在对金属材料的机加工及成型等工序中,常需要对金属材料零部件进行防锈处理,通常的方法是在金属表面涂以防锈剂。目前使用的防锈剂主要有防锈油等有机涂层。用防锈油处理的金属零部件在进行下道工序时需要进行除油处理,而水溶性金属防锈液处理的金属零部件则无需处理就可直接进行下道工序[1]。我们研制了一种不含亚硝酸盐的水溶性金属防锈剂,通过正交实验,优化出一种防锈效果好的防锈剂。
1 实验部分
1.1 主要试剂硼酸:分子量61.83,化学纯,佳木斯化学试剂厂;氨水:分子量17.03,分析纯,25%～28%,东方试剂厂;氢氧化钠:分子量40.00,分析纯,化学试剂总厂;OP-10乳化剂:化学纯,无锡县科技实验二厂;复合缓蚀剂(FH)。
1.2 材料准备将45#钢片截成5cm×10cm尺寸,用1000#～1500#砂纸打磨,使钢片表面光亮如镜。然后用脱脂棉擦净,浸入无水乙醇中洗涤,用摄子取出自然晾干,置于干燥器备用。
1.3 防锈剂的制备称取一定量的硼酸,加入适量氨水加热至沸,然后再加入一定量氢氧化纳,加热沸腾10min制得母液。在所有母液中加入复合缓蚀剂FH和OP-10乳化剂,搅拌均匀即制得水溶性金属防锈剂。
1.4 腐蚀率的测定将制得的防锈剂稀释5倍,加热到40℃,然后浸入准备好的试片,2～5s后取出,放入干燥器中,试片表面水份挥发完后,准确称量。然后将试片在室内挂片4d后,再准确称量。由下式计算腐蚀率[2]。腐蚀率=m-m0/m0t式中: m——试片挂片4d后的质量;m0——未暴露在大气中的质量;t——挂片时间(4d)。
2 结果与讨论
2.1 硼酸/氨水含量的影响由图1可知,在保持硼酸氨水质量比不变的情况下,随着硼酸/氨水含量的增加腐蚀率逐渐降低,当硼酸/氨水含量在80%～85%时,腐蚀率最小。进一步增加硼酸/氨水的含量腐蚀率反而增大。这一方面说明硼酸氨水生成的复盐是主要的防锈成份,另一方面过多的复盐由于含有的硼原子是缺电子原子,它可以结合来自缓蚀剂分子的弧对电子,从而使缓蚀率降低,增大了腐蚀率。这有待进一步研究。
2.2 氢氧化钠对防锈性能的影响如图2所示,随着氢氧化钠含量的增加,腐蚀率逐渐降低,这是氢氧化钠对钝化作用产生时,继续加大氢氧化钠用量,腐蚀率迅速增大,这是由于过量的氢氧化钠对基体金属有强烈的腐蚀作用造成的[2]。
2.3 复合缓蚀剂FH对防锈性能的影响复合缓蚀剂FH是缓蚀剂F和H以不同质量比配制而成。由图3可知,单一的缓蚀剂其防锈性能都差。当缓蚀剂F和H以适当配比构成的复合缓蚀剂FH有着较好的防锈性能。这可能是两种适当配比的缓蚀剂有着某种协同效应。
2.4 OP-10乳化剂对防锈性能的影响图4给出了不同乳化剂用量对防锈性能的影响。随着乳化剂用量的加大,腐蚀率逐渐降低,进一步提高乳化剂用量,腐蚀率又上升,存在着一最低点。即OP-10乳化剂用量有一最佳值。其原因可能是OP-10乳化剂是一种含有亲油亲水基团的非离子型表面活性剂。具有极性基的亲水部分,也可以吸附在金属基体表面,它与缓蚀剂分子一起组成吸附层,共同阻挡腐蚀介质。但过量的OP-10乳化剂,实际上会降低主要起缓蚀作用物质的效果,故又使防锈性能降低。这有待进一步探讨。根据以上单因素试验结果,固定硼酸氨水质量比及复合缓蚀剂FH用量,以硼酸/氨水用量,氢氧化钠用量,复合缓蚀剂配比,OP-10乳化剂用量为因素,进行四因素三水平[L9(34)]正交试验,获得了防锈效果好的配方。其组成为:硼酸/氨水:30份;氢氧化钠:2份;OP-10:0.6份;复合缓蚀剂FH(1∶1):0.5份。经该配方处理的低碳钢片能保持15d不生锈,能够较好的保证金属材料机加工及成型工序中的防锈需要。
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