一種帶銹轉(zhuǎn)銹處理液的制備及性能研究

1罪犯表面轉(zhuǎn)銹技術(shù)鋼鐵腐敗是世界各國面臨的共同問題，它對經(jīng)濟(jì)發(fā)展產(chǎn)生了重大的負(fù)面影響。據(jù)一些工業(yè)發(fā)達(dá)國家統(tǒng)計(jì),每年由于鋼鐵腐蝕而造成的經(jīng)濟(jì)損失約占國民經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)總值的2%~4%,其數(shù)目驚人。為了減緩鋼鐵的腐蝕,人們研究出了很多方法,涂裝保護(hù)是其中應(yīng)用最廣泛,歷史最悠久,最為經(jīng)濟(jì)、方便、有效的一種。對于涂裝保護(hù)方法來說,涂裝前鋼材表面處理的質(zhì)量是影響涂層保護(hù)性能的最主要因素。然而由于某些客觀條件的制約,有時(shí)很難運(yùn)用物理方法(比如噴砂、打磨等)將鋼材表面的銹蝕完全處理干凈,而達(dá)到涂裝前的要求。于是,人們試圖利用各種方法進(jìn)行生銹鋼板表面的轉(zhuǎn)銹技術(shù)研究。其中,利用螯合劑與鐵銹離子反應(yīng)形成配位化合物轉(zhuǎn)化層的技術(shù),是其中的一個(gè)方向。初步研究表明,一種肟類物質(zhì)(簡稱SO)能與鐵銹反應(yīng),在鋼鐵表面形成一層牢固的膜層。基于此,本文以SO為基礎(chǔ),開發(fā)轉(zhuǎn)銹處理技術(shù)。在銹蝕鋼板表面,首先用含SO的處理液將鐵銹轉(zhuǎn)化成附著在基體的膜層,隨后再進(jìn)行常規(guī)的防銹涂裝。處理液的設(shè)計(jì)是以SO為銹層轉(zhuǎn)化劑、聚乙烯醇縮丁醛為成膜物、滑石粉為填料,制成能成膜的轉(zhuǎn)銹液。本文主要研究SO處理液對鐵銹的轉(zhuǎn)化效果,具體方法是采用含和不含SO的處理液,分別處理光亮和生銹的鋼鐵試樣表面,確保成膜后,用電化學(xué)和表面觀察等方法,研究上述試樣的耐蝕性能,從而確定轉(zhuǎn)銹液的效果。2測試2.1涂料的制備2.1.1涂料的制備2.1.2巖石化學(xué)成分的制備(1)在室溫條件下,根據(jù)配方將配制涂料所需的固體組分按照其質(zhì)量比混合均勻,放入碾缽中碾碎,過100目篩。(2)根據(jù)配方將配制涂料所需的液體組分按照其質(zhì)量比混合均勻,放置于能密封的廣口玻璃容器中。緩慢加入碾細(xì)的固體粉末,邊添加邊用玻璃棒攪拌,使粉末與溶劑混合均勻,再將容器密封以防溶劑揮發(fā),放置24h后即可使用。2.1.3涂抹方法在室溫條件下,將涂料用1寸毛刷在經(jīng)過處理的碳鋼表面進(jìn)行刷涂,48h后即可牢固成膜。2.2試樣的干燥、干燥試樣材料為20號碳鋼,以A、B、C表示,試樣非工作面用環(huán)氧樹脂封裝,工作面為圓形,面積為1cm2,用水磨砂紙打磨至600#,丙酮脫脂。將試樣A、C放入干燥器中干燥待用;試樣B放入1%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))鹽酸中浸泡1min,取出后用蒸餾水沖洗干凈,平放于空氣中,直到碳鋼表面生成一層均勻銹蝕。在試樣A、B表面涂覆涂料2,膜層厚度分別為52μm和48μm,在試樣C表面涂覆涂料1,膜層厚度為56μm。膜層干燥后,試樣A表面呈淺紅棕色,試樣B表面呈深紅棕色,試樣C表面呈乳白色。各試樣照片如圖1所示。2.3鈉溶液中浸泡將試樣A、B和C同時(shí)放入3.5%氯化鈉溶液中浸泡。采用表面狀態(tài)跟蹤觀察和電化學(xué)阻抗測試方法,研究試樣的腐蝕發(fā)生、發(fā)展情況,以此表征轉(zhuǎn)銹液的效果。2.3.1電化學(xué)性能測試采用CS350電化學(xué)工作站(武漢科思特儀器有限公司)測試試樣的電化學(xué)阻抗譜。檢測參數(shù)如下:激勵(lì)信號幅值±20mV,頻率掃描模式,采用對數(shù)掃頻,每十倍頻10個(gè)點(diǎn),測定頻率范圍為100kHz~0.01Hz,儀器接地模式為虛地,用Solatran公司的Zview軟件繪制阻抗譜圖。試驗(yàn)采用三電極電化學(xué)測試體系,參比電極為飽和甘汞電極(SCE),輔助電極為高純石墨電極,被測試樣為研究電極。實(shí)驗(yàn)介質(zhì)是3.5%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))NaCl溶液。試驗(yàn)在室溫(約25°C)下進(jìn)行。試驗(yàn)前,在開路電位下活化10min。試驗(yàn)裝置如圖2所示。2.3.2觀測表面條件的方法用富士FinePixS602相機(jī)定期給3種試樣拍照,通過對比其表面腐蝕狀態(tài)來評定各試樣的耐蝕性能。3結(jié)果與討論3.1試樣容抗弧直徑圖3是3種試樣在3.5%氯化鈉溶液中浸泡3d后的Nyquist圖。從圖3可以看出,3條曲線都只含有一個(gè)容抗弧,說明3個(gè)試樣都處于浸泡初期,外界介質(zhì)未完全滲透,水分還未到達(dá)涂層/基底金屬界面,涂層還是一個(gè)隔絕層,起到隔絕水分與基底金屬接觸的作用。對比3條曲線,試樣A的Nyquist曲線容抗弧的直徑最大,試樣B的次之,試樣C最小。根據(jù)電化學(xué)阻抗的測試原理,容抗弧的直徑能夠反映涂層阻抗值的大小。據(jù)此可判斷試樣A的阻抗值最大,試樣B次之,試樣C的阻抗值最小。3.2試樣表面形貌圖4是試樣A、B和C浸泡16d后的Nyquist圖。從圖4可以看到,試樣A、B的Nyquist曲線仍然為一個(gè)容抗弧,只是容抗弧的直徑比浸泡3d后的直徑大;并且試樣B的容抗弧直徑增大的幅度比試樣A大,由浸泡3d時(shí)小于試樣A容抗弧直徑,到現(xiàn)在反而大于試樣A的容抗弧直徑。原因可能是試樣B中的SO與碳鋼試樣表面的銹蝕反應(yīng)生成了一層螯合物膜層,由于這種反應(yīng)進(jìn)行的速度較慢,膜層由疏松到致密有一個(gè)發(fā)展過程,使得試樣B的阻抗值呈現(xiàn)逐步增大的趨勢;試樣A中雖然也含有SO,但是初始碳鋼試樣表面幾乎沒有銹蝕,即使SO與微量的銹蝕點(diǎn)反應(yīng)生成一層螯合物膜層,該膜層也很難達(dá)到致密程度,使試樣A雖然阻抗值有所增加,但增加幅度遠(yuǎn)小于試樣B阻抗值的增加幅度。與圖3相比,圖4中試樣C的Nyquist曲線由原來的一個(gè)容抗弧變成了兩個(gè)容抗弧,并且第一個(gè)弧的直徑較先前大幅度地減小。兩個(gè)容抗弧的出現(xiàn),說明外界介質(zhì)已經(jīng)滲透到達(dá)涂層/基底金屬界面,此時(shí)試樣阻抗值為105?,金屬的電化學(xué)腐蝕能夠持續(xù)發(fā)生。圖5為3種試樣同期的表面狀態(tài)。對比圖1,試樣A、B的表面與浸泡前無明顯變化,而試樣C的表面已布滿淺灰色銹點(diǎn),少量部位發(fā)生起泡現(xiàn)象。電化學(xué)測試與表面觀察的結(jié)果一致。3.3涂層耐腐蝕性能圖6為試樣A、B和C在3.5%氯化鈉溶液中浸泡23d后的Nyquist圖。由圖6可知,試樣A的Nyquist曲線已由先前的一個(gè)容抗弧變成了兩個(gè)容抗弧,其中高頻端容抗弧是涂層的貢獻(xiàn),低頻端容抗弧是界面起泡部分的雙電層電容Cdl及基底金屬腐蝕反應(yīng)的極化電阻Rt的貢獻(xiàn)。對比圖4與圖6中試樣A的Nyquist曲線可知,此時(shí)涂層的阻抗值比浸泡16d時(shí)的阻抗值下降了一個(gè)數(shù)量級,說明試樣A的涂層耐腐蝕性能大幅度下降。試樣B的Nyquist曲線仍然為一個(gè)容抗弧,說明其涂層對介質(zhì)的阻擋層依然完好,耐蝕性能良好。對比圖4與圖6中試樣B的Nyquist曲線可知,此時(shí)試樣B涂層的阻抗值比浸泡16d時(shí)的阻抗值還要大,說明表面涂層的耐腐蝕性能在增強(qiáng)。試樣C的Nyquist曲線呈現(xiàn)3段容抗弧,高頻端容抗弧對應(yīng)于涂層的作用,中間的容抗弧可能是銹蝕區(qū)域形成的銹蝕層的作用結(jié)果,低頻端容抗弧是由銹蝕部分的雙電層電容Cdl和基底金屬腐蝕反應(yīng)的極化電阻Rt引起的。與圖4相比,圖6中試樣C涂層的阻抗值下降了一個(gè)數(shù)量級,說明其耐蝕性能在下降。圖7為試樣浸泡23d后的表面腐蝕狀況。從圖7可以看到,試樣A表面有幾處灰色泡點(diǎn),原來無色的部位大面積變黃;試樣C表面出現(xiàn)大面積的灰色泡區(qū);而涂層B表面未發(fā)現(xiàn)明顯變化。電化學(xué)測試與表面觀察結(jié)果一致。3.4涂層的耐腐蝕性能圖8為試樣A、B、C在3.5%氯化鈉溶液中浸泡59d后的Nyquist圖。與圖6相比,圖8中試樣A的Nyquist曲線亦由兩個(gè)容抗弧組成,但此時(shí)兩個(gè)容抗弧的直徑明顯減小。說明隨著電解質(zhì)溶液的不斷滲入,試樣A涂層的耐腐蝕性能明顯下降。試樣B的Nyquist曲線仍為一個(gè)容抗弧。對比圖6與圖8中試樣B的曲線可知,此時(shí)涂層的阻抗值較浸泡23d時(shí)增大了近兩個(gè)數(shù)量級,說明涂層的耐腐蝕性能呈增強(qiáng)趨勢。具體原因有待進(jìn)一步研究。圖8與圖6中試樣C的Nyquist曲線都為3個(gè)容抗弧,但此時(shí)容抗弧的直徑明顯變小。這說明隨著電解質(zhì)溶液的不斷滲入,涂層基本被破壞,其所起的保護(hù)作用幾乎完全喪失。圖9為試樣浸泡59d后的表面腐蝕狀況。觀察圖9中的照片,試樣A表面出現(xiàn)多處灰色泡點(diǎn),其余表面變成黃色,說明基體金屬有銹蝕作用,阻抗僅104?,說明銹蝕依然發(fā)生,原因可能是SO的成膜作用在初期較為顯著,隨著浸泡時(shí)間的延長,SO可能會(huì)流失,影響其持續(xù)作用;而試樣B表面與開始相比顏色和狀態(tài)變化不明顯,僅邊緣處出現(xiàn)微小泡點(diǎn),其阻抗高達(dá)109?,這表明早期形成穩(wěn)定的鐵銹轉(zhuǎn)化膜對試樣耐蝕性能提高最為有效;試樣C表面腐蝕特別嚴(yán)重,涂層幾乎完全被破壞。電化學(xué)測試與表面觀察的結(jié)果是一致的。4膜層的耐蝕性能試樣A、B和C隨著浸泡時(shí)間的延長呈現(xiàn)出不同的變化特征。涂有不含轉(zhuǎn)銹劑SO的成膜試樣C,其耐蝕性較差,