金属表面处理剂成分分析.doc

金属表面处理剂成分分析
微谱分析指通过微观谱图（气相色谱、液相色谱、热谱、能谱、核磁共振谱等）对产品所含有的成分进行定性和定量的一种配方分析方法。配方分析在日本，欧美应用比较广泛，而在国内，目前处于起步阶段。该技术甚至是很多国家的成长途径。二战之后的日本，就走的引进技术，分析还原，消化吸收，然后技术创新的道路。韩国等国家也是如此，从欧美获取技术，学习，实践，赶超。
金属腐蚀所造成的损失, 不仅使金属材料本身在其外形、色泽以及机械性能等方面受到破坏, 更主要的是使其制品(如设备、仪表等) 的质量等级下降, 精度、灵敏度受损,影响使用价值甚至报废。由金属腐蚀造成的损失是非常惊人的, 据国外统计报道, 全世界每年生产的镶铁中约有1 /3 因腐蚀而报废, 既便是考虑回沪再生, 至少也有10 %完全因腐蚀而浪费掉。这种严重的自然危害现象, 引起了世界各国的关注。
我国的腐蚀与防护科学技术水平与国外相比尚有较大差距, 有关由金属腐蚀而造成的损失尚无权威性、全国性的调查统计,而金属腐蚀给我国国民经济造成的损失是不可低估的。因此, 应重视金属的防腐工作。
金属的表面处理是防止金属腐蚀的重要技术, 它包括电镀、磷化、发蓝钝化、涂漆等表面处理技术。其原理是隔绝金属原子与周围环境介质的接触, 减缓化学反应的进行。
多功能金属表面处理剂主要应用于金属构件的漆前处理, 以防止中间过程的腐蚀。我国钢铁表面的漆前处理与国外相比差距甚大。例如, 国际上公认约加拿大标准规定, 汽车外表面在一年半的时间汽不应出现锈点,6 年内不应出现因锈蚀而引起的结构损坏。而国产汽车有的几个月就发生锈蚀,2 ~ 3 年内就产生锈孔, 其主要原因就是漆前没有进行良好的表面处理。
钢铁制件的涂漆前表面处理, 按传统的分槽处理工艺, 共需16 一18 道工序, 设备投资大, 处理时间长, 酸雾严重, 废液污染环境, 因此, 许多工厂都企图寻求一种简单的具有多种功能的处理方法及产品。笔者研制的多功能金属表面处理剂, 在常温下将除油、除锈、磷化. 钝化一次完成, 对人体无害。
设计原理
人们习惯上把金属在大气中由于氧、水份及介质作用引起的变色和腐蚀, 俗称为生锈或锈蚀。防止生锈就要想办法隔绝金属与大气中的氧、水份或其它介质接触, 在设计多功能金属表面处理剂时, 就要根据这个原理来选择配方。
多功能金属表面处理剂由表面活性剂、络合剂、缓蚀剂组成。
表面活性剂为R-SO3Na阴离子;络合剂为R-NH2、R-COOH、R-SO3H;缓蚀剂为

表面活性剂主要是在金属表面形成气/液、液/ 油、固/ 液等界面。表面活性剂的分子具有吸附性, 它的亲水基团和疏水基团是两个完全分开的部分.以便于它在两个界面上吸附。一般来讲. 表面活性剂的极性基团竞争吸附于金属表面. 它的非极性集团起屏蔽作用, 形成致密的疏水薄膜, 从而起到保护金属的作用。
络合剂主要是针对金属表面的不均匀性, 通过络合剂的碱性或酸性极性基团平衡金属表面的电子受体, 起配价作用, 使金属表面的离子中和, 处于钝化状态, 从而减缓大气中氧、水份及其它介质的浸蚀。
缓蚀剂是个广泛定义(eorrosionin-hibitor),常译为腐蚀抑制剂。根据金属处在不同的环境,选用不同的缓蚀剂,因此,缓蚀剂分为酸性介质缓蚀剂、中性介质缓蚀剂、大气腐蚀缓蚀剂等。本文选择的是酸性介质缓蚀剂,即磷酸、磷酸盐和有机酸。显而易见,磷酸的作用是在金属表面形成一层磷化保护膜;磷酸盐在此起中和作用;有机酸用来溶解多余的磷酸铁沉淀物.其反应式为:FeH3PO4→FePO4+2H2O不溶FePo4+R-COOH→ (R-COO)Fe易溶其反应计量,根据设计配方按比例确定。
由于多功能金属表面处理剂是选用络合剂、表面活性剂、缓蚀剂三大类的多品种的配方设计, 因此, 对其功能可以做以下假设: 第一步是表面活性剂作用, 形成液/ 油膜, 金属表面的油垢脱落; 第二步是磷酸作用, 金属表面的锈脱落形成磷化膜, 与此同时, 络合剂进行金属表面络合, 形成钝化层,有机酸既进行络合作用, 又进行中和作用,从而达到除油、除锈、磷化、钝化的目的。
性能试验和使用方法
多功能金属表面处理剂是一种酸性表面处理剂, 用广泛p H 试纸测定p H 值为2~ 3, 属于中酸性, 为无色透明液体, 不含对人体有害的重金属盐等物质。2m m 厚的冷车L铁板用多功能金属表面处理剂处理后, 通过扫描电镜检测, 金属表面的不均匀性完全消除, 形成3u m 左右的保护膜。将该冷轧板置于自然大气环境中, 一个月内未发现锈斑, 证明其设计是正确的。
这种多功能金属表面处理剂经过兵器工业第2 13 研究所试制工厂、9 9 0 4 厂、西飞公司技术学校校办工厂、9 9 0 2 厂使用, 效果良好。
例如, 用IO0k g 多功能金属表面处理剂处理5 吨由中度油一般锈蚀的机械产品,处理时间为10 m in 左右。漆前物件表面无挂水滴现象, 无肉眼可见的锈斑, 漆后牢固度明显增强, 检查方法为划格法。
多功能表面处理剂还有除去焊渣的特殊功效, 受到使用单位的欢迎。
多功能表面处理剂可以用浸泡、喷淋、刷涂洗等方法进行施工, 对大物件可以采用刷洗法, 中等物件可用喷淋法, 小物件用浸泡法。处理过的物件应晾干存放, 忌水洗, 以免破坏金属表面防护膜。经过处理的金属构件, 涂漆后牢固度大大增强。
使用多功能金属表面处理剂, 简化了工艺(只需一个处理槽) , 节约了能源(不需用加热设备) , 有利环保(无污染) , 能保证操作人员的身体健康。
前途展望
众所周知, 不管是电镀前的表面处理,还是钢铁发蓝, 不管是磷化还是钝化, 都离不开亚硝酸钠, 它有廉价、效果良好、使用方便等优点, 但是由于工序多和致癌等问题,已引起有关部门的重视。据笔者调查, 能代替亚硝酸钠的物质有轻苯三哩及其碱土金属氢氧化物、羊毛脂肪酸、二乙酞胺和氨基酸、甲基肉桂酸的碱金属盐或胺盐等, 这些化合物已被国外采用, 其防腐蚀功能良好。有关方面也正在探索新的防锈物质, 如钥酸钠、烷、氨基双丙烯酸钠, 以及高分子梭酸和多元醇的复合物作为防锈水等。而在我国,真正在常温下一次能达到除油、除锈、磷化、钝化4 种功能的金属表面处理剂在生产线上投入使用的还不多见, 其根本原因除了处理效果较传统方法差外, 还有处理速度满足不了工厂连续化生产的需要。其中要解决的问题主要在除锈功能方面, 传统的盐酸、硫酸除锈速度很快, 目前我国使用的各种缓蚀剂远不能达到盐、酸和硫酸的速度, 因此, 必须研究新的缓蚀剂。上述列举的种种缓蚀剂, 就其分子结构来看, 没有盐酸、硫酸分子中的活泼H 十, 使月后, 只能在金属钝化方面有明显的效果.提高不了除锈功效, 但对防锈效果肯定是好的。要将多功能金属表面处理剂用于天规模生产, 除了使用表面活性剂、络合剂外, 还应重点研究能代替盐酸、硫酸的缓蚀剂, 其特点应当是水溶性的, 并能与Fe 2 O 3、Fe 3 04 、等锈起快速化学反应的物质, 这种反应还应当在常温下即时进行。
5