專利名稱：一種抑制鋼鐵在海水中腐蝕的新型緩蝕劑的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及化學(xué)領(lǐng)域，尤其是涉及抑制鋼鐵在海水中腐蝕的一種新型緩蝕劑(簡(jiǎn)稱XM-404)及其配制與使用方法。
緩蝕劑的應(yīng)用已有100多年歷史，然而由于海水組份的復(fù)雜性和影響因素的多樣性，直至目前，此類緩蝕劑的研究相對(duì)較少。Mehta指出，在不同鹽度的海水中添加5000ppm鉻酸鉀可使碳鋼的緩蝕率達(dá)到75％以上；添加2500ppm切削油也可達(dá)到同樣的緩蝕效果[J.Electrochem.Soc.India.,1992,41(1):57-65]。Sawant等人給出的結(jié)果是，在海水中添加低于50ppm的氨基磺胺，可使碳鋼的緩蝕率達(dá)到50～90％[Corros.prev.control,1994,41(11):14-18 ]。李海明等人的研究報(bào)告指出，由葡萄糖酸鹽、有機(jī)多酸鹽、鉬酸鹽、磷酸鹽和鋅鹽組成的復(fù)合緩蝕劑，濃度為150ppm以上時(shí)，對(duì)海水中碳鋼的緩蝕率達(dá)到90％[第六屆全國(guó)緩蝕劑學(xué)術(shù)討論會(huì)論文集，1989:50-57]。白榮明等人的研究報(bào)告表明，先用1800ppm預(yù)膜劑預(yù)膜，再添加50ppm的緩蝕劑，經(jīng)168小時(shí)的失重試驗(yàn)，對(duì)海水中碳鋼的緩蝕率50℃時(shí)達(dá)95.6％,80℃時(shí)達(dá)96.8％[工業(yè)水處理，1991,11(6):20-21]。
現(xiàn)有的海水介質(zhì)緩蝕劑存在的共同問(wèn)題是緩蝕率偏低，劑量大，成本高。有的甚至使用極毒致癌物質(zhì)鉻酸鹽，污染人類賴以生存的環(huán)境。本發(fā)明的目的就在于研制一種高效、廉價(jià)、無(wú)毒或低毒的新型緩蝕劑，取代以往的那些同類緩蝕劑。
為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，所采用的技術(shù)路線及其作用原理如下(1)起用緩蝕性能好，低毒無(wú)公害的鉬酸鈉作為主成份。眾所周知鉬酸鈉是鋼鐵磷化常用的有效加速劑，若將鉬酸鈉與磷酸鹽或磷酸酯復(fù)配，借助組份間的協(xié)同作用，定能大幅度提高緩蝕效果，同時(shí)又可大幅度降低價(jià)格較貴的鉬酸鈉用量。(2)利用“分子剪裁法”合成的磷酸三乙醇胺，進(jìn)一步加強(qiáng)了醇胺基團(tuán)和磷酸根之間的協(xié)同作用。它在溶解O2的協(xié)同作用下，能在鋼鐵表面形成磷酸三乙醇胺、γ-Fe2O3、Fe3O4和FePO4的多重保護(hù)膜，并且由于它支鏈多，當(dāng)膜破損時(shí)尚具自修復(fù)的能力，與鉬酸鈉的復(fù)配性甚佳。(3)首次把磷酸二氫鋅引入海水介質(zhì)緩蝕劑中，它與正磷酸鹽或非水解性的鋅鹽(如ZnSO4等)相比較具有更多的優(yōu)點(diǎn)。磷酸二氫鋅具有水解性，能在鋼鐵表面的陰極反應(yīng)處形成不溶性的Zn3(PO4)2沉積膜，這是正磷酸鹽和非水解性的鋅鹽所沒(méi)有的。磷酸二氫鋅能電離，磷酸根在溶解O2的協(xié)同作用下，與Fe++反應(yīng)，在鋼鐵表面形成不溶性的FePO4沉積膜，其作用同正磷酸鹽，而Zn++有可能以Zn(OH)2的形式形成陰極型的沉淀膜，這種膜不牢固，但能增效，其作用同非水解性的鋅鹽。(4)通過(guò)復(fù)配試驗(yàn)，達(dá)到優(yōu)化組合。實(shí)驗(yàn)表明鉬酸鈉、磷酸三乙醇胺和磷酸二氫鋅首次作為一個(gè)整體(XM-404)配合完美，協(xié)同作用十分顯著，對(duì)抑制鋼鐵在海水中的腐蝕特別有效。
抑制鋼鐵在海水中腐蝕的方法包括在海水中添加80ppm～230ppm的XM-404海水介質(zhì)緩蝕劑及該緩蝕劑的制備與使用。這種緩蝕劑由45～55％的鉬酸鈉、25～35％磷酸三乙醇胺和15～25％的磷酸二氫鋅所組成。
緩蝕劑的組份最好配制成溶液的形式使用。A液為鉬酸鈉溶液，其含量為100mg/ml。B液為磷酸三乙醇胺和磷酸二氫鋅的混合液，磷酸三乙醇胺和磷酸二氫鋅之比為3∶2(重量比)，總含量為100mg/ml。
實(shí)際上B液可按下列反應(yīng)式，即……(1)……(2)計(jì)算出磷酸、三乙醇胺和氧化鋅的用量，通過(guò)直接反應(yīng)制得。配制時(shí)取少量水，加入計(jì)算量的磷酸和三乙醇胺，充分?jǐn)嚢?，并靜置片刻，然后加入計(jì)算量的氧化鋅，繼續(xù)攪拌至全溶，最后補(bǔ)足水量，攪勻即可。
根據(jù)海水介質(zhì)的重量、要求的緩蝕劑濃度以及緩蝕劑組份配比可計(jì)算出A液和B液的用量，然后先將A液加入海水介質(zhì)中攪拌均勻后，再加B液，繼續(xù)攪拌至緩蝕劑三組份均勻分散在海水介質(zhì)中，即可投入使用。
試驗(yàn)表明，XM-404緩蝕劑濃度為80ppm～230ppm時(shí)，A3鋼經(jīng)1800小時(shí)失重試驗(yàn)，測(cè)得的緩蝕率均達(dá)99.5％以上。當(dāng)XM-404海水介質(zhì)緩蝕劑濃度為80ppm時(shí)，用失重法測(cè)得該緩蝕劑對(duì)A3鋼的緩蝕率高達(dá)99.73％，鋼樣光亮，未見(jiàn)宏觀腐蝕。與李海明等人研究的海水中碳鋼緩蝕劑(同屬鉬磷系)相比，緩蝕率高出9.73％，而劑量?jī)H為后者的8/15。同時(shí)“XM-404”的緩蝕率也遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其它體系的同類緩蝕劑。這種新型的緩蝕劑不僅高效；劑量小，成本低；而且原材料無(wú)毒，無(wú)公害；工序簡(jiǎn)單，不必預(yù)膜，可取代以往的那些同類緩蝕劑。
實(shí)施例1試驗(yàn)溶液為不加緩蝕劑的天然海水和加有按50％鉬酸鈉、30％磷酸三乙醇胺和20％磷酸二氫鋅(重量百分比)配制成的XM-404海水介質(zhì)緩蝕劑80ppm的天然海水。試驗(yàn)材料為A3鋼，規(guī)格為5×2.5×0.2cm，表面積為29cm2。所用試樣均經(jīng)金相砂紙逐級(jí)打磨，再經(jīng)自來(lái)水和無(wú)水酒精清洗，冷風(fēng)吹干，置于干燥器中24小時(shí)以上，備用。
實(shí)驗(yàn)采用失重法，試樣經(jīng)稱重后在試驗(yàn)溶液中浸泡1800小時(shí)，取出的試樣按GB6384-86方法處理、稱重，按下列公式(3)計(jì)算鋼樣的腐蝕率υ，即υ(mm/y)=8.76×104×Δw/s×t×ρ……(3)式中ΔW為鋼樣的失重(g),S為鋼樣的表面積(cm2),t為浸泡時(shí)間(h),ρ為鋼樣的材料密度(g/cm3)。
再按公式(4)計(jì)算緩蝕劑對(duì)鋼鐵的緩蝕率E，即E(％)=(υo-υc)/υo×100……(4)式中υo為空白的鋼樣腐蝕率，υc為給定緩蝕劑的鋼樣腐蝕率。
測(cè)試結(jié)果如下緩蝕劑濃度為80ppm時(shí)，對(duì)A3鋼的緩蝕率為99.73％。
實(shí)施例2，方法及緩蝕劑的配方同實(shí)施例1，緩蝕劑濃度為150ppm時(shí)，對(duì)A3鋼的緩蝕率為99.62％。
權(quán)利要求
1．一種抑制鋼鐵在海水中腐蝕的新型緩蝕劑，由鉬酸鈉、磷酸三乙醇胺和磷酸二氫鋅所組成，其特征在于它們的配比(重量比)為鉬酸鈉45～55％；磷酸三乙醇胺25～35％；磷酸二氫鋅15～25％。
2．如權(quán)利要求1所述的一種抑制鋼鐵在海水中腐蝕的新型緩蝕劑，其特征在于該緩蝕劑在使用時(shí)的濃度為80ppm～230ppm。
3．如權(quán)利要求1所述的一種抑制鋼鐵在海水中腐蝕的新型緩蝕劑，其特征在于該緩蝕劑的組份最好配制成溶液的形式使用，A液為鉬酸鈉溶液，含量為100mg/ml；B液為磷酸三乙醇胺和磷酸二氫鋅的混合液，總含量為100mg/ml，磷酸三乙醇胺與磷酸二氫鋅之比為3∶2(重量比)。
4．一種權(quán)利要求1的新型緩蝕劑的配制方法，其特征在于(1)將鉬酸鈉配成含量為100mg/ml的溶液，即A液；(2)磷酸三乙醇胺與磷酸二氫鋅之比為3∶2(重量比)，總含量為100mg/ml的混合液，即B液，配制時(shí)先按下列反應(yīng)式，即計(jì)算出磷酸、三乙醇胺和氧化鋅的用量，然后取少量水，加入計(jì)算量的磷酸和三乙醇胺，充分?jǐn)嚢?，并靜置片刻，再加入計(jì)算量的氧化鋅，繼續(xù)攪拌至全溶，最后補(bǔ)足水份即可。
5．一種權(quán)利要求1的新型緩蝕劑的使用方法，其特征在于先根據(jù)海水介質(zhì)的重量、要求的緩蝕劑濃度以及緩蝕劑組份配比計(jì)算出A液和B液的用量，然后把A液加入海水介質(zhì)中，攪勻后再加入B液，繼續(xù)攪拌至緩蝕劑各組份均勻分散在海水介質(zhì)中，即可使用。
全文摘要
一種抑制鋼鐵在海水中腐蝕的新型緩蝕劑(簡(jiǎn)稱XM－404),是由45～55%鉬酸鈉、25～35%磷酸三乙醇胺和15～25%磷酸二氫鋅所組成。這種緩蝕劑濃度為80～230ppm時(shí),不僅能在海水中的鋼鐵表面形成多重保護(hù)膜,而且當(dāng)膜破損時(shí)尚具有自修復(fù)的能力,因此,它對(duì)抑制鋼鐵在海水中的腐蝕特別有效,緩蝕率高達(dá)99.73%。并且所需劑量小、成本低;原材料無(wú)毒、無(wú)公害;工序簡(jiǎn)單,不必預(yù)膜。
文檔編號(hào)C23F11/08GK1224079SQ9810471
公開日1999年7月28日 申請(qǐng)日期1998年1月22日 優(yōu)先權(quán)日1998年1月22日
發(fā)明者郭良生, 黃霓裳, 石小燕, 邱富榮 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所二部