除锈剂的作用机理

概述

除锈剂可广泛应用于制造业、建筑业、修理业、交通、能源、电力、石油及矿山开采等多种行业，适用于机械设备、车辆、船舶、军械、五金工具、建筑模板、金属零配件等钢材的除锈.其优越的性能会给您带来意想不到的方便和实惠。

除锈机理【1】

中性的除锈机理有以下几种：

1.分散除锈机理：分散的意思是在分散剂分子作用下，固态的大颗粒被小分子撞击成为比较小的颗粒，从而使大颗粒分子溶解在了溶液中；分散的另一层含义即为在分散剂的作用下，利用静电或者空间位阻作用阻止来小颗粒物质团聚在一起以保证体系的稳定性。分散机理受温度影响较大，在高温下分子无规则运动更剧烈，撞击力也更强。因此，提高温度是提高除锈速度的主要手段。

2.络合除锈机理：络合的意思是分子或离子与某种金属离子结合形成稳定的新离子。络合物通常指的是含有某种络合物离子的化合物，通常也指不带任何的电荷的络合分子。络合离子一般是由中心离子和配位体通过配位键结合而成的一类离子，在形成配位键时，中心离子负责提供空轨道，配位体则负责提供孤对电子。

中性除锈剂的分散机理属于种，在中性除锈剂作用下，金属表面的金属氧化物被除锈剂分子撞击，逐渐剥离下来，在这个过程中可能会用到渗透剂，加速除锈剂的侵蚀速度。本环保型除锈剂渗透到锈垢中与表面的锈垢发生化学反应生成铁盐和亚铁盐，随后不同氧化态铁离子再与螯合剂发生交联作用生成稳定的配合物，与钢铁表面的锈一同脱落。

作用机理【2】

除锈剂为盐酸与其它添加剂共同组成的混合液,呈淡黄色。该溶液内的添加剂包括一定剂量的活性剂、抑制剂、缓蚀剂等物质。除锈剂具有渗透、溶解、分散、剥离氧化皮和铁皮的功能,氧化皮、铁锈在浸泡5-20min,从钢铁基体的表面剥落下来,而且对钢铁基体不产生过腐蚀和氢脆。

除锈剂中的多种功能的添加剂和盐酸的合成产生协同效应,形成一种新的物理化学性能,使酸雾大大减少,HCI包围着钢铁表面形成吸附防止酸与钢铁的过腐蚀,达到缓蚀的目的。同时抑制了氢气的产生,减缓了铁的损失和酸的消耗,达到了钢铁除锈的理想效果。

性能评价方法【1】

1.差量法

差量法是将己经腐蚀的金属进行除油，用乙醇等有机溶剂清洗生锈钢铁表面。经过上述处理，用分析天平测定己经腐蚀的金属在除锈前的质量，然后将金属浸泡或涂刷除锈剂一段时间（重要指标之一）之后，用清水冲洗干净，快速烘干称量此时金属的总质量。用前后获得的质量差来计算单位质量的金属被除下去锈的质量来表达除锈剂除锈速度的快慢。差量法操作过程稍有繁琐，但考察数据比较准确，能够比较真实的反应除锈剂的除锈速度。

2.腐蚀速率法

腐蚀速率法是为了考察除锈剂在除去金属氧化物的同时会不会金属本体的金属单质发生反应，造成过腐蚀。在使用强酸除锈剂时，金属氧化物容易与强酸发生反应，金属单质更容易和强酸反应生成氢气，在这一过程中不仅容易造成过腐蚀，还会产生 “氢脆”现象，损害金属的外貌和整体坚固性。腐蚀速率的计算方法主要是将金属除油除锈，使金属单质裸露在空气中过，用无水乙醇、乙醚等有机溶剂清洗，之后烘干称其质量，然后浸泡在需要考察的除锈剂中一段时间（重要指标之一），取出后再次清洗烘干称量，用前后获得的质量差来计算除锈剂对金属单质的腐蚀速率。

3.直观比较法

直观比较法是常用的方法之一，也是工业应用中，企业生产者最关心的指标。直观比较法是在选定的时间内（往往是时间越短越好）选择两种或者几种不同的除锈剂，将生锈程度一致的样品分别浸泡在两种或者多种除锈剂中，然后取出观察，观察的指标包括有没有明显的锈层脱落，锈层脱落部分占整体的比例，能不能在规定的时间内彻底除锈。

制备方法【3】【4】【5】

1.弱酸性除锈剂的研制

（1）除锈剂配方

以100kg水为例，除锈剂的配方为：EDTA-2Na 8-11kg，邻苯二甲酸氢钾8-10kg，渗透剂1-3kg，增稠剂0.5-1.0kg，表面活性剂0.2-0.5kg。

（2）制备步骤

在装有搅拌装置的反应器中加入一定量的水，升温到50℃左右，此时边搅拌边加入表面活性剂和渗透剂。待全部溶解以后加入EDTA-2Na和邻苯二甲酸氢钾，搅拌20min，使其全部溶解。最后加入增稠剂，根据需要调节黏度，继续搅拌20min即可。

（3）工艺流程

图1为制备除锈剂的工艺流程

2.环保型除锈剂的研制

（1）环保型除锈剂的制备

环保型除锈剂的基础配方为：柠檬酸15ｇ，植酸15ｇ，表面活性剂（聚氧化乙烯烷基苯基醚）5ｇ，缓蚀剂（硫脲）5ｇ，渗透剂（异丙醇）15ｇ，去离子水1000ｇ。

按照配方将柠檬酸、植酸、聚氧化乙烯烷基苯基醚、硫脲、异丙醇依次加入水中。柠檬酸和植酸作为除锈剂的主要成分，可以和Fe2+、Fe3+配位，加快氧化皮的溶解；聚氧化乙烯烷基苯基醚起乳化、增稠和洗涤的作用，在钢铁表面带有油脂的情况下，不需要预先洗涤干净；硫脲起缓蚀和促进的作用；异丙醇起渗透的作用，使主要成分与锈层反应更完全、充分。

（2）除锈反应机制

图2为除锈反应机制

除锈过程主要是酸与铁锈进行化学反应，使锈层脱离铁基体，在酸洗除锈过程中同时发生酸溶解铁基体的反应。

3.新型多功能除锈剂的研制

（1）配方组成表1

表1为配方组成

（2）制备步骤

在装有搅拌装置的反应器中!加入一定量的水!然后缓慢升温至40℃左右，此时开启搅拌，边搅拌边加入表面活性剂和表面活性剂助剂，大约15min待已加入物料全溶后，依次加入络合剂、防锈剂和增稠剂，每加入一种物料约需搅拌15min，以使其充分乳化，最后慢慢加入无机酸，再混合搅拌30min，即制得透明的新型多功能除锈剂成品液。

使用特点【2】

用添加剂与盐酸混合而成的除锈剂对钢铁进行除锈处理,具有如下的特点:

1.除锈速度快。可在常温状态下进行除锈处理,且除锈效果好。

2.质量好。除锈质量达到国际标准:Sa三级、西德Be级。

3.缓蚀抑雾效果好。由于溶剂中多种添加剂的协同效应,从而使钢铁在除锈过程中,不产生过腐蚀和氢脆现象,除锈剂在使用过程中,其酸雾标准小于国家规定的允许浓度。经该处理液处理的线材表面有利于除锈后磷化、皂化、拉拔及提高成品绳产品质量等后处理。

4.成本低。在实际使用过程中,根据实际的消耗溶液进行成本核算,处理φ11-13mm的盘条,除锈成本为28元/t,其费用为喷丸处理所需费用的50%,盐酸化学酸洗除锈的80%。

5.应用面广。能适应各种尺寸构件复杂的钢铁制品的除锈处理,如机械零部件的清洗。

6.劳动强度低,不污染环境,改善工作条件,不危害操作人员的身体健康,不消耗能源,具备较佳的环保效果。

主要参考资料

[1]郑福东. 中性除锈剂的开发与应用[D].天津科技大学,2017.

[2]强士坤.除锈剂在线材表面处理上的应用[J].江苏冶金,1999(04):45-47.

[3]郑福东,衣守志,赵恒赫,张立晗,李佳卉.弱酸性除锈剂的研制[J].电镀与环保,2017,37(05):41-43.

[4]赵恒赫,衣守志.环保型除锈剂的研究[J].电镀与环保,2017,37(06):35-38.

[5]杜凤云.新型多功能除锈剂的研制[J].河北化工,2004(03):32-33