CN102605381A - 一种奥氏体不锈钢表面铁污染的清洗钝化液及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种奥氏体不锈钢表面铁污染的清洗钝化液，该清洗钝化液包括硝酸、双氧水、硫酸亚铁和水，所述成分及体积百分比为：硝酸4～17％；双氧水14～40％；硫酸亚铁含量为：100ml前述物质中含0.1～6mg。所述硝酸可采用质量百分比浓度为60～68％的硝酸溶液，所述双氧水可采用质量百分比浓度为27～38％的双氧水溶液。本发明制备方法是：(1)按比例加入原料，上述硝酸、双氧水及水中卤族元素含量不超过45ppm、硫元素含量在50ppm以下；(2)将硫酸亚铁溶于水中配制成硫酸亚铁溶液；(3)将双氧水、硝酸按比例溶解到硫酸亚铁溶液中，混合搅拌均匀即得成品。本发明操作温度低，可满足核电、化工等行业对奥氏体钢清洗钝化的严格要求。

Description

一种奥氏体不锈钢表面铁污染的清洗钝化液及其制备方法

技术领域

本发明属于材料表面处理领域，涉及一种奥氏体不锈钢表面铁污染的清洗钝化液及制备方法。 

背景技术

奥氏体不锈钢具有良好的耐腐蚀性能、抗高温氧化性能、较好的低温力学性能、优良的机械加工性能以及外观的精美性，近年来广泛地应用于原子能、航空、化工、食品、海洋等行业。不锈钢表面的铁污染是一种非常普遍的现象，铁污染破坏了表面钝化膜的完整性，存在铁污染的不锈钢材料表面会出现黄色锈斑或锈点，不仅破坏了材料的外表美观性，而且对材料的耐腐蚀性能以及其它性能产生不利的影响。在奥氏体不锈钢零部件加工、热处理、装配以及储运过程中，制造环境，刀具与工装夹具等可能在不锈钢表面引起铁污染。 

不锈钢的酸洗钝化是清除铁污染的有效方法。酸洗钝化可以通过不锈钢与酸洗钝化液发生的一系列物理化学反应，进而在不锈钢表面生成一层致密的富Cr氧化物保护膜。在对不锈钢耐蚀性和表面清洁度没有严格要求的条件下，目前大部分酸洗钝化液均适用于奥氏体不锈钢表面铁污染的清除。但是，在核电一回路、核动力及化工行业中苛刻服役环境下的奥氏体钢，氟、氯等微量有害元素降低奥氏体钢耐蚀性。故ASTM和RCCM等国际标准对该类不锈钢构件在制造及输运过程中接触物所含氟、氯等卤族元素的含量有明确规定。大部分酸洗钝化液中因含有过多氯离子、氟离子等有害元素而不符合要求。针对极端环境服役的奥氏体不锈钢，ASTM和RCCM国际标准建议采用硝酸溶液或者硝酸与重铬酸钠的混合溶液作为清洗钝化液。然而，在硝酸和重铬酸钠的混合液中，重铬酸钠具有剧毒性，对人体及环境造成极大伤害；采用硝酸作为清洗钝化液时， 操作温度高，车间环境恶劣；另外，硝酸清洗钝化液在使用数次后由于pH值的改变，而使钝化效果降低。 

在酸性的硝酸溶液中添加过氧化氢是强化酸洗钝化效果并降低硝酸使用量的有效方法。例如，专利CN1212423C公布了一种可适用于液化天然气、核动力工程的酸洗钝化膏及制备方法，采用硝酸、磷酸、过氧化氢、磷酸锌和硝酸镁配置成酸洗钝化膏。过氧化氢在碱性介质中易分解，在酸性介质中当pH值在一定范围内可稳定存在；因此含过氧化氢的钝化液通常会因过氧化氢的不稳定，使得酸洗钝化剂的重复利用率不高。尽管可以通过添加稳定剂来抑制过氧化氢的分解，但是一方面稳定剂的添加会降低钝化效果；另一方面传统的过氧化氢稳定剂会与清洗钝化不锈钢时所溶解的铁离子络合产生沉淀，进而丧失稳定功能；同时稳定剂价格昂贵，使清洗钝化液成本过高。 

发明内容

本发明要解决的技术问题在于克服上述现有技术的不足，提供一种奥氏体不锈钢表面铁污染的清洗钝化液，该溶液清洗钝化效果增强、稳定性高、降低硝酸使用量、避免使用含高剂量的有害元素，达到操作安全、高效的效果。 

本发明的技术解决方案如下： 

一种奥氏体不锈钢表面铁污染的清洗钝化液，其特征在于，该清洗钝化液是包括硝酸、双氧水、硫酸亚铁和水的酸性溶液，其中硝酸、双氧水和水的体积百分比为：硝酸4～17％；双氧水14～40％；其余为水；硫酸亚铁与前述物质总量的比例关系为：100ml前述物质含有0.1～6mg硫酸亚铁。 

所述硝酸采用质量百分比浓度为60～68％的硝酸，双氧水采用质量百分比浓度为27～38％的双氧水。 

本发明所述的奥氏体不锈钢表面铁污染清洗钝化液的水为去离子水或蒸馏 水。 

本发明的奥氏体不锈钢表面铁污染清洗钝化液的制备方法： 

(1)按比例加入原料，上述硝酸、双氧水及水中卤族元素含量不超过45ppm、硫元素含量在50ppm以下； 

(2)将硫酸亚铁溶于水中配制成硫酸亚铁溶液； 

(3)将双氧水、硝酸按比例溶解到硫酸亚铁溶液中，混合搅拌均匀即得成品。 

本发明的清洗钝化液中双氧水经微量硫酸亚铁的催化，会生成强氧化性的羟基自由基进而增强奥氏体不锈钢的清洗钝化效果；一定量的硝酸不仅起到清洗钝化效果，还具有稳定双氧水的功能。所以，本发明的清洗钝化液对奥氏体不锈钢铁污染的清洗钝化效果好，使用温度低、安全性得到提高，明显减少溶液中硝酸的含量、降低溶液对环境的污染，溶液稳定且可多次使用，适用范围广，可以满足核电、核动力、航空航天、化工等行业中对奥氏体不锈钢加工制造表面铁污染清除和不锈钢钝化的严格要求。 

附图说明

图1是实施例1的铁污染304奥氏体不锈钢经不同溶液清洗钝化后在3.5％氯化钠溶液中的动电位极化曲线图。 

图2是实施例2的铁污染304奥氏体不锈钢不同溶液中清洗钝化后在3.5％氯化钠溶液中的动电位极化曲线图。 

图3是实施例3的铁污染304奥氏体不锈钢经不同溶液清洗钝化后在3.5％氯化钠溶液中的动电位极化曲线图。 

具体实施方式

本发明中奥氏体不锈钢表面铁污染清洗钝化液以及制备方法的具体方案由以下实施例详细给出。 

选取奥氏体不锈钢Z2CN18-10为实验材料，不锈钢线切割成直径为15.5mm、厚1.5mm圆片，经砂纸打磨至1200#，试样用45钢进行打磨制备成铁污染样品。 

实施例1 

发明方法中所用的溶液成分以及体积百分比为：硝酸17％、双氧水14％，其余为水，硫酸亚铁含量为前述物质总量100ml含0.1mg硫酸亚铁。 

所述的硝酸质量百分比浓度为65％，双氧水质量百分比浓度为30％，硫酸亚铁为分析纯。 

本发明所述的奥氏体不锈钢表面铁污染清洗钝化液的水为去离子水或蒸馏水。 

使用上述实施例1清洗钝化液的制备方法为： 

(1)按比例加入原料，上述硝酸、双氧水及水中卤族元素含量不超过45ppm、硫元素含量在50ppm以下； 

(2)将硫酸亚铁溶于水中配制成硫酸亚铁溶液； 

(3)将双氧水、硝酸按比例溶解到硫酸亚铁溶液中，混合搅拌均匀即得成品。 

铁污染奥氏体不锈钢在上述溶液中清洗钝化30分钟后，在3.5％氯化钠溶液中进行动电位极化测试，并与ASTM推荐的25％硝酸清洗钝化溶液对比，结果表明：本溶液在30℃对不锈钢铁污染清洗钝化后的自腐蚀电位和击破电位均高于60℃下25％硝酸溶液，表明本溶液在30℃对不锈钢铁污染的清洗钝化效果明显优于60℃下25％硝酸溶液的清洗钝化效果；比较30℃下本发明溶液与25％硝酸溶液中清洗钝化后的动电位曲线，同样可以发现本发明溶液明显优于30℃下25％硝酸溶液的钝化效果；而溶液中未加FeSO₄时，清洗钝化效果减弱，如图1所示。结果表明，本发明的清洗钝化液对奥氏体不锈钢铁污染的清洗钝化效果 好，使用温度低、安全性得到提高，明显减少溶液中硝酸的含量、降低溶液对环境的污染，溶液稳定且可多次使用。 

如图1所示，实施例1的铁污染304奥氏体不锈钢经不同溶液清洗钝化后在3.5％氯化钠溶液中的动电位极化曲线。 

实施例2 

发明方法中所用的溶液成分以及体积百分比为：硝酸12％、双氧水：22％，其余为水，硫酸亚铁含量为前述物质总量100ml中含0.5mg硫酸亚铁。 

所述的硝酸质量百分比浓度为65％，双氧水质量百分比浓度为30％，硫酸亚铁为分析纯试剂。 

本发明所述的奥氏体不锈钢表面铁污染清洗钝化液的水为去离子水或蒸馏水。 

使用上述实施例2清洗钝化液的制备方法为： 

(1)按比例加入原料，上述硝酸、双氧水及水中卤族元素含量不超过45ppm、硫元素含量在50ppm以下； 

(2)将硫酸亚铁溶于水中配制成硫酸亚铁溶液； 

(3)将双氧水、硝酸按比例溶解到硫酸亚铁溶液中，混合搅拌均匀即得成品。 

铁污染奥氏体不锈钢在上述溶液中清洗钝化30分钟后，在3.5％氯化钠溶液中进行动电位极化测试，并与ASTM推荐的25％硝酸清洗钝化溶液对比，结果表明：本溶液在30℃对不锈钢铁污染清洗钝化后的自腐蚀电位和击破电位均高于60℃下25％硝酸溶液，表明本溶液在30℃对不锈钢铁污染的清洗钝化效果明显优于60℃下25％硝酸溶液的清洗钝化效果；比较30℃下本发明溶液与25％硝酸溶液中清洗钝化后的动电位曲线，同样可以发现本发明溶液明显优于30℃下25％硝酸溶液的钝化效果；而溶液中未加FeSO₄时，清洗钝化效果减弱，如图2 所示。结果表明，本发明的清洗钝化液对奥氏体不锈钢铁污染的清洗钝化效果好，使用温度低、安全性得到提高，明显减少溶液中硝酸的含量、降低溶液对环境的污染，溶液稳定且可多次使用。 

如图2所示，实施例2的铁污染304奥氏体不锈钢经不同溶液清洗钝化后在3.5％氯化钠溶液中的动电位极化曲线。 

实施例3 

发明方法中所用的溶液成分以及体积百分比为：硝酸4％、双氧水40％，其余为水，硫酸亚铁含量为前述物质总量100ml中含5mg硫酸亚铁。 

所述的硝酸质量百分比浓度为65％，双氧水质量百分比浓度为30％，硫酸亚铁为分析纯。 

本发明所述的奥氏体不锈钢表面铁污染清洗钝化液的水为去离子水或蒸馏水。 

使用上述实施例3清洗钝化液的制备方法为： 

(1)按比例加入原料，上述硝酸、双氧水及水中卤族元素含量不超过45ppm、硫元素含量在50ppm以下； 

(2)将硫酸亚铁溶于水中配制成硫酸亚铁溶液； 

(3)将双氧水、硝酸按比例溶解到硫酸亚铁溶液中，混合搅拌均匀即得成品。 

铁污染奥氏体不锈钢在上述溶液中清洗钝化30分钟后，在3.5％氯化钠溶液中进行动电位极化测试，并与ASTM推荐的25％硝酸清洗钝化溶液对比，结果表明：本溶液在30℃对不锈钢铁污染清洗钝化后的自腐蚀电位和击破电位均高于60℃下25％硝酸溶液，表明本溶液在30℃对不锈钢铁污染的清洗钝化效果明显优于60℃下25％硝酸溶液的清洗钝化效果；比较30℃下本发明溶液与25％硝酸溶液中清洗钝化后的动电位曲线，同样可以发现本发明溶液明显优于30℃下 25％硝酸溶液的钝化效果；而溶液中未加FeSO₄时，清洗钝化效果减弱，如图3所示。结果表明，本发明的清洗钝化液对奥氏体不锈钢铁污染的清洗钝化效果好，使用温度低、安全性得到提高，明显减少溶液中硝酸的含量、降低溶液对环境的污染，溶液稳定且可多次使用。 

如图3所示，实施例3的铁污染304奥氏体不锈钢经不同溶液清洗钝化后在3.5％氯化钠溶液中的动电位极化曲线。 

Claims (4)

1.一种奥氏体不锈钢表面铁污染的清洗钝化液，其特征在于，该清洗钝化液包括硝酸、双氧水、硫酸亚铁和水，其中硝酸、双氧水和水的体积百分比为：硝酸4～17％；双氧水14～40％；其余为水；硫酸亚铁与前述物质总量的比例关系为：100ml前述物质含有0.1～6mg硫酸亚铁。

2.根据权利要求1所述的奥氏体不锈钢表面铁污染清洗钝化液，其特征在于：所述硝酸是质量百分比浓度为60～68％的硝酸溶液。

3.根据权利要求1所述的奥氏体不锈钢表面铁污染清洗钝化液，其特征在于：所述双氧水是质量百分比浓度为27～38％的双氧水溶液。

4.根据权利要求1-3任一所述的清洗钝化液的制备方法，其特征包括下列步骤：

(1)按比例加入原料，上述硝酸、双氧水及水中卤族元素含量不超过45ppm、硫元素含量在50ppm以下；

(2)将硫酸亚铁溶于水中配制成硫酸亚铁溶液；

(3)将双氧水、硝酸按比例溶解到硫酸亚铁溶液中，混合搅拌均匀即得成品。

Images