CN103205541B - 一种螺纹钢复配缓蚀淬火剂及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种螺纹钢复配缓蚀淬火剂及其使用方法，该复配缓蚀淬火剂由以下按重量份数计的组分混合得到:羧甲基纤维素钠0~1份、聚丙烯酸钠0~1份、苯甲酸钠0.1~1份、三乙醇胺0.1~2份、钼酸钠0~0.1份、氢氧化钠0~5份、碳酸钠0~10份、水玻璃5~15份、水70~90份。使用时将未生锈螺纹钢于100°C~200°C下在本发明所制得的缓蚀淬火剂中淬火处理1~2s，即可减缓螺纹钢在大气中的腐蚀。本发明所涉及的缓蚀淬火剂不含亚硝酸盐和铬酸盐，无S、P原子，绿色环保、价格低廉且可循环使用。

Description

一种螺纹钢复配缓蚀淬火剂及其使用方法

一、技术领域

本发明属于钢材腐蚀与防护领域，具体涉及一种螺纹钢复配缓蚀淬火剂，以防止、减缓螺纹钢在大气中的腐蚀。

二、背景技术

螺纹钢是一种重要的钢材，在建筑等行业用途极广。但是它在储存、运输和使用过程中易在二氧化碳、氧气、水、酸等周围介质中腐蚀生锈。腐蚀不仅造成钢材的浪费，影响螺纹钢的外观，而且减小了钢筋的强度和与混凝土之间的结合力，造成了生产和生活的安全隐患。采取有效的措施减缓螺纹钢的腐蚀尤为重要，而添加缓蚀剂是一种易于操作的手段，因其用量少、成本低、选材广泛、缓蚀效率高而得到广泛应用。

常用的缓蚀剂有无机和有机两种。无机缓蚀剂包括正磷酸盐、亚硝酸盐、铬酸盐、硅酸钠、钼酸钠等。这类缓蚀剂主要是与钢材表面反应生成钝化膜，阻止钢铁进一步腐蚀。如钼酸钠缓蚀效率高、稳定性好、低毒无公害，适用于高pH值、高硬水和较高的温度条件。但钼酸钠的价格较高，必须与其他缓蚀剂协同使用。亚硝酸盐、铬酸盐虽然对钢材具有较好的缓蚀效果，但是其对环境污染大，对人体有毒害作用。有机缓蚀剂大多数含P、N、S、O等原子，常用的有吡啶类化合物、硫脲及其衍生物、苯并三氮唑及其衍生物、有机胺等。此类物质与钢铁表面的铁原子通过络合吸附形成牢固的吸附膜，将钢铁表面与周围腐蚀介质隔离开，从而起到缓蚀作用。Jamil等人将有机胺和醇胺类化合物作为缓蚀剂，研究发现，有机胺和醇胺类化合物能够在钢筋表面形成吸附膜，有效阻止氯离子对钢筋的腐蚀，但是此吸附膜与钢筋的结合力较差，弱于钝化膜与钢筋的结合力。

最近有人将离子液体用作碳钢缓蚀剂。专利CN１01736345A报道了一种离子液体用作碳钢缓蚀剂的方法。该离子液体由１-辛基-２-吡咯烷酮阳离子和无机或有机阴离子组成，其中阴离子为:HSO₄ ^-、NO₃ ^-、H_２PO₄ ^-、CH₃COO^-、PTSA^-、BF₄ ^-、PF₆ ^-、CH₃SO₃ ^-、Br^-或C１^-，在１５°C～70°C的0.1mol/L～3mol/L盐酸介质溶液中，离子液体加入浓度为0.5mol/L~5mol/L时，对碳钢的缓蚀率可达90%以上。但是1-辛基-2-吡咯烷酮离子液体制备过程复杂，而且纯度不高、价格昂贵。

三、发明内容

本发明旨在提供一种螺纹钢复配缓蚀淬火剂，所要解决的技术问题是提供一种低温用螺纹钢缓蚀淬火剂，以达到防止、减缓螺纹钢在大气中的腐蚀。本发明螺纹钢复配缓蚀淬火剂缓蚀效率高、可循环使用，克服了传统缓蚀剂对环境污染和人体健康有害等缺点。

聚丙烯酸钠(PＡＡS)是一种聚阴离子的高分子电介质，用途广泛。发明人通过大量实验发现，将无机缓蚀剂、有机缓蚀剂和PAAS复配，用作螺纹钢缓蚀剂，可以大大提高螺纹钢在大气中的耐腐蚀性能，且该缓蚀淬火剂可多次循环使用，对环境污染小。

本发明螺纹钢复配缓蚀淬火剂的原料按质量份数优选为:

羧甲基纤维素钠0～1份，聚丙烯酸钠0～１份，苯甲酸钠0.1～1份，三乙醇胺0.1～2份，钼酸钠0～0.1份，氢氧化钠0～5份，碳酸钠0～10份，水玻璃5～15份，水70～90份。

所述复配缓蚀淬火剂的pH值为10.0～14.0，粘度为3.0～１０.0mPa·s。

本发明复配缓蚀淬火剂的制备方法如下:

将配比量的羧甲基纤维素钠、聚丙烯酸钠、苯甲酸钠、三乙醇胺、氢氧化钠、碳酸钠、钼酸钠和水玻璃加入水中，搅拌溶解均匀即可。

本发明复配缓蚀淬火剂的使用方法如下:

将未生锈螺纹钢加热至100～200°C，迅速浸入本发明复配缓蚀淬火剂中淬火1～2s，取出自然晾干即可。

本发明螺纹钢复配缓蚀淬火剂中羧甲基纤维素钠和/或聚丙烯酸钠的作用在于调节缓蚀淬火剂的粘度，控制螺纹钢的冷却速度，利于钢筋表面钝化膜和吸附膜的生成;苯甲酸钠、三乙醇胺、钼酸钠、水玻璃等的作用在于与钢筋反应生成钝化膜和吸附膜，提高金属的耐蚀性能;氢氧化钠和/或碳酸钠的作用在于调节缓蚀淬火剂的pH值在碱性范围内，从而利于螺纹钢与缓蚀淬火剂中各组分进行适当的化学反应。

将未生锈螺纹钢加热至100～200°C后浸入本发明复配缓蚀淬火剂中淬火1～2s，使螺纹钢与缓蚀淬火剂进行适当的化学反应，从而在螺纹钢表面生成致密的保护膜，即可减缓螺纹钢在大气中的腐蚀。

本发明螺纹钢复配缓蚀淬火剂不含亚硝酸盐和铬酸盐，无S、P原子，绿色环保、价格低廉且可循环使用。

分别采用干湿交替加速腐蚀法(CCT)及电化学法(ET)对本发明复配缓蚀淬火剂的缓蚀性能进行评价:

1、干湿交替加速腐蚀法(CCT)

将长度为5cm左右的新轧制未生锈螺纹钢放入马弗炉中，加热至100～200°C灼烧40min，迅速取出放入缓蚀淬火剂中淬火1～2秒，待螺纹钢自然风干后放入恒温恒湿培养箱中进行加速腐蚀实验，参照行业标准SY/T5273-2000测定缓蚀率。实验设备为上海三发科学仪器有限公司生产的LHP-160E智能恒温恒湿培养箱及CJS-１0C奔腾超声波加湿器。干湿交替循环的条件参数为:在温度30°C、湿度60%的干燥条件下保持8小时;再在温度为40°C、湿度95%的潮湿条件下保持16小时，以上为一个循环周期，共循环10周期。实验初始时试样在0.3%NaC１溶液中蘸一下，用以诱发生锈。未经缓蚀淬火剂处理的螺纹钢同样进行干湿交替加速腐蚀实验。缓蚀率按下式计算:

$\mathrm{\η}=\frac{m-m_i}{m}\×100\%$

式中:m-未经缓蚀淬火剂处理的螺纹钢单位长度的腐蚀失重，g/cm;m_i-经缓蚀淬火剂处理后螺纹钢的单位长度的腐蚀失重，g/cm。

2、电化学法(ET)

采用电化学极化曲线评价碳钢钢片的耐腐蚀性能。试验仪器为CHI660B型电化学工作站，试验温度为30°C，扫描速度为１0mＶ/s，扫描电位为-0.8V～0V，腐蚀介质为3.5%氯化钠溶液。实验采用三电极体系，工作电极为试验钢片，辅助电极和参比电极分别为Pt电极和饱和甘汞电极(SCE)。

将１cm×１cm的碳钢钢片用金相砂纸逐级打磨抛光后，放入100～200°C的马弗炉灼烧40min左右，迅速取出放入缓蚀淬火剂中淬火1～2秒，然后将钢片放置阴凉处自然风干。工作面积为3mm×3mm，其余部分用环氧树脂密封。按下式计算缓蚀率:

$\mathrm{\η}=\frac{J_c-J_{\mathrm{ci}}}{J_c}\×100\%$

式中:J_c-未经缓蚀淬火剂处理碳钢钢片的腐蚀电流密度，mA/cm²;J_ci-经缓蚀淬火剂处理后碳钢钢片的腐蚀电流密度，mA/cm²。

与己有技术相比，本发明的有益效果体现在:

本发明螺纹钢复配缓蚀淬火剂缓蚀效率高、可循环使用，克服了传统缓蚀剂对环境污染和人体健康有害等缺点。除此之外，本发明螺纹钢复配缓蚀淬火剂对螺纹钢表面原有的氧化膜还具有一定的保护作用，进一步提高了螺纹钢的耐腐蚀性能。

四、附图说明

图1是经本发明实施例1复配缓蚀淬火剂淬火处理后的碳钢钢片的Tafel线。由图1可看出，经缓蚀淬火剂淬火后碳钢钢片的阳极极化曲线位于未经缓蚀淬火剂淬火处理碳钢钢片的阳极极化曲线下方，自腐蚀电位正移，其阳极极化电流密度明显低于后者，有效地抑制了阳极过程，属于阳极型缓蚀剂。

图2是经本发明实施例2复配缓蚀淬火剂淬火处理后的碳钢钢片的Tafel线。由图2可看出，碳钢钢片经缓蚀淬火剂淬火处理后自腐蚀电位正移，阳极极化曲线明显下移，腐蚀电流密度减小，有效地抑制了阳极过程，本缓蚀淬火剂为阳极型缓蚀剂。

图3是经本发明实施例3复配缓蚀淬火剂淬火处理后的碳钢钢片的Tafel线。由图3可看出，经缓蚀淬火剂淬火处理后的碳钢钢片自腐蚀电位明显正移，两极极化曲线均明显下降，有效地抑制了阴阳两极过程，本缓蚀淬火剂为混合型缓蚀剂。

五、具体实施方式

实施例1:

室温下于77.2份自来水中边搅拌边加入0.3份羧甲基纤维素钠、0.5份苯甲酸钠、0.5份三乙醇胺、5份碳酸钠、1.3份氢氧化钠和7份水玻璃，所有物质均溶解后继续搅拌至溶液均匀透明，即得本发明复配缓蚀淬火剂，pH值为13.45，粘度为7.1mPa·S。

分别用CCT和ET评价螺纹钢的耐腐蚀性能，缓蚀率见表1。由表1可看出，CCT和ET的缓蚀率分别达45%和99%，经本发明复配缓蚀淬火剂淬火处理后的螺纹钢耐腐蚀性能得到较大的提高。电化学法的Tafel线见图1，由图1可看出，经缓蚀淬火剂淬火后碳钢钢片的阳极极化曲线位于未经缓蚀淬火剂淬火处理碳钢钢片的阳极极化曲线下方，自腐蚀电位正移，其阳极极化电流密度明显低于后者，有效地抑制了阳极过程，属于阳极型缓蚀剂。

实施例2:

室温下于76.2份自来水中边搅拌边加入0.1份聚丙烯酸钠、0.5份苯甲酸钠、1.5份三乙醇胺、3份碳酸钠、1.3份氢氧化钠和10份水玻璃，所有物质均溶解后继续搅拌至溶液均匀透明，即得本发明复配缓蚀淬火剂，pH值为13.32，粘度为7.76mPa·S。

分别用CCT和ET评价螺纹钢的耐腐蚀性能。缓蚀率见表1，由表1可看出，CCT和ET的缓蚀率分别达49%和91.7%，经本发明复配缓蚀淬火剂淬火处理后的螺纹钢耐腐蚀性能得到较大的提高。电化学法的Tafel线见图2，由图2可看出，碳钢钢片经缓蚀淬火剂淬火处理后自腐蚀电位正移，阳极极化曲线明显下移，腐蚀电流密度减小，有效地抑制了阳极过程，本缓蚀淬火剂为阳极型缓蚀剂。

实施例3:

室温下于87.9份自来水中边搅拌边加入0.3份聚丙烯酸钠、0.5份苯甲酸钠、0.5份三乙醇胺和12份水玻璃，所有物质均溶解后继续搅拌至溶液均匀透明，即得本发明复配缓蚀淬火剂，pH值为11.86，粘度为5.7mPa·S。

分别用CCT和ET评价螺纹钢的耐腐蚀性能。缓蚀率见表１，由表1缓蚀率可看出，CCT和ET的缓蚀率分别达67.6%和99.9%，经本发明复配缓蚀淬火剂淬火处理后的螺纹钢耐腐蚀性能得到较大的提高。电化学法的Tafel线见图3。由图3可看出，经缓蚀淬火剂淬火处理后的碳钢钢片自腐蚀电位明显正移，两极极化曲线明显下降，有效地抑制了阴阳两极过程，本缓蚀淬火剂为混合型缓蚀剂。

表1各实施例的缓蚀率结果

Claims (2)

1.一种螺纹钢复配缓蚀淬火剂，其特征在于其原料按质量份数构成为：

羧甲基纤维素钠0-1份，聚丙烯酸钠0-1份，苯甲酸钠0.1-1份，三乙醇胺0.1-2份，钼酸钠0-0.1份，氢氧化钠0-5份，碳酸钠0-10份，水玻璃5-15份，水70-90份；

所述复配缓蚀淬火剂的pH值为10.0-14.0，粘度为3.0-10.0mPa·s。

2.一种权利要求1所述的复配缓蚀淬火剂的使用方法，其特征在于：

将未生锈螺纹钢加热至100-200℃后浸入复配缓蚀淬火剂中淬火1-2s。