CN1092248C - 抑制钢铁在海水中腐蚀的缓蚀剂、制备方法及其使用方法 - Google Patents

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Abstract

一种抑制钢铁在海水中腐蚀的新型缓蚀剂(简称XM-404)，是由45～55%钼酸钠、25～35%磷酸三乙醇胺和15～25%磷酸二氢锌所组成。这种缓蚀剂浓度为80～230ppm时，不仅能在海水中的钢铁表面形成多重保护膜，而且当膜破损时尚具有自修复的能力，因此，它对抑制钢铁在海水中的腐蚀特别有效，缓蚀率高达99.73%。并且所需剂量小、成本低；原材料无毒、无公害；工序简单，不必预膜。

Description

抑制钢铁在海水中腐蚀的缓蚀剂、制备方法及其使用方法
本发明涉及化学领域，尤其是涉及抑制钢铁在海水中腐蚀的一种新型缓蚀剂(简称XM-404)及其配制与使用方法。
缓蚀剂的应用已有100多年历史，然而由于海水组份的复杂性和影响因素的多样性，直至目前，此类缓蚀剂的研究相对较少。Mehta指出，在不同盐度的海水中添加5000ppm铬酸钾可使碳钢的缓蚀率达到75％以上；添加2500ppm切削油也可达到同样的缓蚀效果[J.Electrochem.Soc.India.，1992，41(1)：57-65]。Sawant等人给出的结果是，在海水中添加低于50ppm的氨基磺胺，可使碳钢的缓蚀率达到50～90％[Corros.prev.control，1994，41(11)：14-18]。李海明等人的研究报告指出，由葡萄糖酸盐、有机多酸盐、钼酸盐、磷酸盐和锌盐组成的复合缓蚀剂，浓度为150ppm以上时，对海水中碳钢的缓蚀率达到90％[第六届全国缓蚀剂学术讨论会论文集，1989：50-57]。白荣明等人的研究报告表明，先用1800ppm预膜剂预膜，再添加50ppm的缓蚀剂，经168小时的失重试验，对海水中碳钢的缓蚀率50℃时达95.6％，80℃时达96.8％[工业水处理，1991，11(6)：20-21]。
现有的海水介质缓蚀剂存在的共同问题是缓蚀率偏低，剂量大，成本高。有的甚至使用极毒致癌物质铬酸盐，污染人类赖以生存的环境。本发明的目的就在于研制一种高效、廉价、无毒或低毒的新型缓蚀剂，取代以往的那些同类缓蚀剂。
为实现本发明的目的，所采用的技术路线及其作用原理如下：(1)起用缓蚀性能好，低毒无公害的钼酸钠作为主成份。众所周知：钼酸钠是钢铁磷化常用的有效加速剂，若将钼酸钠与磷酸盐或磷酸酯复配，借助组份间的协同作用，定能大幅度提高缓蚀效果，同时又可大幅度降低价格较贵的钼酸钠用量。(2)利用“分子剪裁法”合成的磷酸三乙醇胺，进一步加强了醇胺基团和磷酸根之间的协同作用。它在溶解O2的协同作用下，能在钢铁表面形成磷酸三乙醇胺、γ-Fe2O3、Fe3O4和FePO4的多重保护膜，并且由于它支链多，当膜破损时尚具自修复的能力，与钼酸钠的复配性甚佳。(3)首次把磷酸二氢锌引入海水介质缓蚀剂中，它与Na3PO4或ZnSO4相比较具有更多的优点。磷酸二氢锌具有水解性，能在钢铁表面的阴极反应处形成不溶性的Zn3(PO4)2沉积膜，单独使用Na3PO4或ZnSO4不能生成上述沉积膜。磷酸二氢锌能电离，磷酸根在溶解O2的协同作用下，与Fe++反应，在钢铁表面形成不溶性的FePO4沉积膜，其作用同Na3PO4，而Zn++有可能以Zn(OH)2的形式形成阴极型的沉淀膜，这种膜不牢固，但能增效，其作用同ZnSO4。(4)通过复配试验，达到优化组合。实验表明：钼酸钠、磷酸三乙醇胺和磷酸二氢锌首次作为一个整体(XM-404)配合完美，协同作用十分显著，对抑制钢铁在海水中的腐蚀特别有效。
钢铁在海水中腐蚀的抑制包括在海水中添加80ppm～230ppm的XM-404海水介质缓蚀剂及该缓蚀剂的制备与使用。这种缓蚀剂由45～55％的钼酸钠、25～35％磷酸三乙醇胺和15～25％的磷酸二氢锌所组成。
缓蚀剂的组份最好配制成溶液的形式使用。A液为钼酸钠溶液，其含量为100mg/ml。B液为磷酸三乙醇胺和磷酸二氢锌的混合液，磷酸三乙醇胺和磷酸二氢锌之比为3∶2(重量比)，总含量为100mg/ml。
实际上B液可按下列反应式，即
......(1)
......(2)计算出磷酸、三乙醇胺和氧化锌的用量，通过直接反应制得。配制时取少量水，加入计算量的磷酸和三乙醇胺，充分搅拌，并静置片刻，然后加入计算量的氧化锌，继续搅拌至全溶，最后补足水量，搅匀即可。
根据海水介质的重量、要求的缓蚀剂浓度以及缓蚀剂组份配比可计算出A液和B液的用量，然后先将A液加入海水介质中搅拌均匀后，再加B液，继续搅拌至缓蚀剂三组份均匀分散在海水介质中，即可投入使用。
试验表明，XM-404缓蚀剂浓度为80ppm～230ppm时，A3钢经1800小时失重试验，测得的缓蚀率均达99.5％以上。当XM-404海水介质缓蚀剂浓度为80ppm时，用失重法测得该缓蚀剂对A3钢的缓蚀率高达99.73％，钢样光亮，未见宏观腐蚀。与李海明等人研究的海水中碳钢缓蚀剂(同属钼磷系)相比，缓蚀率高出9.73％，而剂量仅为后者的8/15。同时“XM-404”的缓蚀率也远远高于其它体系的同类缓蚀剂。这种新型的缓蚀剂不仅高效；剂量小，成本低；而且原材料无毒，可取代以往的那些同类缓蚀剂。
实施例1：试验溶液为不加缓蚀剂的天然海水和加有按50％钼酸钠、30％磷酸三乙醇胺和20％磷酸二氢锌(重量百分比)配制成的XM-404海水介质缓蚀剂80ppm的天然海水。试验材料为A3钢，规格为5×2.5×0.2cm，表面积为28cm2。所用试样均经金相砂纸逐级打磨，再经自来水和无水酒精清洗，冷风吹干，置于干燥器中24小时以上，备用。
实验采用失重法，试样经称重后在试验溶液中浸泡1800小时，取出的试样按GB6384-86方法处理、称重，按下列公式(3)计算钢样的腐蚀率υ，即
        υ(mm/y)＝8.76×104×Δw/s×t×ρ......(3)式中：Δw为钢样的失重(g)，S为钢样的表面积(cm2)，t为浸泡时间(h)，ρ为钢样的材料密度(g/cm3)。
再按公式(4)计算缓蚀剂对钢铁的缓蚀率E，即
         E(％)＝(υo-υc)/υo×100......(4)式中：υo为空白的钢样腐蚀率，υc为给定缓蚀剂的钢样腐蚀率。
测试结果如下：缓蚀剂浓度为80ppm时，对A3钢的缓蚀率为99.73％。
实施例2，方法及缓蚀剂的配方同实施例1，缓蚀剂浓度为150ppm时，对A3钢的缓蚀率为99.62％。

Claims (3)

1.抑制钢铁在海水中腐蚀的缓蚀剂，由钼酸钠、磷酸三乙醇胺和磷酸二氢锌所组成，其特征在于：它们的配比(重量比)为：
        钼酸钠         45～55％；
        磷酸三乙醇胺   25～35％；
        磷酸二氢锌     15～25％。
2.一种权利要求1的抑制钢铁在海水中腐蚀的缓蚀剂的制备方法，其特征在于，该制备方法由下列步骤组成：
(1)将钼酸钠配成含量为100mg/ml的溶液，即A液；
(2)磷酸三乙醇胺与磷酸二氢锌之比为3∶2(重量比)，总含量为100mg/ml的混合液，即B液，配制时先按下列反应式，即
计算出磷酸、三乙醇胺和氧化锌的用量，然后取少量水，加入计算量的磷酸和三乙醇胺，充分搅拌，并静置片刻，再加入计算量的氧化锌，继续搅拌至全溶，最后补足水份即可。
(3)先根据海水介质的重量、要求的缓蚀剂浓度以及缓蚀剂组份配比计算出A液和B液的用量，然后把A液加入海水介质中，搅匀后再加入B液，继续搅拌至缓蚀剂各组份均匀分散在海水介质中，即可使用。
3.一种权利要求1的抑制钢铁在海水中腐蚀的缓蚀剂的使用方法，其特征在于：该缓蚀剂在使用时的浓度为80ppm～230ppm，该缓蚀剂的组份最好配制成溶液的形式使用，A液为钼酸钠溶液，含量为100mg/ml；B液为磷酸三乙醇胺和磷酸二氢锌的混合液，总含量为100mg/ml，磷酸三乙醇胺与磷酸二氢锌之比为3∶2(重量比)。
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