CN111139484B - 一种应用于低碳钢的复合缓蚀剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低碳钢复合缓蚀剂及其制备方法，该缓蚀剂将钼酸钠、硅酸钠和去离子水按一定配比进行混合，搅拌直至完全溶解后，将一定量的吗啉缓慢加入混合溶液中并不断搅拌，待溶液冷却至室温，将羧甲基纤维素钠(NaCMC)按一定比例加入混合液中，在控制温度条件下，高速搅拌混匀溶解后即可。本发明的缓蚀剂对Q235类钢材在中性介质中具有极好的缓蚀效果。通过研究发现，该缓蚀剂可在基体表面形成一层很薄的膜层，阻止腐蚀介质对金属的侵蚀。实验结果表明，该缓蚀剂具有优异的防腐效果，其缓蚀效率可达98.6％。该发明的制备工艺简单，成本低廉，相比于传统的铬酸盐和磷酸盐缓蚀剂，更加环保安全。

Description

一种应用于低碳钢的复合缓蚀剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及金属腐蚀与防护领域，特别是涉及对碳钢的复合缓蚀剂及其制备方法。
背景技术
在当今工程需求持续增长的时代，钢铁已成为航空航天、汽车、机械制造、船舶等各行业领域不可或缺的金属材料。然而，由于金属材料的腐蚀，世界每年都会遭受巨大的经济损失。据报道，全世界每年因金属腐蚀造成的直接经济损失约为7000亿美元，我国因金属腐蚀造成的损失约占国民生产总值(GNP)的4％，因此，对金属进行防腐研究具有十分重要的工程意义。
缓蚀剂作为一种常用的防腐措施，已经在许多行业得到广泛应用。其原理是将金属基体与缓蚀剂接触，通过化学或电化学反应在基材表面形成一层难溶的附着力良好的金属化合物薄膜，在金属和腐蚀性介质之间形成阻隔性良好的物理屏障，隔绝水、氧气等的进入，有效防止了腐蚀行为的发生。通常，它被用于保护金属零件外壳和部件免受腐蚀，并能够提高基体与有机涂层之间的粘附力。
传统的缓蚀剂防腐技术主要包括铬酸盐转化和磷酸盐转化处理。这两种方法在工艺上相对简单，且都具有优异的耐蚀性。然而，由于其毒性和潜在的致癌性质，许多国家的环境保护法对六价铬的使用施加了严格限制。此外，对磷酸盐废液处理不当，极易造成水资源富营养化。因此，为了解决这些问题，许多科研人员正努力研究出一种耐蚀性优良的无铬缓蚀剂工艺来替代传统的铬酸盐和磷酸盐处理技术。
发明内容
本发明所要解决的问题是提供一种用于中性介质中的碳钢复合缓蚀剂，该缓蚀剂具有环保、工艺简单、防腐性能优异且制备成本低的特点，能够有效地减缓碳钢在中性介质中的腐蚀速率，显著提高对碳钢的防腐保护作用。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
一种碳钢复合缓蚀剂，其特征在于包括以质量百分数计的以下成分：钼酸钠0～1％、硅酸钠0～5％、吗啉0～10％、羧甲基纤维素钠(NaCMC)0～1％，其余的含量为去离子水。
如上所述用于碳钢的复合缓蚀剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)先按配比将钼酸钠、硅酸钠和去离子水混合，不断搅拌直至溶液完全溶解；
(2)将一定量的吗啉与混合液互溶，为防止溶液升温过快，需将吗啉缓慢加入混合液并不断搅拌混匀，静置待溶液冷却至室温；
(3)然后将羧甲基纤维素钠按比例加入混合溶液中，在控制温度条件下高速搅拌直到溶液完全透明即可。
进一步地，步骤(2)所述的溶液升温是吗啉加入混合液中会发生反应，放出大量的热量，导致溶液体系温度升高。
进一步地，步骤(3)所述的控制温度为15±5℃。
在本发明所涉及的腐蚀试验中采用了中性介质溶液为氯化钠溶液，氯化钠的质量分数为1％，将复合缓蚀剂配方加入氯化钠溶液中，充分搅拌均匀，将Q235钢加工成将电化学试样，进行电化学交流阻抗谱和动电位极化曲线测试；
本发明的缓蚀剂对碳钢在中性介质中具有优异的防腐性能，通过在金属表面形成一层致密的膜层，有效隔绝了腐蚀介质对金属基体的侵蚀，可以显著降低碳钢在中性介质条件下的腐蚀生锈情况；
本发明通过电化学实验方法表征了不同的实施例对碳钢在1％NaCl溶液中的缓蚀效果。通过对比研究发现，实施例3的缓蚀效率最高，可达98.6％，该缓蚀剂对Q235类钢材在中性介质中具有优异的缓蚀效果；
本发明的积极效果体现在：
本发明的复合缓蚀剂具有工艺简单、环保无污染、缓蚀效果优异和成本低等优点。对暴露于自然环境中的钢材部件可单独使用此缓蚀剂进行防腐处理，也可以在涂加有机涂层之前作为预处理使用。
附图说明
图1是Q235钢在不同配比缓蚀剂溶液中的Nyquist图。
图2是Q235钢在不同配比缓蚀剂溶液中的动电位极化曲线。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合具体实施案例对本发明作进一步的详细阐述，但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于下述实施案例。
本发明采用质量分数为1％的NaCl溶液为空白溶液，往空白溶液中加入不同配方的缓蚀剂，进行电化学交流阻抗谱和动电位极化曲线测试。
由拟合所得到的电化学参数可计算各缓蚀剂配方的缓蚀效率：
Figure BDA0002366368590000031
式中，Rct——有缓蚀剂时的电荷转移电阻，Ω；
R0——无缓蚀剂时的电荷转移电阻，Ω。
实施例1
一种碳钢复合缓蚀剂，其特征在于包括以质量百分数计的以下成分：钼酸钠0.006％、硅酸钠0.01％、吗啉2.5％，其余的含量为去离子水。电化学测试结果表明其缓蚀效率为93.3％，该缓蚀剂具有优异的缓蚀性能。
实施例2
一种碳钢复合缓蚀剂，其特征在于包括以质量百分数计的以下成分：钼酸钠0.006％、硅酸钠0.01％、吗啉2.5％、羧甲基纤维素钠0.01％，其余的含量为去离子水。电化学测试结果表明其缓蚀效率为96.6％，该缓蚀剂具有优异的缓蚀性能。
实施例3
一种碳钢复合缓蚀剂，其特征在于包括以质量百分数计的以下成分：钼酸钠0.006％、硅酸钠0.01％、吗啉2.5％、羧甲基纤维素钠0.02％，其余的含量为去离子水。电化学测试结果表明其缓蚀效率为98.6％，该缓蚀剂具有优异的缓蚀性能。
实施例4
一种碳钢复合缓蚀剂，其特征在于包括以质量百分数计的以下成分：钼酸钠0.006％、硅酸钠0.01％、吗啉2.5％、羧甲基纤维素钠0.05％，其余的含量为去离子水。电化学测试结果表明其缓蚀效率为98.5％，该缓蚀剂具有优异的缓蚀性能。
实施例5
一种碳钢复合缓蚀剂，其特征在于包括以质量百分数计的以下成分：钼酸钠0.006％、硅酸钠0.01％、吗啉2.5％、羧甲基纤维素钠0.1％，其余的含量为去离子水。电化学测试结果表明其缓蚀效率为97.6％，该缓蚀剂具有优异的缓蚀性能。
实施例6
一种碳钢复合缓蚀剂，其特征在于包括以质量百分数计的以下成分：钼酸钠0.006％、硅酸钠0.01％、吗啉2.5％、羧甲基纤维素钠0.2％，其余的含量为去离子水。电化学测试结果表明其缓蚀效率为96.6％，该缓蚀剂具有优异的缓蚀性能。
针对上述不同缓蚀剂配方，借助电化学测试方法对不同体系进行测试，然后经电化学软件拟合计算可得到不同缓蚀剂配方的电化学参数和缓蚀效率，结果如表1所示：
Figure BDA0002366368590000041
由上表1可知，实施例3的缓蚀效率最高，可达98.6％，该缓蚀剂对Q235钢在中性介质中具有优异的缓蚀效果，可为低碳钢提供非常好的防腐保护作用。其次是实施例4，对Q235钢同样具有非常高的缓蚀效率。
从图1中的Nyquist图可以发现，添加不同浓度的NaCMC，其容抗弧的半径也在不断变化。当NaCMC的浓度为0.02％时，其容抗弧半径最大，耐蚀性最好；当浓度小于0.02％时，随着NaCMC的浓度的增大，容抗弧半径也增大；当其浓度大于0.02％，容抗弧半径随着NaCMC的浓度的增大而减小，说明NaCMC的浓度过大会对该缓蚀剂体系的缓蚀效果造成消极影响。
从图2中的动电位极化曲线可以发现，当NaCMC的浓度为0.02％时，该体系自腐蚀电位最正，并且具有明显的钝化区；而当其浓度小于0.02％时，随着NaCMC浓度的增加，其自腐蚀电位逐渐向正方向移动，钝化区的电位范围也在增加，维钝电流密度逐渐减小，说明体系阳极抑制效果不断增强，耐蚀性变好；但是当NaCMC浓度高于0.02％后，自腐蚀电位开始负移，阳极抑制作用减弱。
以上所述的缓蚀剂配方均对Q235钢具有十分有效的防腐保护效果，缓蚀效率都在90％以上。
以上所述，仅为本发明具体的实施案例，但本发明的保护范围并不仅限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明的揭露范围内，可轻易变化或替换其中成分，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种用于低碳钢的复合缓蚀剂，其特征在于包括以质量百分数计的以下成分：钼酸钠0.006％、硅酸钠0.01％、吗啉2.5％、羧甲基纤维素钠(NaCMC)0.02％，其余的含量为去离子水。
2.一种如权利要求1所述用于低碳钢的复合缓蚀剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)先按配比将钼酸钠、硅酸钠和去离子水混合，不断搅拌直至溶液完全溶解；
(2)将一定量的吗啉与混合液互溶，为防止溶液升温过快，需将吗啉缓慢加入混合液并不断搅拌混匀，静置待溶液冷却至室温；
(3)然后将羧甲基纤维素钠按比例加入混合溶液中，在控制温度条件下高速搅拌直到溶液完全透明即可。
3.根据权利要求2所述的用于低碳钢的复合缓蚀剂的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述的溶液升温是吗啉加入混合液中发生反应所释放大量热量造成的，将导致溶液体系温度升高。
4.根据权利要求2所述的用于低碳钢的复合缓蚀剂的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述的控制温度为15±5℃。
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