CN1092249C - 抑制钢铁在自来水中腐蚀的缓蚀剂、制备方法及其使用方法 - Google Patents

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    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
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Abstract

一种抑制钢铁在自来水中腐蚀的新型缓蚀剂是由40%~60%的钼酸钠、3~23%的磷酸三乙醇胺、3~23%的磷酸二氢锌和14%~34%的三聚磷酸钠所组成。当浓度为75ppm~250ppm时,这种缓蚀剂不仅能在自来水中的钢铁表面形成多重的保护膜,而且当膜破损时尚具自修复的能力,因此,缓蚀效果特佳,对A3钢的缓蚀率高达100%。其主要特点是:(1)高效。(2)剂量小,成本低。(3)低毒,无公害。(4)工序简单,不必预膜。(5)兼有一定阻垢功能,可作水质稳定剂使用。

Description

抑制钢铁在自来水中腐蚀的缓蚀剂、制备方法及其使用方法
本发明涉及到化学领域,特别是涉及到一种抑制钢铁在自来水中腐蚀的新型缓蚀剂(简称为XM-202)及其配制与使用方法。
化学缓蚀剂法抑制钢铁在自来水中腐蚀不仅十分有效,而且较为简便。此类缓蚀剂按其主成份可分为磷系、钼系、硅系、有机系等。其中钼系缓蚀剂具有缓蚀率高;低毒无公害;稳定性较好;适合于高PH值、高硬度水和较高的温度条件下运行等优点而受到人们的高度重视。陆柱等人的研究结果表明:在自来水中添加Na2MoO4·2H2O 800mg/l(按Na2MoO4计680ppm)可使碳钢的缓蚀率达到97%(1979年腐蚀与防护学术报告会议论文集,科学出版社,1982:328)。单一使用钼酸钠固然高效,但剂量太大,而且钼酸钠价格较贵、成本高。
本发明的目的在于通过钼酸钠与其他物质复配,借助组份间的协同作用,进一步提高缓蚀效果,同时大幅度降低价格较贵的钼酸钠用量,以取得更大的经济效益。
为实现本发明之目的,所采用的技术路线和作用原理如下:(1)众所周知,钼酸钠是钢铁磷化常用的有效加速剂。可以设想,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,其缓蚀效果肯定比单一使用钼酸钠更好,而价格较贵的钼酸钠用量将大幅度降低。(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和钼酸钠的协同作用下,能在自来水中的钢铁表面形成由磷酸三乙醇胺、γ-Fe2O3、Fe3O4和FePO4组成的多重保护膜。并且由于它支链多,当膜破损时尚具自修复的能力。(3)首次把磷酸二氢锌引入此类缓蚀剂的配方中。它与正磷酸盐(如Na3PO4)或非水解性锌盐(如ZnSO4)相比较具有更多的优点。磷酸二氢锌具有水解性,能在自来水中的钢铁表面的阴极反应处形成不溶性的Zn3(PO4)2沉积膜,这种膜与基体结合牢固。正磷酸盐和非水解性锌盐(如ZnSO4等)没有这种性能。磷酸二氢锌可在自来水中电离,磷酸根在溶解O2和钼酸钠的协同作用下,与Fe++反应,在自来水中的钢铁表面形成不溶性的FePO4沉积膜,其作用与使用正磷酸盐(如Na3PO4)相同,而Zn++有可能以Zn(OH)2的形式在钢铁表面形成阴极型沉淀膜,这种膜不牢固,但能增效,其作用与使用非水解性锌盐(如ZnSO4)相同。(4)在新型缓蚀剂配方中引入三聚磷酸钠,它既能促进钢铁表面γ-Fe2O3钝化膜的形成,又能将更多的Ca++稳定在自来水中,起缓蚀和阻垢双重作用。(5)通过复配试验,达到优化组合,进一步提高缓蚀效果。实验表明:钼酸钠、磷酸三乙醇胺、磷酸二氢锌和三聚磷酸钠首次作为一个整体(XM-202)配合完美,协同作用十分显著,对抑制钢铁在自来水中腐蚀特别有效。
钢铁在自来水中腐蚀的抑制方法包括在自来水中添加75ppm~250ppm的XM-202自来水介质缓蚀剂及该缓蚀剂的配制与使用。
XM-202自来水介质缓蚀剂是由40%~60%的钼酸钠、3%~23%的磷酸三乙醇胺、3%~23%的磷酸二氢锌和14%~34%的三聚磷酸钠所组成。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、磷酸二氢锌和三聚磷酸钠的混合液,其重量比为磷酸三乙醇胺∶磷酸二氢锌∶三聚磷酸钠=13∶13∶24,总含量为100mg/ml。
实际上B液中的磷酸三乙醇胺和磷酸二氢锌可按下列反应式,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B液时,先取少量水,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,然后加入计算量的三聚磷酸钠,搅拌至全溶,最后补足水份,即成B液。
根据自来水介质的重量,要求的缓蚀剂浓度和缓蚀剂的组份配比,可计算出A液和B液的用量。先把A液加入自来水介质中,搅匀后再加入B液,继续搅拌均匀,即可使用。
XM-202自来水介质缓蚀剂浓度为125ppm时,用失重法测得该缓蚀剂对A3钢的缓蚀率高达100%,钢样经1800小时失重试验,表观极好,光亮如初。与陆柱等人研究的单一使用钼酸钠相比,缓蚀率高出3%,达到满标;而所需剂量仅为单一使用钼酸钠的18.4%。其中钼酸钠(Na2MoO4)的用量由681ppm降低为62.5ppm。显而易见,通过钼酸钠与磷酸三乙醇胺、磷酸二氢锌和三聚磷酸钠复配,借助其组份间显著的协同缓蚀作用,使缓蚀效果进一步提高,缓蚀率达到100%,而所需剂量,特别是价格较贵的钼酸钠用量则大幅度降低,从而大大地降低了生产成本,进一步提高了经济效益。
XM-202的主要特点:(1)高效。(2)剂量小,成本低。(3)低毒,无公害。(4)工序简单,不必预膜。(5)兼有一定阻垢功能,可作水质稳定剂使用。
实施例1.试验溶液为不加缓蚀剂的自来水和加有由50%的钼酸钠、13%的磷酸三乙醇胺、13%的磷酸二氢锌和24%的三聚磷酸钠组成的XM-202自来水介质缓蚀剂125ppm的自来水。试验材料为A3钢,试样规格为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、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(室温,静态),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为钢材密度(g/cm3)。
再按下列公式(4)计算缓蚀剂对A3钢的缓蚀率E,即E(%)=(υo-υc)/υo×100......(4)式中:υo为未加缓蚀剂的钢样腐蚀率,υc为给定缓蚀剂的钢样腐蚀率。
测试结果如下:当缓蚀剂浓度为125ppm时,对A3钢的缓蚀率为100%。钢样表观极好,光亮如初。
实施例2.方法和缓蚀剂的组成同实施例1,缓蚀剂的浓度为100ppm时,对A3钢的缓蚀率达99.96%。钢样表观很好,光亮如初。
实施例3.方法和缓蚀剂的组成同实施例1,缓蚀剂的浓度为250ppm时,对A3钢的缓蚀率达99.73%。钢样表观很好,光亮如初。

Claims (3)

1.抑制钢铁在自来水中腐蚀的缓蚀剂,其特征在于:该缓蚀剂是由钼酸钠、磷酸三乙醇胺、磷酸二氢锌和三聚磷酸钠所组成,它们的配比(重量百分比)为:钼酸钠         40%~60%;磷酸三乙醇胺   3%~23%;磷酸二氢锌     3%~23%;三聚磷酸钠     14%~34%。
2.一种权利要求1的抑制钢铁在自来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)将钼酸钠配制成含量为100mg/ml的溶液,即A液。(2)B液为磷酸三乙醇胺、磷酸二氢锌、三聚磷酸钠之比为13∶13:24(重量比),总含量为100mg/ml的混合液,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,然后加入计算量的三聚磷酸钠,搅拌至全溶,最后补足水量即可。(3)根据自来水介质的重量、要求的缓蚀剂浓度及缓蚀剂的组份配比,计算出A液和B液的用量,先将A液加入自来水介质中,搅匀后再加入B液,继续搅拌均匀,直至缓蚀剂各组份均匀分散在自来水介质中,即可使用。
3.一种权利要求1或2的抑制钢铁在自来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75ppm~250ppm。
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