新型防锈论文：钢铁除油抗锈处理液透析

作者：李艳宾 刘炜 王健为 邢志华 单位：廊坊市环境监测站

盐水浸泡是从整体考查膜的抗蚀性，且膜的整体情况与膜外观有连带关系，由此将综合性能的定量因子确定为：Mi＝硫酸铜点滴时间（min）＋3％盐水浸泡时间（h）＋外观（级）正交试验方案与综合评定结果根据综合指标K筛选出最佳工艺为A3B1C2D3E3F4，即最佳时间为15min；最佳温度为20℃；锆脲络合物、改性淀粉、磷酸、有机酸的加入量分别为1．0、1．5、80、10g／L。影响因素的分析根据表1中设定的影响因素和各因素对应的水平点，中得出的各因素所对应的平均综合指标K对所设定的各因素对应的水平点作图（图略）。结合表2的数据对各影响因素进行分析与讨论。处理时间对防锈膜性能的影响时间过短或过长，综合性能均较低，在15min左右最好。这是因为处理时间过短金属表面没有被防锈膜完全覆盖，导致膜不连续、不完整；开始时成膜速度较快，当成膜到一定程度，金属，溶液达到新的平衡，金属与溶液界面处由于膜的隔离，游离酸度不再因与铁反应而降低，所以若时间过长，由于受到游离酸度的侵蚀，膜会变得粗糙，孔隙率反而增大。处理温度的影响随着处理温度的升高，防锈膜的综合性能呈总体下降的趋势，但变化幅度很小，曲线稍有波动可能属偶然现象。说明温度对成膜影响不大，也说明该成膜工艺的成膜机理与传统锌系磷化液工艺有所不同。传统的磷化工艺先是铁的溶解（放热反应），在金属溶液界面处游离酸度降低，而后发生磷酸二氢盐水解生成磷酸盐结晶膜（吸热反应），前者放出的热量满足不了后者所需能量，所以温度升高对成膜更为有利。本研究优化出的新型工艺可能是在锆脲促进剂和改性淀粉的作用下，游离磷酸与铁反应直接形成磷酸盐晶体膜，该成膜过程可能是弱的放热过程。锆脲络合物的影响初步试验探索中发现，处理液中加入锆脲络合物，有明显促进成膜速度的作用。不加锆脲络合物该体系对金属表面无成膜迹象，只是产生浮灰。当加入0．5g／L锆脲络合物时，有明显的成膜反应。当锆脲络合物加入量为1．0g／L时，防锈膜综合性能达到最高点，在此以后随着锆脲络合物加入量的增大，防锈膜的性能逐渐下降。这可能是由于硫脲与铁离子的络合降低了溶液中成膜成分所至，加入适量的锆脲络合物，既可使铁离子逐渐增加，又能保证成膜成分的稳定浓度，起到平衡作用，使成膜反应均匀平稳进行。

改性淀粉加入量的影响随改性淀粉加入量的增加，磷化膜性能呈逐渐增强的趋势，到1．5g／L时达到最高点。改性淀粉的量再逐渐增加，膜性能逐渐下降。这是由于锌离子浓度较小时主要形成磷酸铁和氧化铁非晶态铁系混合膜，膜的抗蚀性、均匀性较差。当改性淀粉增加到一定浓度时，主要形成致密的铁盐晶体膜。当改性淀粉浓度过大时，以吸附膜为主，膜粗、疏松、抗蚀性差。因此，改性淀粉加入量为1～1．5g／L比较适宜。磷酸加入量的影响磷酸加入量较低时，膜综合性能较差，在80～90g／L最佳。磷酸的量再继续增加，膜性能明显下降。实验现象表明：磷酸加入量较小时膜不完整、不致密或无膜，这是由于游离磷酸与铁的反应不充分（只是局部）。界面处铁离子的浓度不足以形成磷酸铁盐沉积。磷酸加入量过大时，一则由于游离磷酸与铁反应剧烈界面处产生大量氢气，使磷酸盐膜难以形成；二则由于界面处铁离子浓度过大使膜表面产生磷酸铁浮灰，使膜质量明显降低。有机酸对防锈膜的影响有机酸的加入对防锈膜的性能和晶体结构有较大影响，这可能是由于多羧基化合物在金属表面吸附，使金属和溶液界面处形成一层隔离膜，隔离膜既保证了较高游离酸度对铁的快速溶解、增加铁的离子浓度，又缓冲了溶液中氢离子向界面迁移的速度，使界面处有了形成磷酸铁盐结晶的条件和时间。所以，可使其在游离酸度较高、较宽的可调范围内正常成膜。同时，由于多羧基结构也起到晶型调解剂的作用，使传统的晶粒较大、针状晶体膜，转为晶粒很小、致密的球状晶体膜。实验发现，随有机酸加入量的逐渐增加，膜的性能明显提高。因为用量较小时，形成的隔离膜不是很完整，导致局部不能按上述机理成膜。但加入量增大到一定程度，再继续加大有机酸浓度，膜的性能无明显变化。说明有机酸的加入量达到使金属表面被该吸附膜完全覆盖时，再增大其浓度，已无明显作用。

新型防锈膜与普通锌系磷化膜综合比较实验结果表明：新型防锈膜膜重（或膜厚）比普通锌系磷化膜的小，但抗蚀性、附着力、抗冲击力等各项指标均优于普通锌系磷化膜。说明新型防锈膜膜薄致密，综合性能明显提高。通过单因素实验、正交试验和大量平行性的综合实验，获得了钢铁件除油除锈防锈一步法处理液的最佳配方和工艺条件：时间为15min；温度为20℃；锆脲络合物、改性淀粉、磷酸、有机酸、复合表面活性剂的加入量分别为1．0、1．5、80、10、100g／L。5．2通过试验探索和正交实验研究，首次提出了以锆脲络合物为主体原料，使用了改性淀粉，在常温下生产。该工艺适用于涂料涂装前的金属表面预处理，实现了金属表面处理由多步简化为一步，彻底消除了废水、废气、废渣排放带来的环境污染，且防锈膜性能达到或超过传统工艺。