本發(fā)明涉及鋼鐵防銹技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，設(shè)計(jì)一種用于鋼鐵保護(hù)的水性防銹劑、制備方法及其應(yīng)用。
背景技術(shù)：
金屬機(jī)械在運(yùn)行和貯存中不可避免地會與空氣中的氧、濕氣甚至腐蝕性介質(zhì)接觸，從而使金屬表面發(fā)生腐蝕。部分金屬表面還會發(fā)生電化學(xué)腐蝕，而使生銹的速度更快。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，世界上每年因腐蝕而報(bào)廢的金屬材料和設(shè)備約相當(dāng)于生產(chǎn)量的20％，一些發(fā)達(dá)國家由于金屬腐蝕而造成的經(jīng)濟(jì)損失大約占國民經(jīng)濟(jì)總產(chǎn)值的2～4％，有數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)我國因腐蝕造成的損失達(dá)1500億元。由于鋼鐵的腐蝕，除了直接材料損耗以外，還會直接影響結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。在受力情況下鋼結(jié)構(gòu)被腐蝕后，若腐蝕1％，其強(qiáng)度下降10～15％；若雙面腐蝕各達(dá)5％，其結(jié)構(gòu)將報(bào)廢，因此開發(fā)效果良好的防銹劑十分重要。
水性防銹處理是以亞硝酸鹽為主劑復(fù)配而成的，雖然其防銹效果好、價(jià)格低廉，但該類防銹劑有很大的毒性，對人體、環(huán)境都有很大的危害，而目前市場上的防銹劑防腐性及穩(wěn)定性不佳，不能滿足工業(yè)產(chǎn)業(yè)的需要，還有一些防銹劑存在使用壽命短，施工不方便。
經(jīng)過檢索，現(xiàn)有技術(shù)中存在相關(guān)的技術(shù)方案，如中國專利申請?zhí)枺?01010592424.3，申請日：2010年12月14日，名稱為：一種環(huán)保水性防銹劑，該申請案公開了一種環(huán)保水性防銹劑，主要組分包括：硼酸、乙醇胺、中和劑、緩蝕劑、添加劑、水等。使用時(shí)將該防銹劑按照1∶5～1∶20的比例兌水混合配成防銹液，將鋼鐵件在50～70℃防銹液中浸泡3～5min取出即可。經(jīng)浸泡的工件表面形成連續(xù)、致密的薄膜，可有效隔絕氧和水汽與工件表面的接觸，保持工件的基色不變，達(dá)到防銹的目的。
該申請案中的防銹劑需要對鋼鐵材料進(jìn)行加熱處理，使用溫度要求較高，對于一些大型設(shè)備無法施工，使用存在較大的局限性。
又如中國專利申請?zhí)枺?01610133796.7，申請日：2016年3月9日，該申請案公開了一種除銹防銹劑，包括如下質(zhì)量份的各組分：磷酸1份～60份；磷酸鹽1份～10份；絡(luò)合劑0.5份～5份；緩蝕劑0.5份～5份；表面活性劑0.5份～5份；去離子水5份～80份。該除銹防銹劑的磷酸提供的氫離子能與鋼鐵表面的銹漬反應(yīng)，用于使固態(tài)銹漬溶解。磷酸鹽的加入能提高除銹防銹劑中HPO42-和H 2PO4-的濃度，用于使磷酸的電離平衡向左移動，從而降低溶液中游離酸的含量，讓除銹過程變得更緩和持久，避免出現(xiàn)鋼鐵表面上銹蝕程度高的銹漬區(qū)域銹沒除干凈。該方案中的存在較多的強(qiáng)酸成分，會對金屬表面形成腐蝕。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
1.發(fā)明要解決的技術(shù)問題
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中防銹劑防銹效果差、不環(huán)保的問題，提供了一種用于鋼鐵保護(hù)的水性防銹劑，并給出了制備方法和應(yīng)用方法，該防銹劑能夠形成致密的保護(hù)膜，對人體和環(huán)境危害小，并且能夠采用噴淋方法進(jìn)行防銹，易于使用操作。
2.技術(shù)方案
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案為：
本發(fā)明的一種用于鋼鐵合金保護(hù)的水性防銹劑，由以下重量組份的成分制備而成：
作為更近一步的優(yōu)選，可以控制重量組份為：
作為本發(fā)明更近一步的改進(jìn)，所述表面活性劑為非離子表面活性劑，至少包括下列物質(zhì)中的一種：聚丙二醇的環(huán)氧乙烷加成物(RO(C3H6)m(C2H4O)nH，m、n為對應(yīng)個(gè)數(shù))、醇胺類物質(zhì)、含有聚乙氧基團(tuán)或聚乙二醇基團(tuán)的物質(zhì)。
作為本發(fā)明更近一步的改進(jìn)，所述金屬絡(luò)合劑至少包括以下物質(zhì)的一種：EDTA(乙二胺四乙酸)及其金屬鹽類、聚乙二醇、檸檬酸及其金屬鹽類、葡萄糖酸的金屬鹽、酒石酸的金屬鹽類、乙二胺及乙二胺的衍生物。優(yōu)選的，可以為EDTA(乙二胺四乙酸)、聚乙二醇、檸檬酸鈉、葡萄糖酸鈉或乙二胺；乙二胺的衍生物包括羥乙基乙二胺、三羥丙基羥乙基乙二胺、四羥丙基乙二胺、羥乙基乙二胺和三乙醇胺。
作為本發(fā)明更近一步的改進(jìn)，所述含氮五元雜環(huán)類物質(zhì)至少包括以下物質(zhì)的一種：
二氮唑，其結(jié)構(gòu)為：
該結(jié)構(gòu)的二氮唑包括：2-甲基咪唑、4-甲基咪唑N-乙基咪唑、N-丙基咪唑、丁基咪唑、苯并咪唑、甲基苯并咪唑；
三氮唑，其結(jié)構(gòu)為：
該結(jié)構(gòu)的三氮唑包括：苯并三氮唑、甲苯并三氮唑、5-巰基-3-氨基-1,2,4-三氮唑；
1-(2-羥基)乙基-1H-5-巰基-四氮唑或烷基四氮唑，其中烷基四氮唑結(jié)構(gòu)為：
其中R1為-NH2、-CH3、-C6H5。
作為本發(fā)明更近一步的改進(jìn)，所述含磷化合物為無機(jī)磷酸化合物和/或有機(jī)膦酸化合物中的至少一種物質(zhì)，其中，無機(jī)磷酸化合物包括正磷酸、焦磷酸和偏磷酸的鉀、鈉、銨鹽類，及正磷酸、焦磷酸和偏磷酸的酸式鹽；
所述有機(jī)膦酸化合物具有的結(jié)構(gòu)為：包括氨基三甲叉膦酸(ATMP)、乙二胺四甲叉膦酸(EDTMP)、羥基乙叉二膦酸(HEDP)、二乙烯三胺五甲叉膦酸(DTPMP)、烷基膦酸、植酸、2.2-二羥基膦基乙酸、多氨基多醚基甲叉膦酸及其金屬鹽。
作為本發(fā)明更近一步的改進(jìn)，所述PH調(diào)節(jié)劑包括至少一種酸性調(diào)節(jié)劑和至少一種堿性調(diào)節(jié)劑，調(diào)整水性溶液的PH為5～7或7～9。
作為本發(fā)明更近一步的改進(jìn)，所述酸性調(diào)節(jié)劑包括硫酸、磷酸等無機(jī)酸；以及甲酸、乙酸、酒石酸、草酸、蘋果酸、苯甲酸、水楊酸、有機(jī)膦酸等有機(jī)酸；
所述堿性調(diào)節(jié)劑包括無機(jī)堿和有機(jī)堿，無機(jī)堿包括氫氧化鈉、氫氧化鉀、氨水，有機(jī)堿包括乙二胺、乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺及乙二胺的衍生物，乙二胺的衍生物包括羥乙基乙二胺、三羥丙基羥乙基乙二胺、四羥丙基乙二胺、羥乙基乙二胺。
本發(fā)明的一種制備水性防銹劑的方法，在水中按比例加入表面活性劑、金屬絡(luò)合劑、含氮五元雜環(huán)化合物、含磷化合物，攪拌均勻，然后加入一定量的酸性調(diào)節(jié)劑和堿性調(diào)節(jié)劑，調(diào)整溶液的PH為5～7或7～9，制的混合溶液。
本發(fā)明的一種水性防銹劑的應(yīng)用，其應(yīng)用方法為：
1)在溫度20～50℃環(huán)境下使用，將鋼鐵材料在水性防銹劑中浸潤5～300s；
2)用30～60℃流動水清洗鋼鐵材料，并吹風(fēng)干燥或自然風(fēng)干。
本發(fā)明的一種水性防銹劑的應(yīng)用，在溫度20～50℃環(huán)境下使用，在鋼鐵材料上噴淋水性防銹劑，并自然風(fēng)干。進(jìn)一步地，可在20～35℃的溫度條件下使用。
本發(fā)明中的水性除銹劑，加入了表面活性劑，用于浸潤滲透鋼鐵表面，使鋼鐵與溶液中防銹功能組份充分作用，同時(shí)還能更好分散含氮五元雜環(huán)有機(jī)化合物于溶液中，以保證防銹效果；PH調(diào)節(jié)劑則起輔助作用，調(diào)整溶液的酸堿度，使各物質(zhì)能發(fā)揮功能物質(zhì)的防銹作用，同時(shí)也使溶液環(huán)保、安全性得到保障。
本發(fā)明主要防銹功能物質(zhì)為金屬絡(luò)合物、含磷化合物和含氮五元雜環(huán)化合物，這三個(gè)物質(zhì)與鋼鐵表面作用，金屬絡(luò)合物與鋼鐵表面作用形成Fe2+-絡(luò)合物，含磷化合物與金屬表面作用形成Fe2+-磷化物，F(xiàn)e2+-絡(luò)合物與Fe2+-磷化物在金屬表面形成阻隔膜，覆蓋于鐵基體表面，阻止腐蝕介質(zhì)與鐵基接觸，起到防銹的作用。
值得說明的是，所形成的兩種鐵化合物都為基體表面鐵的正性離子與磷化物或絡(luò)合劑負(fù)性離子化合，而負(fù)離子與負(fù)離子的排斥作用會使得兩個(gè)化合物之間存在一定間隙，一旦覆蓋不完整，就會降低防銹效果。這時(shí)含氮五元雜環(huán)化合物就發(fā)揮其填充作用，以N+正性電荷插入間隙中，吸附在阻隔層空隙的鐵表面，這樣三個(gè)物質(zhì)的不同反應(yīng)，使表面的保護(hù)膜非常致密，達(dá)到良好的抵抗腐蝕介質(zhì)的作用。另外，由于整個(gè)反應(yīng)體系通過PH調(diào)節(jié)劑調(diào)整至中性環(huán)境，非酸非堿性，故反應(yīng)溫和，反應(yīng)所制備的保護(hù)膜也非常薄，膜厚為50～500納米之間，不影響鋼鐵零件的表觀，也便于零件后處理。由于該防銹劑不具有腐蝕性，對其他設(shè)備影響小，因此，可以采用噴淋方法進(jìn)行防銹操作，使用方便。
3.有益效果
采用本發(fā)明提供的技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下有益效果：
本發(fā)明涉及一種用于鋼鐵保護(hù)的水性防銹劑，并給出了其制備方法，該水性防銹溶液的有效成份由表面活性劑、金屬絡(luò)合劑、含氮五元雜環(huán)化合物、含磷化合物及PH調(diào)節(jié)劑所組成的水性混合物，鋼鐵表面在水性溶液中很快形成納米保護(hù)層，而金屬表面形成納米保護(hù)層后，使基體具有優(yōu)異的防腐蝕性能，該防銹劑可循環(huán)使用，而且對環(huán)境污染小，使用時(shí)不會灼傷皮膚，對人體無刺激、無損害，安全可靠，易于操作。本發(fā)明還公開一種該水性防銹劑的方法，包括浸泡法和噴淋法，通過噴淋方法，能夠在常溫下對大型設(shè)備進(jìn)行防銹處理，易于操作。
具體實(shí)施方式
為進(jìn)一步了解本發(fā)明的內(nèi)容，結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作詳細(xì)描述。
實(shí)施例1
向600mL離子水中加入以下物質(zhì)：乙醇胺表面活性劑2g，三羥丙基羥乙基乙二胺5g，2-甲基咪唑1.0g，磷酸二氫鈉0.5g，混合后攪拌，然后再加入水至1L，并加入適量的磷酸和氨水調(diào)節(jié)PH值至8.0±0.5。
實(shí)施例2
向600mL離子水中加入以下物質(zhì)：乙醇胺與二乙醇胺混合物10g，檸檬酸與聚乙二醇混合物8g，甲苯并三氮唑5.0g，磷酸二氫鈉0.5g，混合后攪拌，然后再加入水至1L，并加入適量的稀硫酸和二乙胺調(diào)節(jié)PH值至6.5±0.5。
實(shí)施例3
向1L去離子水中加入以下物質(zhì)：乙醇胺與三乙醇胺混合物80g，檸檬酸與聚乙二醇混合物50g，1-(2-羥基)乙基-1H-5-巰基-四氮唑20.0g，乙二胺四甲叉膦酸(EDTMP)10.0g，混合后攪拌，并加入苯甲酸和乙醇胺調(diào)節(jié)PH值至7.5±0.5。
實(shí)施例4
向1L去離子水中加入以下物質(zhì)：三乙醇胺與二乙醇胺混合物60g，檸檬酸與聚乙二醇混合物55g，N-丙基咪唑與甲苯并三氮唑混合物20.0g，乙二胺四甲叉膦酸(EDTMP)10.0g，混合后攪拌，并加入苯甲酸和乙二胺調(diào)節(jié)PH值至6.5±0.5。
實(shí)施例5
1、取45#鋼管片(φ50×100mm)四根，二根作空白樣，另外兩根進(jìn)行防銹處理，其前處理如下：
1.1、把實(shí)驗(yàn)鋼管片用水性除油劑或無水乙醇在超聲波中除油2分鐘，用流動冷水清洗；
1.2、用1000#砂紙仔細(xì)打磨試片
1.3、用H2SO4組成的除銹劑在室溫除銹1～5分鐘，用流動冷水清洗，再用無水乙醇清洗，吹干，試片準(zhǔn)備就緒。
2、水性防銹劑溶液的配制：
2.1、依次在960mL去離子水中加入以下物質(zhì)：
Tomadol 91-8表面活性劑5g，三乙醇胺1g，苯并三氮唑1.5g，植酸0.5g，加適量的磷酸和氨水調(diào)節(jié)PH值至8.0±0.5
2.2、攪拌至溶液分散均勻，水性防銹劑溶液配制完成
3、把兩根經(jīng)前處理的鋼管片在上述水性溶液中浸入15秒，取出，用40～50℃溫水清洗，熱風(fēng)吹干，靜置一段時(shí)間后測試。
4、將兩根空白試樣與浸涂防銹劑的鋼管用5％NaCl溶液浸泡24小時(shí)，空白試樣腐蝕面積超過60％，而浸涂防銹劑的試樣腐蝕面積少于1％。
實(shí)施例6
1、按實(shí)施例5準(zhǔn)備鋼管試樣和防銹液。
2、將防銹液用噴淋方法噴涂鋼管表面至全面浸潤，自然干燥，靜置一段時(shí)間后測試。
3、將兩根空白試樣與浸涂防銹劑的鋼管用5％NaCl溶液浸泡24小時(shí)，空白試樣腐蝕面積超過95％，而浸涂防銹劑的試樣腐蝕面積少于5％。
實(shí)施例7
1、按實(shí)施例5準(zhǔn)備鋼管試樣和防銹液。
2、將防銹液用噴淋方法噴涂鋼管表面至全面浸潤，自然干燥，靜置一段時(shí)間后送撿測試。
3、將空白試樣與浸涂防銹劑的鋼管按ISO9227規(guī)定方法進(jìn)行鹽霧試驗(yàn)，48小時(shí)后，空白試樣腐蝕面積超過95％，而浸涂防銹劑的試樣腐蝕面積少于2％。
實(shí)施例8
1、取45#鋼管片(φ50×100mm)四根，二根作空白樣，另外二根進(jìn)行防銹處理，其前處理與實(shí)施例5相同。
2、水性防銹劑溶液的配制：
2.1、依次在去離子水中加入以下物質(zhì):
AEO-9表面活性劑2g，Triton CF10表面活性劑1g，葡萄糖酸鈉1g，1-(2-羥基)乙基-1H-5-巰基-四氮唑0.8g，辛基膦酸0.8g，加適量的磷酸和氨水調(diào)節(jié)PH值至7.5±0.5，溶液總量為1000g。
2.2、攪拌至溶液分散均勻，水性防銹劑溶液配制完成
3、把兩根經(jīng)前處理的鋼管在上述水性溶液中處理1分鐘，取出，用30～40℃溫水清洗，熱吹風(fēng)吹干，靜置一段時(shí)間后測試。
4、將兩根空白試樣與浸涂防銹劑的鋼管按ISO9227規(guī)定方法進(jìn)行鹽霧試驗(yàn)，48小時(shí)后，空白試樣腐蝕面積超過95％，而浸涂防銹劑的試樣腐蝕面積少于5％。
實(shí)施例9
1、按實(shí)施例8準(zhǔn)備鋼管試樣和防銹液。
2、將防銹液用噴淋方法噴涂鋼管表面至全面浸潤，自然干燥，靜置一段時(shí)間后送撿測試。
3、將空白試樣與浸涂防銹劑的鋼管按ISO9227規(guī)定方法進(jìn)行鹽霧試驗(yàn)，48小時(shí)后，空白試樣腐蝕面積超過95％，而浸涂防銹劑的試樣腐蝕面積少于2％。
以上示意性的對本發(fā)明及其實(shí)施方式進(jìn)行了描述，該描述沒有限制性，實(shí)際的結(jié)構(gòu)并不局限于此。所以，如果本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員受其啟示，在不脫離本發(fā)明創(chuàng)造宗旨的情況下，不經(jīng)創(chuàng)造性的設(shè)計(jì)出與該技術(shù)方案相似的結(jié)構(gòu)方式及實(shí)施例，均應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。