鐵銹轉(zhuǎn)化劑防銹機(jī)理的研究

1、.鐵銹轉(zhuǎn)化劑防銹機(jī)理的研究隨著現(xiàn)代工業(yè)的飛速開(kāi)展,鋼鐵材料的防腐工作越來(lái)越引起各方面的重視。為了保護(hù)鋼鐵不受腐蝕,延長(zhǎng)其使用壽命,對(duì)鋼鐵進(jìn)展防腐蝕涂裝成為一種最經(jīng)濟(jì)和有效的方法1。為了獲得優(yōu)良的耐腐蝕性能,涂裝前必須把鋼材上的鐵銹去除干凈,否那么會(huì)由于鐵銹的不斷膨脹導(dǎo)致漆膜和防腐效果很差,因此,鋼鐵的除銹處理是涂裝工藝的重要組成部分,對(duì)防腐蝕涂裝的成敗起著決定性的作用。但是許多大型建筑、橋梁、船舶等復(fù)雜的鋼構(gòu)造構(gòu)件在維修過(guò)程中由于受施工條件的限制,難以采用機(jī)械化施工方法,只能采用手工或電開(kāi)工具進(jìn)展除銹,其結(jié)果必然有鐵銹和各種腐蝕產(chǎn)物的殘留,導(dǎo)致除銹質(zhì)量難以得到保證、施工困難、費(fèi)用宏大2。同時(shí),

2、由于平安、環(huán)境保護(hù)和勞動(dòng)保護(hù)方面的原因,除銹涂料向著高性能、施工方便、高效、符合環(huán)保要求的方向開(kāi)展。 帶銹涂料根據(jù)其與鋼鐵銹蝕結(jié)合方式的不同,可分為轉(zhuǎn)化型、穩(wěn)定型、浸透型3種2。其中轉(zhuǎn)化型帶銹涂料由于具有除銹效果好、對(duì)鋼鐵外表無(wú)害、有保護(hù)作用的特點(diǎn),正被越來(lái)越多的采用。這類轉(zhuǎn)化型帶銹涂料所用轉(zhuǎn)化劑主要有亞鐵氰酸和丹寧酸等。本文主要從銹蝕產(chǎn)物的生成,闡述兩種不同轉(zhuǎn)化劑銹蝕轉(zhuǎn)化機(jī)理,最后對(duì)鐵銹轉(zhuǎn)化劑的應(yīng)用和開(kāi)展趨勢(shì)作了概括和展望。 二 銹蝕生成過(guò)程 鋼鐵是熱力學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定的構(gòu)造材料,因此在其外表構(gòu)成一個(gè)活性外表,暴露在空氣中受到氧氣、水分及其他腐蝕介質(zhì)作用必然發(fā)生腐蝕,轉(zhuǎn)化成鐵銹。鐵銹疏松多孔,不

3、僅不能阻止鋼鐵構(gòu)件與空氣和水的接觸,還會(huì)把空氣和水分保存在鋼鐵構(gòu)件的外表,進(jìn)一步加速鋼鐵的銹蝕。同時(shí),鐵又是一個(gè)多化合價(jià)的金屬,從鋼鐵腐蝕起,它由低價(jià)的鐵變成穩(wěn)定的高價(jià)化合物。由于鐵銹生成過(guò)程是持續(xù)和不斷進(jìn)展的,所以,鐵銹實(shí)際上是一個(gè)復(fù)雜的鐵化合物。 鐵銹生成過(guò)程實(shí)際上就是鋼鐵的電化學(xué)腐蝕過(guò)程。鋼鐵在潮濕空氣里,其外表因吸附作用而覆蓋一層極薄的水膜、水微弱電離產(chǎn)生少量H+和OH-,同時(shí)由于空氣中CO2的溶解,水里H+增多,這樣外表就形成了一層弱酸性電解質(zhì)溶液薄膜,它跟鋼鐵里的鐵和雜質(zhì)或碳就形成了無(wú)數(shù)微小原電池。其中鐵為負(fù)極,碳為正極,發(fā)生原電池反響。 鐵作為負(fù)極失去電子被氧化:-Fe-2e=F

4、e2+ 水膜里溶解的氧氣作為陽(yáng)極得到電子被復(fù)原:+2H2O+O2+4e=4OH- 隨著OH-濃度逐漸增大,那么OH-與Fe2+結(jié)合生成FeOH2。FeOH2被空氣中氧所氧化生成氫氧化鐵:4FeOH2+O2+2H2O=4FeOH3 空氣中的二氧化碳跟氫氧化鐵反響,就生成紅褐色的堿式碳酸鐵。此外,鐵與空氣中的氧氣反響還生成氧化鐵,這些鐵的化合物就是鐵銹的主要成分。 從銹蝕表觀層次來(lái)看3,分三層:面層浮銹,中層粒銹帶銹涂料,底銹帶銹涂料。上層的銹蝕較疏松,是已成熟、惰性的物質(zhì),底層銹蝕較嚴(yán)密,是正在成長(zhǎng)的、活性的,它緊靠鋼鐵外表呈群落分布。在疏松、惰性的浮銹上涂漆,由于很難起反響,涂漆得不到良好的附

5、著;然而去除浮銹在底銹上涂漆,由于它是活性的,碰到水、氧等介質(zhì)又會(huì)繼續(xù)反響,即穿過(guò)漆膜再次呈現(xiàn)銹蝕。因此,為了使鐵銹轉(zhuǎn)化劑發(fā)揮更好的效果,減少浪費(fèi),降低本錢(qián),在涂覆時(shí)應(yīng)首先去除上層疏松的銹蝕浮銹,然后再將其涂覆在底層的銹蝕上,這樣可以使銹蝕呈穩(wěn)定狀態(tài)并互相有很好的附著,從而到達(dá)良好的防銹除銹作用。 三 銹蝕轉(zhuǎn)化機(jī)理 轉(zhuǎn)化型帶銹涂料是利用能與鐵銹起化學(xué)反響的轉(zhuǎn)化劑,將鐵銹轉(zhuǎn)化為構(gòu)造穩(wěn)定致密的鐵合化物,這種化合物沒(méi)有去極化作用,可嚴(yán)密地附著在鋼構(gòu)造外表,又可與耐蝕涂層良好鍵合,而成為耐蝕涂層與鋼構(gòu)造外表間接偶聯(lián)物。根據(jù)轉(zhuǎn)化型帶銹涂料所用轉(zhuǎn)化劑的不同,銹蝕轉(zhuǎn)化機(jī)理也不同。常用的轉(zhuǎn)化劑有磷酸-亞鐵氰酸

6、及磷酸-丹寧酸等。 磷酸-亞鐵氰酸型轉(zhuǎn)化劑與鐵銹起反響包括兩個(gè)過(guò)程: 1、亞鐵氰酸與鐵銹起作用,生成亞鐵氰酸鹽; 2、磷酸與鐵銹發(fā)生反響,使鋼鐵外表鈍化。 如以鐵銹中的鐵銹轉(zhuǎn)化劑為例,亞鐵氰酸與其反響生成亞鐵氰酸鐵1: 防腐 該反響在堿性或中性條件下速度很慢,在帶銹涂料中參加磷酸可顯著加快反響速度;此外磷酸可直接與鐵銹發(fā)生磷化反響,生成穩(wěn)定致密的磷化鐵: 鐵銹轉(zhuǎn)化劑防銹機(jī)理研究 如國(guó)內(nèi)研制的H06-18就是亞鐵氰化鉀與磷酸組成的轉(zhuǎn)化型帶銹涂料,作為艦船、化工設(shè)備及重型機(jī)械行業(yè)鋼構(gòu)造外表除銹和耐蝕底層涂料,已得到推廣使用。 磷酸-丹寧酸型的作用機(jī)理是丹寧酸與鋼鐵外表及銹層中的鐵離子作用生成丹寧酸

7、鐵的鈍化層穩(wěn)定的螯合物,強(qiáng)有力地附著在金屬外表,形成一種良好的不溶性保護(hù)膜,抑制腐蝕過(guò)程,到達(dá)穩(wěn)定鐵銹的目的4;同時(shí),磷酸能加速丹寧酸鐵絡(luò)合物的形成,具有防銹作用。此外,磷酸直接與鐵銹反響生成耐腐蝕的磷酸鹽及鈍化膜,它能使膜層附著結(jié)實(shí),具有陰極化和阻蝕鈍化作用。 四 應(yīng)用與開(kāi)展趨勢(shì) 轉(zhuǎn)化型帶銹涂料可用于鐵銹層較厚的外表,轉(zhuǎn)化速度快,但由于本身呈酸性,對(duì)其后的配套面漆有一定的破壞作用,因此要求配套面層涂料耐酸。轉(zhuǎn)化型涂料在應(yīng)用時(shí),必須考慮被涂物銹層的厚度、均勻性以及轉(zhuǎn)化液的用量。為獲得較好的效果,施工人員應(yīng)先作試驗(yàn)。另外,轉(zhuǎn)化型涂料應(yīng)添加少量緩蝕劑,以防止殘留酸的腐蝕。 隨著環(huán)保意識(shí)的不斷增強(qiáng),鐵銹轉(zhuǎn)化劑的研究正向著水基環(huán)保方向開(kāi)展。近年來(lái)納米技術(shù)也開(kāi)場(chǎng)應(yīng)用到水基防銹技術(shù)中,這無(wú)疑給防銹技術(shù)的研究和應(yīng)用開(kāi)拓了