基团组成，分子结构对吸附的影响首先取决于极性基团和非极性基团的性质，极性基团中含有电负性高的氧、氮、磷、硫等元素，非极性基团主要是碳、氢元素。其中极性基团是亲水性的，可

13、吸附于金属表面活性点或整个表面。而非极性基团是疏水或亲油的，将金属表面和腐蚀介质隔开。 教案用纸教 学 内 容 备 注第 页6（）物理吸附：缓蚀剂在金属表面的吸附源于缓蚀剂离子和金属表面的静电引力和范德华力，其中静电引力起到重要作用，这种吸附迅速、可逆，其吸附热小，受温度影响小。金属与缓蚀剂的作用：金属表面无电荷时的电位为零电荷电位。金属在某腐蚀介质中的腐蚀电位零电荷电位时，金属表面带正电荷，易吸附阴离子型缓蚀剂；金属在某腐蚀介质中的腐蚀电位零电荷电位时，金属表面带负电荷，易吸附阳离子型缓蚀剂；金属在某腐蚀介质中的腐蚀电位接近零电荷电位时，金属表面几乎没有电荷，易吸附中性分子缓蚀剂；对于物理吸

14、附膜多数属于阴极抑制型，可用软硬酸碱理论来解释。软硬酸碱理论：路易斯认为，可以接受外来电子对的称为酸，可以给出电子对的称为碱。培尔生又以酸中正电荷高、极化性低的为硬酸，酸中正电荷低、极化性高的为软酸；同样，碱中电负性强的为硬碱，电负性较弱、易极化的为软碱。硬酸与硬碱，软酸与软碱有稳定的结合，硬与软则相反。一般金属为弱的电子接受体，称为软酸；而高价的金属阳离子如Fe3+，AL 3+成为硬酸，电负性较强的 F、O 、N 化合物中的阴离子为强的电子给予体，为硬碱，电负性较小的 S、P、Br、I 等化合物的阴离子则为软碱。硬酸与硬碱形成物理吸附，软酸与软碱形成化学吸附。（）化学吸附：大部分有机缓蚀剂分

15、子中，含有以氧、氮、硫、磷为中心原子的极性基团，具有一定的供电子能力。两者可以形成配位反应而发生化学吸附。该吸附具有明显的吸附选择性。过程为不可逆，受温度影响小。化学吸附多为抑制阳极反应。2.1.4 按应用介质分类（1）中性介质中的缓蚀剂是指在 pH 值为 6-8 的水溶液中使用的缓蚀剂。该类缓蚀剂是水溶性的。常见的缓蚀剂：聚磷酸盐、铬酸盐、硅酸盐、碳酸盐、亚硝酸盐、苯并二氮唑、2- 硫醇苯并噻唑、亚硫酸钠、氨水、肼、环己胺、烷基胺、苯甲酸钠。 教案用纸教 学 内 容 备 注第 页7亚硝酸钠：白色结晶，吸潮后变淡黄色，但仍能使用。易溶于水，防锈型好，对个别人皮肤有刺激。使用浓度 2-20%，用碳酸钠（ 0.3-0.6%）调整 pH值至 9-10。适用于黑金属，但不能用于铜。三乙醇胺：无色或淡黄色粘稠液体，常与亚硝酸钠配合使用，用量 05.-2%。与油酸作用后可作为乳化剂，用于配制乳化切削液，也用于气相防锈剂。六次甲基四胺（乌洛托品）：白色结晶，用量 1-2%，与其他水溶性防锈剂配合使用。苯甲酸钠：白色结晶，可溶于水和醇类。用量几-十几% ，可与其他缓蚀剂配合使用，或涂敷在纸上。（2）酸性介质中的缓蚀剂该类缓蚀剂一般用于金属除锈及除氧化皮的酸洗过程中，故称酸洗缓蚀剂。该