CN102002701A - 白铜b30防腐蚀方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种白铜B30的防腐蚀方法，将清洁处理后的白铜B30在浓度为5％H₂O₂溶液中浸泡30min，然后再浓度为0.1mol/L的硬脂酸乙醇溶液中浸泡30min，在铜基材上获得具有疏水性的耐腐蚀性表面；经上述步骤处理的白铜B30与浓度为0.1g/L的Na₂WO₄缓蚀剂复合使用。电化学测试表明经疏水处理后白铜B30在0.1g/L的Na₂WO₄中的极化电阻大大增大，腐蚀电流大大减小，缓蚀效率可达88.85％，耐腐蚀性显著提高。本发明无需昂贵设备和药品，成本低廉、工艺简单、加工时间短，安全可靠，而且环境友好、无污染。

Description

白铜B30防腐蚀方法

技术领域

本发明涉及金属材料腐蚀与防护技术领域，更具体的说是涉及一种白铜B30的防腐蚀方法。

背景技术

在金属基体上构建疏水表面是近年来表面防护技术的一个新兴领域。白铜B30因其优异的使用性能和工艺性能而被广泛应用于各类舰船的冷凝器管、海水淡化处理设备的管道系统及滨海发电厂的热交换器等。然而铜由于表面能较高，水分子易吸附聚集，在不同应用环境中随着时间的延长会产生不同程度的腐蚀，给生产、生活带来严重的经济损失，在表面制备一层具有疏水性能的保护膜是一种简便有效防止腐蚀发生的途径。疏水表面用于金属材料上，可以起到自清洁、抑制表面腐蚀和表面氧化以及降低摩擦系数的效果。疏水性是固体表面的重要特性之一，通常用液体在固体表面的接触角来表征。通过一定的方法使金属表面由亲水转变为疏水甚至超疏水态，在金属防腐蚀领域以及现实生产生活中具有重要的应用价值和广阔的应用前景。

缓蚀剂也是一种常用的防腐蚀措施，在腐蚀环境中加入少量的缓蚀剂就能和金属表面发生物理化学作用，从而显著降低金属材料的腐蚀。缓蚀剂在使用中无需专门设备、无需改变金属构建的性质，具有经济、适应性强等优点，因而被广泛用于工业各过程的腐蚀与防护。随着社会进步和人类环保意识的增强，缓蚀剂的开发和应用越来越受环境保护的重视，无毒无公害、可生物降解、绿色化和环境友好性成为其发展趋势。

目前，金属疏水表面的制备法存在设备和药品昂贵、加工时间长、操作复杂等不足。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是通过一种简单有效的疏水处理方法在白铜B30的金属表面获得疏水性耐腐蚀表面，再联合应用缓蚀剂防腐，从而提高白铜B30的耐腐蚀性。

本发明的技术方案：一种白铜B30的防腐蚀方法，包括下列步骤：

(1)配置浓度为3～10％H₂O₂水溶液和0.05～2％硬脂酸乙醇溶液，将清洁处理后的白铜B30依次浸入浓度为3～10％H2O2水溶液15～60min和0.05～2％硬脂酸乙醇溶液中10～60min，在铜基材上获得具有疏水性的耐腐蚀性表面；

(2)经上述步骤处理的白铜B30与浓度为0.02～0.2g/L的Na₂WO₄缓蚀剂复合使用。

一种白铜B30的防腐蚀方法，包括下列步骤：

(1)将清洁处理后的白铜B30在浓度为5％H₂O₂溶液中浸泡30min，然后再浓度为0.1mol/L的硬脂酸乙醇溶液中浸泡30min，在铜基材上获得具有疏水性的耐腐蚀性表面；

(2)经上述步骤处理的白铜B30与浓度为0.1g/L的Na₂WO₄缓蚀剂复合使用。

本发明的有益效果：本发明无需昂贵设备和药品，成本低廉、工艺简单、加工时间短，安全可靠，而且环境友好、无污染。本发明处理过的白铜表面具有明显的疏水性，其与水的接触角达到113.82°，电化学测试表明经疏水处理后白铜B30的极化电阻大大增大，腐蚀电流大大减小，再与钨酸钠联合使用后缓蚀效率可达88.85％，耐腐蚀性显著提高。本发明可广泛应用在电力、造船、机械、建筑等国民生产生活的重要部门，有广阔的实用价值。

附图说明

图1，不同时间5％H₂O₂氧化后经0.1mol/L硬脂酸溶液中处理1h的白铜B30电极分别在3％NaCl溶液中浸泡30min后的Nyquist图；

图2，不同浓度H₂O₂氧化30min后经0.1mol/L硬脂酸溶液中处理1h的白铜B30电极分别在3％NaCl溶液中浸泡30min后的Nyquist图；

图3，5％H₂O₂氧化30min后经不同时间0.1mol/L硬脂酸溶液中处理的白铜B30电极分别在3％NaCl溶液中浸泡30min后的Nyquist图；

图4，5％H₂O₂氧化30min后经不同浓度硬脂酸溶液中处理30min的白铜B30电极分别在3％NaCl溶液中浸泡30min后的Nyquist图；

图5，未处理与最佳方案疏水处理后的白铜B30电极分别在3％NaCl溶液中浸泡30min后的Nyquist图；

图6，未处理与最佳方案疏水处理后的白铜B30电极分别在3％NaCl溶液中浸泡30min后的极化曲线图；

图7，未疏水处理白铜B30电极在不同浓度Na₂WO₄的3％NaCl溶液中浸泡30min后的极化曲线图；

图8，经疏水处理白铜B30电极在不同浓度Na₂WO₄的3％NaCl溶液中浸泡30min后的Nyquist图。

图9，不同防腐方法白铜B30电极在3％NaCl溶液中浸泡30min后的Nyquist图

图10，不同防腐方法白铜B30电极在3％NaCl溶液中浸泡30min后的极化曲线图

具体实施方式

下面通过实施例和附图对本发明进行进一步阐述：一种白铜B30的防腐蚀方法，包括下列步骤：

(1)配置浓度为3～10％H₂O₂水溶液和0.05～2％硬脂酸乙醇溶液，将清洁处理后的白铜B30依次浸入浓度为3～10％H2O2水溶液15～60min和0.05～2％硬脂酸乙醇溶液中10～60min，在铜基材上获得具有疏水性的耐腐蚀性表面；

(2)经上述步骤处理的白铜B30与浓度为0.02～0.2g/L的Na₂WO₄缓蚀剂复合使用。

一种更优化的白铜B30的防腐蚀方法，包括下列步骤：

(1)将清洁处理后的白铜B30在浓度为5％H₂O₂溶液中浸泡30min，然后再浓度为0.1mol/L的硬脂酸乙醇溶液中浸泡30min，在铜基材上获得具有疏水性的耐腐蚀性表面；

(2)经上述步骤处理的白铜B30与浓度为0.1g/L的Na₂WO₄缓蚀剂复合使用。

1材料与试剂

电化学测试和接触角测试由相同白铜B30材料制得，电化学测试用电极由环氧树脂密封制成，工作面积为1cm²，接触角测试不用密封，其他处理过程相同。

H₂O₂溶液、Na₂WO₄溶液和NaCl溶液均用去离子水配制，硬脂酸溶液由无水乙醇配制。

2防腐处理

(1)疏水处理：白铜B30合金经0～10％H₂O₂水溶液和0～2％硬脂酸乙醇溶液依次浸泡0～60min后，在铜合金表面获得疏水性耐腐蚀表面，经无水乙醇冲洗后风干备用。

(2)缓蚀剂防腐：将未经处理和疏水处理后的铜合金置于含不同浓度Na₂WO₄的3％NaCl溶液中稳定30分钟后进行测试。

3测试方法

接触角测试

用德国KRUSS公司生产的K100-MK2全能张力仪测定未经处理和经疏水处理的电极与水的接触角

电化学测试

采用经典的三电极体系，工作电极为白铜B30电极。所用的辅助电极均为铂电极，参比电极均为饱和甘汞电极(SCE)，本发明所示电位均相对于饱和甘汞电极。电极在电解池内稳定30min后进行电化学测试。

电化学测定所用设备采用上海晨华电化学工作站CHI660C，交流阻抗测量频率范围为100.00kHz～50.00mHz，交流激励信号为10mV，极化曲线的扫描速率为1mV/s。

附图1为不同时间5％H₂O₂氧化后经0.1mol/L硬脂酸溶液中处理1h的白铜B30电极分别在3％NaCl溶液中浸泡30min后的Nyquist图，其中曲线1、曲线2、曲线3、曲线4和曲线5分别表示5％H₂O₂氧化时间为0min(接触角85.67°)、15min(接触角105.25°)、30min(接触角113.82°)、45min(接触角103.63°)、60min(接触角99.92°)的Nyquist图。用阻抗值的高低来判断耐腐蚀性能的好坏，阻抗值越大说明其对金属的缓蚀性能越好。由图1可知30min5％H₂O₂氧化的阻抗值比其他时间都大，说明在5％H₂O₂中浸泡半小时铜表面氧化膜的生成情况较好，有利于其与硬脂酸反应在铜表面生成一层疏水层。接触角测试也表明30min 5％H₂O₂氧化后经0.1mol/L硬脂酸溶液中处理1h的白铜B30表面的接触角最大，为113.82°。而未经双氧水氧化的白铜B30其接触角与阻抗数值皆小于经双氧水氧化的白铜B30，说明双氧水能氧化白铜表面，有利于硬脂酸的化学修饰。

附图2为不同浓度H₂O₂氧化30min后经0.1mol/L硬脂酸溶液中处理1h的白铜B30电极分别在3％NaCl溶液中浸泡30min后的Nyquist图，其中曲线1、曲线2、曲线3、曲线4和曲线5分别表示H₂O₂浓度为0(接触角84.23°)、3％(接触角99.55°)、5％(接触角113.82°)、7.5％(接触角101.78°)、10％(接触角104.50°)的Nyquist图。由图2可知H₂O₂浓度在5％时阻抗值最高，其对应的接触角也最大。

附图3为5％H₂O₂氧化30min后经不同时间0.1mol/L硬脂酸溶液中处理的白铜B30电极分别在3％NaCl溶液中浸泡30min后的Nyquist图，其中曲线1、曲线2、曲线3、曲线4和曲线5分别表示0.1mol/L硬脂酸溶液中处理时间为0min(接触角80.71°)、10min(接触角109.04°)、30min(接触角113.82°)、45min(接触角108.01°)、60min(接触角110.19°)的Nyquist图。由图3可知5％H₂O₂氧化30min后经30min 0.1mol/L硬脂酸溶液中处理的白铜B30电极阻抗值最大，对应的接触角也最大。

附图4为5％H₂O₂氧化30min后经不同浓度硬脂酸溶液中处理30min的白铜B30电极分别在3％NaCl溶液中浸泡30min后的Nyquist图，其中曲线1、曲线2、曲线3、曲线4和曲线5分别表示硬脂酸浓度为0(接触角85.57°)、0.05mol/L(接触角87.14°)、0.08mol/L(接触角106.72°)、0.1mol/L(接触角113.82°)、0.2mol/L(接触角95.91°)的Nyquist图。由图4可知硬脂酸浓度0.1mol/L时阻抗值最高，其对应的接触角也最大。

附图5为未处理与经最佳方案疏水处理后的白铜B30电极分别在3％NaCl溶液中浸泡30min后的Nyquist图，其中曲线1和曲线2分别表示未处理(接触角83.25°)和经最佳方案疏水处理后(接触角113.82°)的白铜B30电极的Nyquist图。由图5可知经最佳方案疏水处理后的白铜B30电极的阻抗值大大增加，耐蚀性能显著提高，对应的接触角也明显增大，疏水性明显改善。

附图6为未处理与经最佳方案疏水处理后的白铜B30电极分别在3％NaCl溶液中浸泡30min后的极化曲线图，其中曲线1和曲线2分别表示未处理(接触角83.25°)和经最佳方案疏水处理后(接触角113.82°)的白铜B30电极的极化曲线图。相对应的腐蚀电位和腐蚀电流密度数据见表1。疏水处理的缓蚀效率(η％)按照如下公式计算：

$\mathrm{\η}=\frac{I_0-I}{I_0}\×100\%$

I₀和I分别为未处理和经最佳方案疏水处理后电极的腐蚀电流密度。

表1未处理和经最佳方案疏水处理后电极的极化曲线电化学参数

由图6及表1可知，经经最佳方案疏水处理后电极的腐蚀电位明显正移，腐蚀电流密度大大减小，缓蚀效率可达66.85％，耐蚀性能显著提高。

图7为未疏水处理白铜B30电极在不同浓度Na₂WO₄的3％NaCl溶液中浸泡30min后的极化曲线图，其中曲线1、曲线2、曲线3、曲线4、曲线5和曲线6分别表示Na₂WO₄浓度为0g/L、0.02g/L、0.05g/L、0.08g/L、0.1g/L、0.2g/L下的极化曲线图，相对应的腐蚀电位和腐蚀电流密度数据见表2。

表2未疏水处理白铜B30电极在不同浓度Na₂WO₄的3％NaCl溶液中的电化学参数

由图7及表2可知，与未加缓蚀剂比较，在3％NaCl溶液中加入不同浓度的Na₂WO₄后白铜B30电极的腐蚀电流密度均有不同程度的改变，腐蚀电流随着缓蚀剂浓度的增大而减小，尤其是当缓蚀剂浓度为0.1g/L时，其腐蚀电流密度最低，为3.404μA/cm²，其对应的缓蚀效率也最高，为59.03％。当浓度大于0.1g/L后，缓蚀效率反而下降。

图8为经疏水处理(接触角113.82°)白铜B30电极在不同浓度Na₂WO₄的3％NaCl溶液中浸泡30min后的Nyquist图，其中曲线1、曲线2、曲线3、曲线4、曲线5和曲线6分别表示Na₂WO₄浓度为0g/L、0.05g/L、0.08g/L、0.1g/L、0.2g/L、0.3g/L下的的Nyquist图。从图8可知，与空白溶液相比，加入Na₂WO₄缓蚀剂后铜电极对应的阻抗谱图弦长明显增加，但Na₂WO₄浓度超过0.1g/L后，阻抗谱图弦长却呈下降趋势，铜的耐蚀性能反而下降，因此，Na₂WO₄浓度为0.1g/L时，缓蚀效果最好。

图9为不同防腐方法白铜B30电极在3％NaCl溶液中浸泡30min后的Nyquist图，其中曲线1、曲线2、曲线3和曲线4分别表示未疏水处理的空白溶液、未疏水处理但添加0.1g/L Na₂WO₄缓蚀剂、仅疏水处理的空白溶液和疏水处理且添加0.1g/L Na₂WO₄缓蚀剂的Nyquist图。由图9可知经疏水处理的白铜B30电极在Na₂WO₄浓度为0.1g/L时有良好的缓蚀效果，比单一疏水处理或者单一应用钨酸钠时缓蚀效果要好。

图10为不同防腐方法白铜B30电极在3％NaCl溶液中浸泡30min后的极化曲线图，其中曲线1、曲线2、曲线3和曲线4分别表示未疏水处理的空白溶液、未疏水处理但添加0.1g/L Na₂WO₄缓蚀剂、仅疏水处理的空白溶液和疏水处理且添加0.1g/L Na₂WO₄缓蚀剂的极化曲线图。相对应的腐蚀电位和腐蚀电流密度数据见表3。

表3不同防腐方法白铜B30电极在3％NaCl溶液中电化学参数

由图10及表3可知，单一疏水处理或者单一应用Na₂WO₄缓蚀剂都可以提高铜合金的耐腐蚀性，单一疏水处理的耐腐蚀性优于单一应用Na₂WO₄缓蚀剂，联合应用疏水处理和0.1g/L Na₂WO₄缓蚀剂后，其腐蚀电流密度最低，为0.9269μA/cm²，其对应的缓蚀效率也最高，为88.85％，耐腐蚀性能显著提高。

Claims (2)

1.一种白铜B30的防腐蚀方法，包括下列步骤：

(1)配置浓度为3～10％H₂O₂水溶液和0.05～2％硬脂酸乙醇溶液，将清洁处理后的白铜B30依次浸入浓度为3～10％H2O2水溶液15～60min和0.05～2％硬脂酸乙醇溶液中10～60min，在铜基材上获得具有疏水性的耐腐蚀性表面；

(2)经上述步骤处理的白铜B30与浓度为0.02～0.2g/L的Na₂WO₄缓蚀剂复合使用。

2.根据权利要求1所述一种白铜B30的防腐蚀方法，其特征是：将清洁处理后的白铜B30在浓度为5％H₂O₂溶液中浸泡30min，然后再浓度为0.1mol/L的硬脂酸乙醇溶液中浸泡30min，在铜基材上获得具有疏水性的耐腐蚀性表面；

(2)经上述步骤处理的白铜B30与浓度为0.1g/L的Na₂WO₄缓蚀剂复合使用。

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