CN108425118B

CN108425118B - 一种用于碳钢和黄铜的四元复配气相缓蚀剂及其制备方法

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Publication number: CN108425118B
Application number: CN201810236581.7A
Authority: CN
Inventors: 黄颖为; 王咚; 姜风超
Original assignee: Xian University of Technology
Current assignee: Xian University of Technology
Priority date: 2018-03-21
Filing date: 2018-03-21
Publication date: 2019-12-24
Anticipated expiration: 2038-03-21
Also published as: CN108425118A

Abstract

本发明公开了一种用于碳钢和黄铜的四元复配气相缓蚀剂，由钼酸铵、苯甲酸钠、三乙醇胺、硫酸锌的水溶液混合而成。本发明还公开了上述缓蚀剂的制备方法。本发明用于碳钢和黄铜的四元复配气相缓蚀剂，使用钼酸铵、三乙醇胺、苯甲酸钠、硫酸锌进行复配，该四元复配气相缓蚀剂绿色环保、高效、对环境污染小，且具有良好的协同作用，解决了现有缓蚀剂缓蚀性能差、毒性大的问题，制备方法简单，使用方便，能够提高碳钢和黄铜的缓蚀率，延长其使用寿命。

Description

一种用于碳钢和黄铜的四元复配气相缓蚀剂及其制备方法

技术领域

本发明属于金属气相防锈技术领域，具体涉及一种用于碳钢和黄铜的四元复配气相缓蚀剂，本发明还涉及上述用于碳钢和黄铜的四元复配气相缓蚀剂的制备方法。

背景技术

气相防锈包装技术，就是在包装容器或封存空间放置一定量的气相缓蚀剂(Volatile Corrosion Inhibitor简称VCI)，或涂有气相缓蚀剂的气相防锈纸和气相防锈塑料薄膜，其气相缓蚀剂不断缓慢挥发出缓蚀气体，形成一定的蒸气压，充满封存空间，甚至装备元件的缝隙，有效地抑制金属部件锈蚀，该方法又称作气相封存或气相防锈技术。

影响气相缓蚀剂缓蚀效果的因素：

(1)蒸气压：

气相缓蚀剂的饱和蒸气压决定了气相缓蚀剂的挥发性，饱和蒸气压大的，快速挥发吸附在金属表面；蒸气压小的，具有持久的防锈效果。

(2)水溶性：

因为在缓蚀剂的使用过程中，空气中含有一定的水蒸气，会影响缓蚀剂，因此水溶性对气相缓蚀剂也有一定的影响。在缓蚀剂溶解的基础上，缓蚀剂还应该具有很好地吸附性，能够在金属表面形成完整的保护膜，达到气相缓蚀的目的。

(3)温度：

要保证防锈产品在生产过程中，加工温度不会使气相缓蚀剂挥发，其次，对于某些特定的缓蚀剂，需要在高温下才能保证缓蚀剂成膜，例如硅酸钠，当膜的固化温度较低时，表面有明显裂纹，并附有白色盐状颗粒；固化温度较高时，防锈膜致密、均匀、有光泽，具有较好的耐蚀性和耐常温水溶解性能。

现有的亚硝酸盐类气相缓蚀剂具有毒性，会造成环境污染，需要开发环保型气相缓蚀剂，并且需要气相防护的金属产品多数是金属组合件，而现有的气相缓蚀剂只能做到对单一金属进行防护。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于碳钢和黄铜的四元复配气相缓蚀剂，解决了目前气相缓蚀剂的毒性大，且只能对单一金属起到防护作用的问题。

本发明的另一目的是提供一种用于碳钢和黄铜的四元复配气相缓蚀剂的制备方法。

本发明所采用的技术方案是，一种用于碳钢和黄铜的四元复配气相缓蚀剂，由钼酸铵、苯甲酸钠、三乙醇胺、硫酸锌的水溶液混合而成。

本发明特点还在于，

四元复配气相缓蚀剂中各组分的质量-体积浓度为：钼酸铵1.8g/L～2.2g/L，苯甲酸钠7.8g/L～8.2g/L，三乙醇胺9.8g/L～10.2g/L，硫酸锌3.8g/L～4.2g/L。

本发明所采用的另一技术方案是，上述用于碳钢和黄铜的四元复配气相缓蚀剂的制备方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1，称取钼酸铵、苯甲酸钠、三乙醇胺和硫酸锌；

步骤2，将步骤1称取的钼酸铵、苯甲酸钠、三乙醇胺和硫酸锌分别用蒸馏水溶解，搅拌均匀，分别得到钼酸铵溶液、苯甲酸钠溶液、三乙醇胺溶液和硫酸锌溶液；

步骤3，将步骤2得到的钼酸铵溶液、苯甲酸钠溶液、三乙醇胺溶液和硫酸锌溶液分别静置，然后将四种溶液混合并搅拌均匀，即得到用于碳钢和黄铜的四元复配气相缓蚀剂。

所述制得的四元复配气相缓蚀剂中各组分的质量-体积浓度为：钼酸铵1.8g/L～2.2g/L，苯甲酸钠7.8g/L～8.2g/L，三乙醇胺9.8g/L～10.2g/L，硫酸锌3.8g/L～4.2g/L。

步骤2中溶解各原料的蒸馏水的用量为蒸馏水总量的1/4。

步骤2中钼酸铵溶液、苯甲酸钠溶液、三乙醇胺溶液和硫酸锌溶液的搅拌时间均为5～10min。

步骤3中钼酸铵溶液、苯甲酸钠溶液、三乙醇胺溶液和硫酸锌溶液的静置时间均为4～6min。

本发明的有益效果是，本发明用于碳钢和黄铜的四元复配气相缓蚀剂，使用钼酸铵、三乙醇胺、苯甲酸钠、硫酸锌进行复配，该四元复配气相缓蚀剂绿色环保、高效、对环境污染小，且具有良好的协同缓蚀作用，对于碳钢和黄铜均具有良好的缓蚀性能，解决了现有缓蚀剂缓蚀性能差、毒性大的问题，制备方法简单，使用方便，能够提高碳钢和黄铜的缓蚀率，延长其使用寿命。

附图说明

图1是Q235钢在实施例1制得的气相缓蚀剂和亚硝酸盐气相缓蚀剂中的缓蚀曲线；

图2是黄铜在实施例1制得的气相缓蚀剂和亚硝酸盐气相缓蚀剂中的缓蚀曲线。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明一种用于碳钢和黄铜的四元复配气相缓蚀剂，按照质量-体积浓度，由1.8g/L～2.2g/L钼酸铵，7.8g/L～8.2g/L苯甲酸钠，9.8g/L～10.2g/L三乙醇胺，3.8g/L～4.2g/L硫酸锌的水溶液组成。

上述缓蚀剂的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，根据所需缓蚀剂的体积，按质量-体积浓度分别称取1.8g/L～2.2g/L钼酸铵，7.8g/L～8.2g/L苯甲酸钠，9.8g/L～10.2g/L三乙醇胺，3.8g/L～4.2g/L硫酸锌；

步骤2，将步骤1称取的钼酸铵、苯甲酸钠、三乙醇胺和硫酸锌分别用1/4体积的蒸馏水溶解，搅拌5～10min，分别得到钼酸铵溶液、苯甲酸钠溶液、三乙醇胺溶液和硫酸锌溶液；

步骤3，将步骤2得到的钼酸铵溶液、苯甲酸钠溶液、三乙醇胺溶液和硫酸锌溶液分别静置4～6min，然后将这四种溶液混合并搅拌均匀，即得到用于碳钢和黄铜的四元复配气相缓蚀剂。

缓蚀剂中各个组分的作用：

钼酸铵((NH₄)₂Mo₂O₇)：钼酸铵在水中溶解时，离解产生季铵离子与钼酸根离子，季铵离子在金属的阴极区发生吸附作用，阻挠了H⁺的放电，抑制了阴极反应，钼酸铵中的MoO₄ ^2-是一种弱氧化剂，MoO₄ ^2-与基体金属发生反应，生成的产物在金属表面沉积，抑制阳极金属的溶解，形成钝化膜。随着钼酸铵缓蚀剂量的增多，MoO₄ ^2-浓度增大，加快钼酸铵钝化膜的形成，使钼酸铵缓蚀效果增强，这种膜的作用在于阻止Fe²⁺、Fe³⁺通过膜向溶液扩散，同时也阻止了腐蚀介质向金属表面的迁移，从而抑制了金属的腐蚀。

三乙醇胺((HOCH₂CH₂)₃N)：三乙醇胺为吸附型缓蚀剂，其-N＝基团能与金属离子络和，会在金属表面形成吸附膜，三乙醇胺取代了金属表面的吸附水，构成一层三维网络的缓蚀屏障，减缓金属与氧的反应速率。

苯甲酸钠(C₆H₅CO₂Na)：当Fe失去电子时(生成Fe²⁺或Fe³⁺)，很容易与带负电的(C₆H₅COO)^-结合，生成相应的络合物，其中(C₆H₅COO)^-中的O提供了孤对电子，络合反应可表示如下：

2(C₇H₅O₂)^-+Fe²⁺→Fe(C₇H₅O₂)₂

苯甲酸钠可以和金属离子结合，在金属表面形成一层络合物吸附膜，起到缓蚀作用，当质量浓度较小时，金属表面形成的吸附膜不完整，随着质量浓度增大，金属表面的吸附膜趋于完整。

硫酸锌(ZnSO₄)：硫酸锌为阴极型缓蚀剂，此时在阴极的反应过程如下：

O₂+4e+2H₂O→4OH^-

Zn²⁺+2OH^-→Zn(OH)₂

在金属表面的阴极区反应，反应产物在阴极沉积成膜，随着膜的厚度增加，阴极释放电子的反应被阻挡。硫酸锌的加入，阴极部位产生Zn(OH)₂沉淀，沉淀起到保护膜的作用。但当硫酸锌浓度过高时，金属的缓蚀率随硫酸锌浓度升高没有明显的变化，这与氢氧化锌沉积时生成的保护膜的性质有关，硫酸锌所形成的Zn(OH)₂沉积膜是粒状结构，与金属表面的附着力很低，因此它只有微弱的保护性能。

本发明用于碳钢和黄铜的四元复配气相缓蚀剂，使用钼酸铵、三乙醇胺、苯甲酸钠、硫酸锌进行复配，该四元复配气相缓蚀剂绿色环保、高效、对环境污染小，且具有良好的协同作用，解决了现有气相缓蚀剂缓蚀性能差、毒性大的问题，制备方法简单，使用方便，能够提高碳钢和黄铜的缓蚀率，延长碳钢的使用寿命。

实施例1

步骤1，配置1L缓蚀剂，分别称取2g钼酸铵，8g苯甲酸钠，10g三乙醇胺和4g硫酸锌；

步骤2，将步骤1称取的钼酸铵，苯甲酸钠，三乙醇胺和硫酸锌分别用250mL的蒸馏水溶解，搅拌5min，分别得到钼酸铵溶液，苯甲酸钠溶液，三乙醇胺溶液和硫酸锌溶液；

步骤3，将步骤2得到的钼酸铵溶液，苯甲酸钠溶液，三乙醇胺溶液和硫酸锌溶液；分别静置5min，然后将这四种溶液混合并搅拌均匀。

将制得的缓蚀剂在不超过24小时的时间内，涂覆于防锈塑料薄膜上，将其制成气相防锈薄膜；再将被防锈的碳钢和黄铜表面处理成清洁、平滑、干燥、无锈蚀状态；最后，将气相防锈薄膜包裹金属表面，并密封接口处，且气相防锈薄膜与金属之间直接接触。

将做了缓蚀处理的碳钢和黄铜分别用亚硝酸盐和本发明所制备出的不同的气相防锈薄膜包裹，在同样的温度、湿度下(50℃，80％)比较其缓蚀效果，对比湿热试验前后，碳钢和黄铜的重量变化，利用公式v＝(W1-W0)/(S*t)和η＝(v₀-v)/v₀×100％进行计算，其中v—腐蚀速度，g/(m²·h)；其中W₀—金属试件初始重量，g；W₁—带有腐蚀产物的金属试件经腐蚀后重量，g；S—金属试件表面积，m2；t—腐蚀进行的时间，h。v₁—加入缓蚀剂后金属的腐蚀速度，g/(m2·h)；v₀—未加缓蚀剂时金属的腐蚀速度，g/(m²·h)。图1和2分别是两种缓蚀剂对碳钢和黄铜的缓蚀曲线，可以看出，本发明缓蚀剂对于碳钢和黄铜的缓蚀率明显优于传统亚硝酸盐缓蚀剂。亚硝酸盐对碳钢的最高缓蚀率为86.56％，而本发明对碳钢的最高缓蚀率达到90.94％；亚硝酸盐对黄铜的最高缓蚀率为65.56％，而本发明对黄铜的最高缓蚀率达到88.203％。

实施例2

步骤1，配置1L缓蚀剂，分别称取1.8g钼酸铵，7.8g苯甲酸钠，9.8g三乙醇胺和3.8g硫酸锌；

步骤2，将步骤1称取的钼酸铵，苯甲酸钠，三乙醇胺和硫酸锌分别用250mL的蒸馏水溶解，搅拌7min，分别得到硅酸钠溶液、丙氨酸溶液、苯甲酸钠溶液和尿素溶液；

步骤3，将步骤2得到的钼酸铵溶液，苯甲酸钠溶液，三乙醇胺溶液和硫酸锌溶液分别静置4min，然后将这四种溶液混合并搅拌均匀。

实施例3

步骤1，配置1L缓蚀剂，分别称取2.2g钼酸铵，8.2g苯甲酸钠，10.2g三乙醇胺和4.2g硫酸锌；

步骤2，将步骤1称取的钼酸铵，苯甲酸钠，三乙醇胺和硫酸锌分别用250mL的蒸馏水溶解，搅拌10min，分别得到硅酸钠溶液、丙氨酸溶液、苯甲酸钠溶液和尿素溶液；

步骤3，将步骤2得到的钼酸铵溶液，苯甲酸钠溶液，三乙醇胺溶液和硫酸锌溶液分别静置6min，然后将这四种溶液混合并搅拌均匀。

实施例4

步骤1，配置1L缓蚀剂，分别称取2.1g钼酸铵，8.1g苯甲酸钠，10.1g三乙醇胺和4.1g硫酸锌；

步骤2，将步骤1称取的钼酸铵，苯甲酸钠，三乙醇胺和硫酸锌分别用250mL的蒸馏水溶解，搅拌8min，分别得到硅酸钠溶液、丙氨酸溶液、苯甲酸钠溶液和尿素溶液；

步骤3，将步骤2得到的钼酸铵溶液，苯甲酸钠溶液，三乙醇胺溶液和硫酸锌溶液分别静置5min，然后将这四种溶液混合并搅拌均匀。

实施例5

步骤1，配置1L缓蚀剂，分别称取1.9g钼酸铵，7.9g苯甲酸钠，9.9g三乙醇胺和3.9g硫酸锌；

步骤2，将步骤1称取的钼酸铵，苯甲酸钠，三乙醇胺和硫酸锌分别用250mL的蒸馏水溶解，搅拌9min，分别得到钼酸铵溶液，苯甲酸钠溶液，三乙醇胺溶液和硫酸锌溶液；

Claims

1.一种用于碳钢和黄铜的四元复配气相缓蚀剂，其特征在于，由钼酸铵、苯甲酸钠、三乙醇胺、硫酸锌的水溶液混合而成；

所述四元复配气相缓蚀剂中各组分的质量-体积浓度为：钼酸铵1.8g/L～2.2g/L，苯甲酸钠7.8g/L～8.2g/L，三乙醇胺9.8g/L～10.2g/L，硫酸锌3.8g/L～4.2g/L；

所述缓蚀剂在不超过24小时的时间内，涂覆于防锈塑料薄膜上，将其制成气相防锈薄膜；再将被防锈的碳钢和黄铜表面处理成清洁、平滑、干燥、无锈蚀状态；最后，将气相防锈薄膜包裹金属表面，并密封接口处，且气相防锈薄膜与金属之间直接接触。

2.一种用于碳钢和黄铜的四元复配气相缓蚀剂的制备方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：

步骤1，称取钼酸铵、苯甲酸钠、三乙醇胺和硫酸锌；

步骤2，将步骤1称取的钼酸铵、苯甲酸钠、三乙醇胺和硫酸锌分别用蒸馏水溶解，搅拌均匀，得到钼酸铵溶液、苯甲酸钠溶液、三乙醇胺溶液和硫酸锌溶液；

步骤3，将步骤2得到的钼酸铵溶液、苯甲酸钠溶液、三乙醇胺溶液和硫酸锌溶液分别静置，然后将四种溶液混合并搅拌均匀，即得到用于碳钢和黄铜的四元复配气相缓蚀剂；

制得的四元复配气相缓蚀剂中各组分的质量-体积浓度为：钼酸铵1.8g/L～2.2g/L，苯甲酸钠7.8g/L～8.2g/L，三乙醇胺9.8g/L～10.2g/L，硫酸锌3.8g/L～4.2g/L。

3.根据权利要求2所述的一种用于碳钢和黄铜的四元复配气相缓蚀剂的制备方法，其特征在于，所述步骤2中溶解各原料的蒸馏水的用量为蒸馏水总量的1/4。

4.根据权利要求2所述的一种用于碳钢和黄铜的四元复配气相缓蚀剂的制备方法，其特征在于，所述步骤2中钼酸铵溶液、苯甲酸钠溶液、三乙醇胺溶液和硫酸锌溶液的搅拌时间均为5～10min。

5.根据权利要求2所述的一种用于碳钢和黄铜的四元复配气相缓蚀剂的制备方法，其特征在于，所述步骤3中钼酸铵溶液、苯甲酸钠溶液、三乙醇胺溶液和硫酸锌溶液的静置时间均为4～6min。