CN107254683B - 一种钢制件的强力除锈剂及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种包含有无机混合酸、有机酸、两性离子表面活性剂、络合剂、缓蚀剂、渗透剂、附加盐、附加助剂、乙醇或乙二醇和去离子水的除锈剂，该除锈剂能够高效快速的除锈，除锈过程中酸雾少，抑雾效果好，不燃不爆，除锈率高，且除锈剂使用方法简单，对基体材料的腐蚀轻，除锈后，光泽度高。该除锈剂原料易得，制造简便，可用于钢制精细工件、连接件、承重工件的预处理，以及作为钢件电镀或喷漆前处理等多个领域应用要求，具有较高的经济效益、社会效益和工业开发价值。

Description

一种钢制件的强力除锈剂及其使用方法

技术领域

本发明涉及金属除锈领域，具体涉及钢制件的强力除锈剂领域。

背景技术

据统计，全世界每年由于钢铁制品锈蚀而损失的数量，相当于全年钢铁总产量的1/4。其主要原因是因为铁在潮湿的空气中跟二氧化碳接触时，表面就会被一层酸性电解质溶液所包围。由于钢铁中都含有少量碳，当表面覆盖着弱酸性电解质溶液时，表面就形成了若干原电池，铁是负极，碳是正极。铁作为负极就会失去电子被氧化：

Fe-2e^-→Fe²⁺

Fe²⁺再继续与氧气发生反应

4Fe²⁺+O₂+2H₂O==4Fe³⁺+4OH^-

Fe³⁺与OH^-生成氢氧化铁沉淀，空气中的二氧化碳跟氢氧化铁反应，就生成红褐色的碱式碳酸铁。此外，铁与空气中的氧气反应还生成氧化铁，这些铁的化合物就是铁锈的主要成分。钢铁锈蚀与铝生锈不一样，铝表面氧化后生成一层致密的保护膜，可以阻止氧气继续向内侵蚀。而钢铁生锈时，铁锈的结构很疏松。因此，氧气、二氧化碳和水蒸气可以继续向里“进攻”，所以铁锈越来越厚，如果铁锈不除去，这海绵状的铁锈特别容易吸收水分，铁也就生锈得更快，直到把钢铁全部锈蚀完。此外，现实生活中我们面对和使用各种各样的金属构件，因为长时间的使用，金属表面必然会出现锈蚀现象，不仅影响了这些金属构件的外观，而且对于建筑主体安全构成威胁，引发断折，造成事故。

目前的除锈方法主要有金属配件物理机械除锈方法有人工除锈法、机械除锈法等，具体除锈方法如下: (1)人工除锈法，用钢刷（方法简便，适用于结构简单、个体较大、数量不多的金属配件）、铁锤或刮刀（适用于结构致密较厚的黑皮与赤锈，或表面附着非锈异物的金属配件）、纱布或砂纸（对于表面精度要求不高或非加工面可用砂纸，砂布打磨）等除去铁锈的方法，总之人工除锈方法简便，适用于小批量配件的除锈； (2)机械除锈法，如喷射法是将砂粒等强力喷射在金属表面，借其冲击与摩擦的作用将锈除掉的方法；如砂轮，对于表面镀层或表面光洁度要求较高的钢铁或有色金属配件都可采用布轮除锈法，机械法缺点为方法劳动强度大、效率低、粉尘污染严重，且受到构件形状的限制，边、棱角、凹角及细管内径的锈难以清除干净。（3）化学法具有效果好，效率高，工艺操作简单，成本低等一系列优点，是目前除锈剂的发展方向。缺点是化学法除锈主要是以酸性除锈液为主，产生的小分子氢容易进入铁晶格内部聚集，而产生“氢脆”的危险，所以探索金属新型高效的除锈剂，研究新型除锈技术就显得尤为重要。

发明内容

针对上述现有技术不足，本发明提供一种针对钢制件的强力除锈剂。该除锈剂包括：无机混合酸25~40wt.%，有机酸5~30wt.%，两性离子表面活性剂2~4 wt.%，络合剂7~12wt.%，缓蚀剂2~5 wt.%，渗透剂2~3 wt.%，附加盐5~10 wt.%，助剂0.7-1 wt.%，剩余为体积比为3:1的乙醇或乙二醇与去离子组成的溶剂。

其中无机酸为质量比为4:1的盐酸和硝酸混合酸，无机酸作为除锈剂的主要成分，在氧化皮的酸洗过程中起主导作用，通常随着无机酸酸性的增加，除锈剂除锈能力也必然上升，但在增加酸用量的同时，应当注意以下几个问题，（1）盐酸作为挥发性酸，随着盐酸浓度的上升，虽然除锈效果上升，但挥发性也加大，会直接对人身及工作环境造成损害；（2）盐酸的浓度过强，会直接腐蚀金属基材，造成基材损失也会引发氢脆现象；（3）对于硫酸或磷酸强氧化性的酸随着浓度的增加，也会钝化基材，影响除锈的效果。因此，针对不同的金属材料，需要因地制宜，合理控制无机酸的使用。

有机酸为亚磺酸、氨基磺酸或草酸中的一种或多种混合物，有机酸的在除锈剂中的作用一定程度上是为了降低无机酸的使用，如减少挥发性酸用量，同时，有机酸也有缓慢释放H⁺的效果，具有稳定除锈剂的效果。

两性离子表面活性剂为椰油酰胺丙基甜菜碱，甜菜碱型在酸性、中性或碱性介质中均能溶解于水，即使在等电点也不致产生沉淀，且刺激性小，易溶于水，对酸碱稳定，能显著改善除锈剂的柔软性和稳定性，在使用过程中可以增强除锈剂的浸润能力，提高洗涤效果，并且可以防止孔蚀，并使金属表面光滑。

络合剂为硫氰酸钾或硫氰酸钠中的一种，在除锈过程中，酸与铁氧化物不断反应，生成Fe²⁺或Fe³⁺，加入铁的络合剂，减少游离铁离子，保证铁的氧化物与酸快速进行反应，达到高效除锈的目的。本发明加入硫氰酸盐，其中硫氰酸盐对铁离子的络合力为：(CNS^-)K_不稳=6.42*10^-5，络合效果远高于同类的柠檬酸盐或焦磷酸盐（当然络合效果不及CN^-，考虑到环保问题，舍弃不用），最终提高除锈率。

缓蚀剂，也可称为抑雾剂，为琉基苯并噻唑、硅酸钠、乌洛托品中的一种，如果无机酸与基材金属发生反应氢气，氢气在上升过程中所携带而产生的大量气溶胶态污染物或酸雾滴一旦粘附到设备上将严重腐蚀设备或对人体造成危害，同时还损坏了基材，因此除锈剂里必须加入缓蚀剂，其主要目的是为了保护金属基材，缓蚀剂能吸附在钢铁制品的表面，使钢铁和介质隔离，从而阻止或降低钢铁的腐蚀速度，有效抑制酸的强烈腐蚀作用，使金属受损减少，阻碍“氢脆”现象的发生。

渗透剂为异构十醇聚氧乙烯醚，通常增渗剂具有强烈的渗透效果，能快速渗透到钢材和氧化皮之间，带动酸一起向内渗透，达到提高除锈速率的目的。

附加盐为氟化铵，氟化物作为缓冲剂可以减少钢材氢脆、降低游离酸度、缓冲溶液pH值，可以较完全的去除不锈钢表面的氧化皮，光泽度高达到光亮的目的，此外，氟化物对铁离子的络合力为：K_不稳=15.77*10^-5。

助剂为不影响气泡体系的聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚或聚二甲基硅氧烷消泡剂，和聚氧乙脱水山梨醇脂肪酸酯类或聚氧乙烯脂肪酸酯类增溶剂，用于改善除锈液的表面活性。

此外，在使用的过程中（1）对于厚度<1mm的轻锈采用刷涂或喷涂处理，室温，时间低于15min；（2）对于厚度在1和10mm范围内的中等锈采用刷涂或浸泡处理，室温，时间为30~40min；(3)对于厚度大于10mm或其他严重锈蚀采用浸泡除锈液处理，辅助以超声和鼓泡手段，浸泡时间1.5h以内，温度40~50^oC，此时温度高于室温，需要减少挥发性无机酸盐酸在除锈液中的使用量，增加有机酸的使用量，无机酸与有机酸的使用量范围为4:2~3。上述操作过程应遵循以下理念：温度升高有利于提高除锈的速度，但温度过高，除锈剂的挥发会造成主酸的损失和造成人身伤害，搅拌方式选定为空气鼓泡，附加有超声振动的方式，提高除锈速率，除锈的时间太短、太长都不利于达到良好的除锈效果，如太短会除锈不彻底，太长腐蚀基体，且色泽灰暗。

其次，对于浸泡使用的除锈剂，为了环保，应当循环使用，除首次使用外，每次使用时均应检测除锈液中的铜离子的含量，当铜离子含量超过0.7wt.%时需添加酒石酸络合剂，当超标严重时，需加入锌粒，预先还原铜离子，过滤，其中铜离子的检测方法为取样5ml，滴加双氧水，加水，煮沸，冷却，再加入氟化铵和三乙醇胺，加氨水至淡蓝色，加PAN，然后使用EDTA溶液滴定至变绿色为终点。除锈剂在循环使用时，应保证铁离子浓度在200~250g/L范围内，检测手段为使用二苯胺磺酸钠为指示剂，重铬酸钾滴定至紫蓝色为终点。

后处理方式为：去离子水洗涤、甩干，两小时内放置于电热烘箱内加热恒温2-3h，温度为200~300^oC，自然冷却，之后，喷洒防锈剂或对钢件进行电镀或喷漆防锈处理。

本发明提供了一种包含有无机混合酸，有机酸，两性离子表面活性剂，络合剂，缓蚀剂，渗透剂，附加盐，附加助剂，乙醇或乙二醇，去离子水的除锈剂，该除锈剂能够高效快速的除锈，除锈过程中酸雾少，抑雾效果好，不燃不爆，除锈率高，且除锈剂使用方法简单，对基体材料的腐蚀轻，除锈后，光泽度高。该除锈剂原料易得，制造简便，可用于钢制精细工件、连接件、承重工件的预处理，以及作为钢件电镀或喷漆前处理等多个领域应用要求，具有较高的经济效益、社会效益和工业开发价值。

具体实施方式

实施例1：

无机混合酸， 25wt.% 质量比为4:1盐酸和硝酸混合酸

有机酸， 5wt.% 亚磺酸

两性离子表面活性剂，2 wt.% 椰油酰胺丙基甜菜碱

络合剂， 7 wt.% 硫氰酸钾

缓蚀剂， 2wt.% 琉基苯并噻唑

渗透剂， 2wt.% 异构十醇聚氧乙烯醚

附加盐， 5 wt.% 氟化铵

附加助剂， 0.7 wt.% 聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚和聚氧乙脱水山梨醇脂肪酸酯类；

剩余为体积比为3:1的乙醇或乙二醇与去离子组成的溶剂。

处理工件：厚度<1mm的轻锈采用刷涂或喷涂处理，室温，时间低于15min；

预先测定检测除锈液中的铜离子的含量应小于0.7wt.%，否则添加酒石酸络合剂，最好保证铁离子浓度在200~250g/L范围内；

后处理方式为：去离子水洗涤、甩干，两小时内放置于电热烘箱内加热恒温2-3h，温度为200~300^oC，自然冷却，之后，喷洒防锈剂。

实施例2：

无机混合酸， 30wt.% 质量比为4:1盐酸和硝酸混合酸

有机酸， 10wt.% 氨基磺酸

两性离子表面活性剂， 3 wt.% 椰油酰胺丙基甜菜碱

络合剂， 9 wt.% 硫氰酸钾

缓蚀剂， 3 wt.% 硅酸钠

渗透剂， 2.5wt.% 异构十醇聚氧乙烯醚

附加盐， 7.5 wt.% 氟化铵

附加助剂， 0.85 wt.% 聚二甲基硅氧烷和聚氧乙烯脂肪酸酯类；

剩余为体积比为3:1的乙醇或乙二醇与去离子组成的溶剂。

处理工件：（2）对于厚度在1和10mm范围内的中等锈刷涂处理，室温，时间为30~40min；预先测定检测除锈液中的铜离子的含量应小于0.7wt.%，否则添加酒石酸络合剂，最好保证铁离子浓度在200~250g/L范围内，后处理方式为：去离子水洗涤、甩干，两小时内放置于电热烘箱内加热恒温2-3h，温度为200~300^oC，自然冷却，之后，喷洒防锈剂。

实施例3：

无机混合酸， 16wt.% 质量比为4:1盐酸和硝酸混合酸

有机酸， 10wt.% 或草酸

两性离子表面活性剂，4 wt.% 椰油酰胺丙基甜菜碱

络合剂， 12 wt.% 硫氰酸钠

缓蚀剂， 5 wt.% 乌洛托品

渗透剂， 3 wt.% 异构十醇聚氧乙烯醚

附加盐， 10 wt.% 氟化铵

附加助剂， 1 wt.% 聚二甲基硅氧烷和聚氧乙脱水山梨醇脂肪酸酯类。

剩余为体积比为3:1的乙醇或乙二醇与去离子组成的溶剂。

处理工件：厚度大于10mm或其他严重锈蚀采用浸泡除锈液处理，辅助以超声和鼓泡手段，浸泡时间1.5h以内，温度40~50^oC，此时温度高于室温，需要减少挥发性无机酸盐酸在除锈液中的使用量，增加有机酸的使用量，无机酸与有机酸的使用量范围为4:2~3。

预先测定检测除锈液中的铜离子的含量应小于0.7wt.%，否则添加酒石酸络合剂，最好保证铁离子浓度在200~250g/L范围内。

后处理方式为：去离子水洗涤、甩干，两小时内放置于电热烘箱内加热恒温2-3h，温度为200~300^oC，自然冷却，之后，喷洒防锈剂。

实施例4：

被处理样品为厚度在1和10mm范围内的中等锈，将同一块钢制件片分别等间距裁剪为4块，采用浸泡除锈，温度25^oC，时间30min，，辅助以超声处理，除锈液中无机酸与有机酸（比例为4：2.5）的总量为30wt.%，40 wt.%，50 wt.%，wt.60%，分别为1，2，3，4号样品，固定两性离子表面活性剂，络合剂，缓蚀剂，渗透剂，附加盐和附加助剂的使用量，除锈前称重(g)，除锈后甩干称重(g)，计算差值(g)，经试验差值（g）分别为0.257，0.278，0.312，0.537，1~3号样品产生气泡的速度适中、气泡无或较少、没有酸雾产生、除锈速度适中，除锈后，光泽度高，4号样品产生气泡的速度快，气泡多，出现明显酸雾，除锈效果好，对基体有腐蚀，表面较灰暗。

实施例5：

对缓蚀剂琉基苯并噻唑、硅酸钠、乌洛托品的效果进行研究，除锈液中无机酸与有机酸（比例为4：2.5）的总量为30wt.%，缓蚀剂分别为琉基苯并噻唑、硅酸钠、乌洛托品，定义为5，6，7号样品，定量5，6，7号样品置于含有30wt.%酸的除锈剂（两性离子表面活性剂，络合剂，渗透剂，附加盐和附加助剂的使用量一定）的密封玻璃罐中，使用10%NaOH吸收产生的酸雾，使用0.01mol的盐酸滴定，酸洗产生的酸雾：Y=(L₀-L)*c*36.5%/t，其中L₀，L为滴定酸洗前、后吸收液所消耗盐酸的体积ml，c为滴定盐酸的浓度，mol/L，t为吸收酸雾时间h；抑雾效率：X=（Y₀-Y）/Y₀*100%，其中Y₀，Y分别为未加缓蚀抑雾剂和加缓蚀抑雾剂时酸洗钢件后产生的酸雾量mg/h，经测试，抑雾效果琉基苯并噻唑>乌洛托品>硅酸钠。

以上所述是本发明的实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种钢制件的强力除锈剂，其特征在于所述除锈剂含有以下组分：

无机混合酸， 25wt.%；

有机酸， 5wt.%；

两性离子表面活性剂， 2 wt.%；

络合剂， 7 wt.%；

缓蚀剂， 2 wt.%；

渗透剂， 2 wt.%；

附加盐， 5 wt.%；

附加助剂， 0.7 wt.%；

剩余为体积比为3:1的乙醇或乙二醇与去离子组成的溶剂，

其中，所述无机酸为质量比为4:1盐酸和硝酸混合酸，有机酸为亚磺酸，两性离子表面活性剂为椰油酰胺丙基甜菜碱，络合剂为硫氰酸钾，缓蚀剂为巯基苯并噻唑，渗透剂为异构十醇聚氧乙烯醚，附加盐为氟化铵，附加助剂为不影响气泡体系的聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚和聚氧乙脱水山梨醇脂肪酸酯类增溶剂，

所述除锈剂可循环使用，除首次使用外，每次使用时均应检测除锈液中的铜离子的含量，当铜离子含量超过0.7wt.%时，需添加酒石酸络合剂，当超标严重时，需加入锌粒，预先还原铜离子，并过滤，此外，应保证除锈剂中的铁离子浓度在200~250g/L范围内，

其中检测除锈剂中铜的浓度过程为：取样5ml，滴加双氧水，加水，煮沸，冷却，再加入氟化铵和三乙醇胺，加氨水至淡蓝色，加PAN，然后使用EDTA溶液滴定至变绿色为终点。

其中，检测除锈剂中的铁离子的检测手段为使用二苯胺磺酸钠为指示剂，重铬酸钾滴定至紫蓝色为终点。

2.如权利要求1所述的一种钢制件的强力除锈剂的使用方法，其特征在于（1）对于厚度〈1mm的轻锈采用刷涂或喷涂处理，室温，时间低于15min；（2）对于厚度在1-10mm范围内的中等锈采用刷涂处理或浸泡，室温，时间为30~40min；(3)对于厚度大于10mm或其他严重锈蚀采用浸泡除锈液处理，辅助以超声和鼓泡手段，浸泡时间1.5h以内，温度40~50^oC，此时温度高于室温，需要减少挥发性无机酸盐酸在除锈液中的使用量，增加有机酸的使用量，无机酸与有机酸的使用质量范围为4:2~3。

3.如权利要求1所述的一种钢制件的强力除锈剂的使用方法，其特征在于对除锈后的钢制件进行后处理，处理方式为：去离子水洗涤、甩干，两小时内放置于电热烘箱内加热恒温2-3h，温度为200~300^oC，自然冷却。

4.如权利要求1所述的一种钢制件的强力除锈剂的使用方法，其特征在于自然冷却后，喷洒防锈剂或对钢制件进行电镀或喷漆防锈处理。