CN108203822A - 一种评价钢板表面水性防锈层耐蚀性的溶液及方法 - Google Patents

一种评价钢板表面水性防锈层耐蚀性的溶液及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种评价钢板表面水性防锈层耐蚀性的溶液，所述溶液中含有：硫酸：1.1‑2.5μg/L；盐酸：3.8‑7.2μg/L；磷酸氢二钠：1.02‑1.79g/L；磷酸二氢钠：13.95‑16.26g/L；碳酸氢钠：1.51‑3.85mg/L。此外，本发明还公开了一种评价钢板表面水性防锈层耐蚀性的方法。使得采用本发明所述的溶液在试验时能够体现工业大气环境特点并且严苛程度要适中，分辨力好，既可以在适当试验周期内测量出待测水性防锈剂的耐蚀性能，又不会试验条件过于严苛而不能分辨出经不同水性防锈剂处理试样表面耐蚀性能的差异。

Description

一种评价钢板表面水性防锈层耐蚀性的溶液及方法
技术领域
本发明涉及一种溶液及其方法，尤其涉及一种用于钢板表面耐蚀性评价的溶液及方法。
背景技术
冷轧钢板在生产工序、储运过程中或者根据下游用户使用需求对钢板表面进行水性防锈剂处理，使表面形成一层防锈膜，以防止该钢板材料在储存和运输过程中发生锈蚀。因此，能够客观评价经过水性防锈剂处理的冷轧钢板表面耐蚀性能是非常必要的，对于水性防锈剂在冷轧钢板生产过程中的选择与应用至关重要。
目前，通常采用的GB/T2361《防锈油脂湿热试验法》、ASTM D1748《金属防腐剂潮湿箱防锈试验方法》等标准规定的湿热试验评价方法，该湿热试验评价方法，试验条件苛刻，其试验条件为：试验温度为(49±1)℃，相对湿度在95％以上连续进行。该试验方法更适用于憎水性防锈剂例如防锈油的耐蚀性能评价，这是因为：水性防锈剂主要包括水基成膜剂、表面活性剂和水，经过水性防锈剂处理后在钢板表面形成的防锈膜中全部或大部分成分可溶于水，而憎水性防锈剂例如防锈油具有憎水性，不耐水的冲刷，因而湿热试验测试时，在湿热试验箱内试片表面由于水蒸气液化成水滴后的流淌，使水性防锈层在短时间内遭到破坏，出现锈蚀，无法充分体现出水性防锈剂所形成的水性防层的效果，另外，由于湿热试验箱内温湿度条件过高，在钢板实际存储过程中一般不会出现这种环境，并且加速条件过于苛刻，不能很好地体现实际储运环境对防锈层的性能要求。
此外，QB/T 2117《通用水基金属净洗剂》中规定的防锈性试验方法也可用来评价水性防锈层的防锈效果，试验条件为：干燥器内温度(35±2)℃，相对湿度(90±2)％。然而，该防锈性试验方法也有不足之处：一是试验中所用干燥器需要密封，和钢板实际储运过程中所处工业大气环境完全不同，不能体现实际使用中的自然条件，并且在腐蚀机理上也与实际不同；二是该防锈性试验方法体现的是恒温恒湿条件下的防锈效果，而钢板在实际储运过程中经历的是温度、湿度交替变化的自然条件，包括结露现象，因此该防锈性试验方法不能充分体现防锈层对钢板在实际储运过程中的保护效果。
综上所述，期望一种评价钢板表面水性防锈层耐蚀性的溶液，采用该溶液进行测试时，试验条件苛刻性适中，试验周期适合，能够模拟工业大气环境下实际储运过程中相对温、湿度作用机理，试验可控性强，结果准确，重复性好。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种评价钢板表面水性防锈层耐蚀性的溶液，通过对各组分的含量合理控制，使得采用本发明所述的溶液在试验时能够体现工业大气环境特点并且试验严苛性适中，分辨力好。
基于上述发明目的，本发明提供了一种评价钢板表面水性防锈层耐蚀性的溶液，所述溶液中含有：
硫酸：1.1-2.5μg/L；
盐酸：3.8-7.2μg/L；
磷酸氢二钠：1.02-1.79g/L；
磷酸二氢钠：13.95-16.26g/L；
碳酸氢钠：1.51-3.85mg/L。
在本发明所述的技术方案中，所述溶液通过合理的组分配比，使得采用本发明所述的溶液在应用于试验箱进行测试时，能够体现大气环境下实际储运过程中相对温、湿度作用机理。本发明所述的溶液各组分的设计原理如下所述：
硫酸：在本发明所述的技术方案中，硫酸作为腐蚀性溶液，与铁反应生成硫酸亚铁，硫酸亚铁又在氧的作用下生成硫酸铁，再水解成硫酸继续参与腐蚀反应。这样，一分子硫酸至少可以连续腐蚀一百个铁原子。
盐酸：在本发明所述的技术方案中，盐酸作为腐蚀性溶液，与铁反应生成氯化亚铁，同时提供加速腐蚀的氯离子，氯离子的半径很小，很容易被金属表面所吸附，并能穿透氧化膜或排挤金属表面吸附的氧原子而取代之，从而破坏金属表面的钝化状态，造成金属的腐蚀，同时氯离子迁移率很高，从而作为催化剂可大大促进腐蚀。
磷酸氢二钠：在本发明所述的溶液中，磷酸氢二钠作为缓冲剂，是溶液中抗酸成分，与磷酸二氢钠形成缓冲溶液，通过弱酸解离平衡的移动以达到消耗掉外来的少量氢离子与氢氧根离子或对抗稍加稀释的作用，从而保持溶液pH值稳定，同时减缓氯离子对钢板的腐蚀。
磷酸二氢钠：在本发明所述的溶液中，磷酸二氢钠作为缓冲剂，是溶液中抗碱成分，与磷酸二氢钠形成缓冲溶液，通过弱酸解离平衡的移动以达到消耗掉外来的少量氢离子与氢氧根离子或对抗稍加稀释的作用，从而保持溶液pH值稳定，同时减缓氯离子对钢板的腐蚀。
碳酸氢钠：在本发明所述的技术方案中，碳酸氢钠与盐酸反应生成二氧化碳气体，二氧化碳气体附着在金属表面遇水后形成碳酸溶液促进腐蚀。此外，碳酸氢钠可作为缓冲剂，减缓氯离子对钢板的腐蚀，并调节溶液的pH值。本领域内技术人员可以根据各实施方式中氯离子的含量在1.51-3.85mg/L控制碳酸氢钠的添加量。
进一步地，本发明所述的溶液，所述溶液的pH值为4.2-4.8。在本发明所述的技术方案中，保持溶液pH值在此范围内，可以有效提高试验结果的可靠性与可重复性。
此外，本发明的另一目的在于提供一种评价钢板表面水性防锈层耐蚀性的方法，包括步骤：
(1)将试验溶液加入试验箱，设置试验箱内的初始温度为18-25℃，初始相对湿度设置为85-95％，保持第一时间段后将待测试样放入溶液中；其中，所述溶液中含有：
硫酸：1.1-2.5μg/L；
盐酸：3.8-7.2μg/L；
磷酸氢二钠：1.02-1.79g/L；
磷酸二氢钠：13.95-16.26g/L；
碳酸氢钠：1.51-3.85mg/L。
(2)设置试验箱内的温度为18-25℃，相对湿度为85-95％，保持第二时间段；
(3)设置试验箱内的温度为40-50℃，相对湿度为50-60％，保持第三时间段；
(4)设置试验箱内的温度为40-50℃，相对湿度为70-80％，保持第四时间段；
(5)设置试验箱内的温度为30-40℃，相对湿度为50-60％，保持第五时间段；
试验从步骤(1)开始运行到步骤(5)，然后再进行从步骤(2)至步骤(5)的若干个循环，每一次循环结束后记录试验结果。
在本发明所述的方法中在试验箱中进行，在试验过程中，待测试试样所接触的实验环境均由在试验箱中的溶液提供决定，因此本发明所述的方法根据钢板实际储运环境条件，对试验条件和溶液进行上述设定，从而使得本发明所述的方法能够体现工业大气环境下实际储运过程中相对温、湿度作用机理，所获得的测试结果更为准确。
本发明所述的技术方案通过对试验步骤的循环设置，使得试验条件涵盖了温度、相对湿度的交替变化。此外，通过设置步骤(2)至步骤(3)，使得试验具有短时间加速凝露的过程，能够更好的体现钢板实际储运环境条件。
另外，在本发明所述的方法中，温度在常规储运温度基础上(常规储运温度一般为20-35℃)适当增加，但没有将温度设定过高，在机理上能够体现实际储运过程中的温度影响；而相对湿度与常规试验方法条件不同，保持较高水平但没有过于苛刻(常规试验方法需要相对湿度在95％以上，连续进行测试)，更能体现实际储运过程中相对湿度的作用机理。
综上所述，本发明所述的方法试验条件简单，试验苛刻性适中，试验条件缓和，能够客观评价经过不同水性防锈剂处理后的钢板表面水性防锈层的耐蚀性，能够体现防锈性能不是很强的水性防锈剂的性能差异，具有可控性强、结果准确、重复性好的特点，可以为工业生产中水性防锈剂的筛选与应用提供重要依据。
需要说明的是，本发明所述的试验箱一般采用湿热试验箱。
进一步地，在本发明所述的方法中，其特征在于，所述第一时间段为0.6-3h。
优选地，在本发明所述的方法中，所述第二时间段为6-10h。
更进一步地，在本发明所述的方法中，所述第三时间段为3-5h。
进一步地，在本发明所述的方法中，所述第四时间段为3-5h。
进一步优选地，在本发明所述的方法中，所述第五时间段为6-10h。
进一步地，在本发明所述的方法中，所述溶液的pH值为4.2-4.8。
本发明所述的评价钢板表面水性防锈层耐蚀性的溶液通过对各组分的含量合理控制，使得采用本发明所述的溶液在试验时能够体现工业大气环境特点并且严苛程度要适中，分辨力好，既可以在适当试验周期内测量出待测水性防锈剂的耐蚀性能，又不会试验条件过于严苛而不能分辨出经不同水性防锈剂处理试样表面耐蚀性能的差异。
此外，采用本发明所述的评价钢板表面水性防锈层耐蚀性的溶液的试验结果可靠性高，可重复性好，对工业生产中水性防锈剂的筛选与用于提供重要依据。
另外，本发明所述的方法除了具有上述优点以外，还具有试验苛刻性适中，试验条件缓和，能够客观评价经过不同水性防锈剂处理后的钢板表面水性防锈层的耐蚀性，能够体现防锈性能不是很强的水性防锈剂的性能差异。
具体实施方式
下面将结合具体的实施例对本发明所述的评价钢板表面水性防锈层耐蚀性的溶液及方法做进一步的解释和说明，然而该解释和说明并不对本发明的技术方案构成不当限定。
实施例1-6
实施例1-6采用下述步骤进行测试：
(1)将试验溶液加入试验箱，设置试验箱内的初始温度为18-25℃，初始相对湿度设置为85-95％，保持0.6-3h后将待测试样放入溶液中；其中，实施例1-6的溶液按照表1所列的组分配比，实施例1-6中的试样按照表2进行制得，每份试样制备三片进行测试；
(2)设置试验箱内的温度为18-25℃，相对湿度为85-95％，保持6-10h；
(3)设置试验箱内的温度为40-50℃，相对湿度为50-60％，保持3-5h；
(4)设置试验箱内的温度为40-50℃，相对湿度为70-80％，保持3-5h；
(5)设置试验箱内的温度为30-40℃，相对湿度为50-60％，保持6-10h；
试验从步骤(1)开始运行到步骤(5)，然后再进行从步骤(2)至步骤(5)的若干个循环，每一次循环结束后记录试验结果。
需要说明的是，表4-9中的试验周期是指试验从步骤(1)开始运行到步骤(5)，然后再从步骤(2)开始运行到步骤(5)开始循环，每一循环步骤(5)结束后为一个试验周期，每完成一个试验周期，观察一次试验结果并记录于表4-9中，直至试样出现锈蚀后，停止测试，不再记录试验结果，因此，在表4-表9中“/”表示试样出现锈蚀，结果不再记录。
表1列出了各实施例的溶液组分配比和溶液pH值。
表1.
实施例1-6中的试样采用冷轧钢板剪切成75mm*150mm，采用不同水性防锈剂制成不同的试样，其中，测试试样采用表2所列的水性防锈剂浸涂钢板沥干制得，空白试样为不浸涂任何水性防锈剂的钢板。
表2.
注：表2中的水性防锈剂A、B、C、D和E只是表示对五种不同的水性防锈剂进行了检测，其并不特指某种水性防锈剂，本领域内技术人员也可以采用本技术方案对市场上流通或实验室配置的所有水性防锈剂进行检测。
表3列出了各实施例中的具体测试试验条件参数。
表3.
表4列出了实施例1的试验结果。
表4.
由表4的试验结果可以看出，测试试样A和测试试样B均有防锈保护效果，但是水性防锈剂A的防锈效果与水性防锈剂B的防锈效果不同，水性防锈剂B的防锈性能明显优于水性防锈剂A，水性防锈剂B经过9个试验周期无锈蚀现象，在第10个试验周期出现锈蚀，水性防锈剂A是经过6个试验周期无锈蚀现象，在第7个试验周期出现锈蚀。由此说明采用实施例1的方法能够评价经过不同水性防锈剂处理后的冷轧钢板表面的耐蚀性能，明显区分不同水性防锈剂的性能差异。
表5列出了实施例2的试验结果。
表5.
由表5的试验结果可以看出，而测试试样C1和测试试样C2均有防锈保护效果，但是体积百分比为4％的水性防锈剂C的防锈效果与体积百分比为6％的水性防锈剂C不同。空白试样2在第3个试验周期即出现锈蚀，测试试样C1在第8个试验周期出现锈蚀，测试试样C2在第11个试验周期才出现锈蚀。(说明体积百分比为6％的水性防锈剂C的防锈效果优于体积百分比为4％的水性防锈剂C的防锈效果。由此说明采用实施例2的方法能够评价经过不同体积百分比的同种水性防锈剂处理后的冷轧钢板表面的耐蚀性能，实施例2的方法对于体积百分比差异微小的同种水性防锈剂的性能差异分辨力好。
表6列出了实施例3的试验结果。
表6
由表6的试验结果可以看出，体积百分比为3％的水性防锈剂A的防锈效果与体积百分比为7％的水性防锈剂A不同。测试试样A1在第5个试验周期出现锈蚀，测试试样A2在第9个试验周期才出现锈蚀。说明体积百分比为7％的水性防锈剂A的防锈效果优于体积百分比为3％的水性防锈剂A的防锈效果。
表7列出了实施例4的试验结果。
表7
由表7的试验结果可以看出，体积百分比为3％的水性防锈剂B的防锈效果与体积百分比为7％的水性防锈剂B不同。测试试样B1在第7个试验周期出现锈蚀，测试试样B2在第12个试验周期才出现锈蚀。说明体积百分比为7％的水性防锈剂B的防锈效果优于体积百分比为3％的水性防锈剂B的防锈效果。
表8列出了实施例5的试验结果。
表8
由表8的试验结果可以看出，水性防锈剂D的防锈效果与水性防锈剂E的防锈效果不同，水性防锈剂D的防锈性能明显优于水性防锈剂E，水性防锈剂D在第12个试验周期出现锈蚀，水性防锈剂E则在第6个试验周期出现锈蚀。
表9列出了实施例6的试验结果。
表9
由表9的试验结果可以看出，体积百分比分别为4％、6％、8％的水性防锈剂D的防锈效果不同。测试试样D1在第8个试验周期出现锈蚀，测试试样D2在第13个试验周期出现锈蚀，测试试样D3在15个试验周期出现锈蚀。说明体积百分比为8％的水性防锈剂D的防锈效果相对最好，其次是体积百分比为6％的水性防锈剂D，体积百分比为4％的水性防锈剂D的防锈效果相对较差。
结合表4至表9可以看出，本案各实施例的方法既可以在适当试验周期内测量出待测水性防锈剂的耐蚀性能，又不会由于试验条件过于严苛而不能分辨出经不同水性防锈剂处理试样表面耐蚀性能的差异。
需要注意的是，以上列举的仅为本发明的具体实施例，显然本发明不限于以上实施例，随之有着许多的类似变化。本领域的技术人员如果从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种评价钢板表面水性防锈层耐蚀性的溶液，其特征在于，所述溶液中含有：
硫酸：1.1-2.5μg/L；
盐酸：3.8-7.2μg/L；
磷酸氢二钠：1.02-1.79g/L；
磷酸二氢钠：13.95-16.26g/L；
碳酸氢钠：1.51-3.85mg/L。
2.如权利要求1所述的溶液，其特征在于，所述溶液的pH值为4.2-4.8。
3.一种评价钢板表面水性防锈层耐蚀性的方法，其特征在于，包括步骤：
(1)将试验溶液加入试验箱，设置试验箱内的初始温度为18-25℃，初始相对湿度设置为85-95％，保持第一时间段后将待测试样放入溶液中；
其中，所述溶液中含有：
硫酸：1.1-2.5μg/L；
盐酸：3.8-7.2μg/L；
磷酸氢二钠：1.02-1.79g/L；
磷酸二氢钠：13.95-16.26g/L；
碳酸氢钠：1.51-3.85mg/L。
(2)设置试验箱内的温度为18-25℃，相对湿度为85-95％，保持第二时间段；
(3)设置试验箱内的温度为40-50℃，相对湿度为50-60％，保持第三时间段；
(4)设置试验箱内的温度为40-50℃，相对湿度为70-80％，保持第四时间段；
(5)设置试验箱内的温度为30-40℃，相对湿度为50-60％，保持第五时间段；
试验从步骤(1)开始运行到步骤(5)，然后再进行从步骤(2)至步骤(5)的若干个循环，每一次循环结束后记录试验结果。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第一时间段为0.6-3h。
5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第二时间段为6-10h。
6.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第三时间段为3-5h。
7.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第四时间段为3-5h。
8.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第五时间段为6-10h。
9.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述溶液的pH值为4.2-4.8。
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