專利名稱：一種抑制鋼鐵在10%－25%食鹽溶液中腐蝕的新型緩蝕劑的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到化學(xué)領(lǐng)域，特別是涉及到一種抑制鋼鐵在10％～25％食鹽溶液中腐蝕的新型緩蝕劑(簡稱XM-505)及其配制與使用方法。
在制冷工業(yè)中常用10％～25％食鹽溶液作為載冷劑。盡管緩蝕劑的應(yīng)用已有100多年歷史，然而人們對抑制鋼鐵在10％～25％食鹽溶液中腐蝕的緩蝕劑的研究依然寥若晨星。鮑世平等人的研究指出，在10％～15％的NaCl鹽水中添加重鉻酸鉀4000ppm,mpA300ppm,HpMA10ppm和Zn++20ppm(總濃度為4330ppm)可使碳鋼的緩蝕率達到95％[《全面腐蝕控制》1995,9(1)32-33頁]。采用重鉻酸鉀配方固然有效，但存在著嚴重的問題其一，重鉻酸鉀屬危險性陽極型緩蝕劑，若加入量不足，不僅不能使鋼鐵鈍化而起保護作用，反而會加速鋼鐵腐蝕，因此所需劑量較大。其二，重鉻酸鉀屬極毒致癌物質(zhì)，會污染人類賴以生存的環(huán)境。其三，緩蝕率有待于進一步提高。
針對重鉻酸鉀配方所存在的問題，本發(fā)明的目的就在于研制一種緩蝕率更高、劑量更小且又無毒的新型緩蝕劑，以取代極毒的重鉻酸鉀配方。
為實現(xiàn)本發(fā)明之目的，采用的技術(shù)路線和作用原理如下(1)選用硫脲作為新型緩蝕劑的主要組份。由于硫脲分子中具有兩個雜化原子N和一個雜化原子S，它可與Fe++絡(luò)合，最終轉(zhuǎn)化成不溶性硫化鐵保護膜。(2)利用“分子剪裁法”合成的磷酸三乙醇胺，進一步加強了醇胺基團和磷酸根之間的協(xié)同作用。它在溶解O2的協(xié)同作用下，能在鋼鐵表面形成由磷酸三乙醇胺、γ-Fe2O3、Fe3O4和FePO4所組成的多重保護膜；同時由于它支鏈多，當膜破損時尚具自修復(fù)的能力。(3)首次把磷酸二氫鋅引入此類緩蝕劑的配方中。它與磷酸二氫鈉或非水解性鋅鹽(如ZnSO4等)相比較具有更多的優(yōu)點。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(鋼鐵鋅系磷化)，這是磷酸二氫鈉或非水解性鋅鹽(如ZnSO4等)所不具備的。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(鋼鐵鐵系磷化)，其作用與使用磷酸二氫鈉相同，而Zn++有可能以Zn(OH)2的形式在鋼鐵表面形成陰極型的沉淀膜，這種膜不牢固，但能增效，其作用與使用非水解性鋅鹽(如ZnSO4等)相同。(4)在新型緩蝕劑中引入烏洛托品。由于烏洛托品分子中具有四個雜化原子N，所以它能與鋼鐵表面裸露的鐵原子絡(luò)合，直接吸附于鋼鐵表面，抑制鋼鐵腐蝕陰、陽共軛過程，避免緩蝕劑在鋼鐵表面形成保護膜期間陽極上的鐵溶解過快而使鋼鐵的腐蝕率增大，同時它本身也可作為保護膜的有效組份，提高保護效果。(5)通過復(fù)配試驗，達到優(yōu)化組合，進一步提高緩蝕效果。實驗表明硫脲、磷酸三乙醇胺、磷酸二氫鋅和烏洛托品四種組份首次作為一個整體(XM-505)配合完美，協(xié)同作用顯著，對抑制鋼鐵在10％～25％食鹽溶液中腐蝕尤其有效。
抑制鋼鐵在10％～25％食鹽溶液中腐蝕的方法包括在食鹽溶液中添加1000ppm～2500ppm的XM-505鹽水介質(zhì)緩蝕劑及該緩蝕劑的配制與使用。
XM-505鹽水介質(zhì)緩蝕劑由41％～61％的硫脲、0.5％～3.5％的磷酸三乙醇胺、0.5％～3.5％的磷酸二氫鋅和35％～55％的烏洛托品所組成。緩蝕劑的組份最好配制成溶液的形式使用。
緩蝕劑的配制(1)將硫脲和烏洛托品的混合物配制成水溶液，即A液，總含量為100mg/ml，硫脲與烏洛托品之比為51∶45(重量比)。(2)按磷酸三乙醇胺與磷酸二氫鋅之比為1∶1(重量比)，配制成總含量為100mg/ml的混合液為B液。配制時先按下列反應(yīng)式，即……(1)2H3PO4+ZnO→Zn(H2PO4)2+H2O……(2)計算出磷酸、三乙醇胺和氧化鋅的用量，然后取少量水，加入計算量的磷酸和三乙醇胺，充分攪拌，并靜置片刻，再加入計算量的氧化鋅，繼續(xù)攪拌至全溶，最后補足水量，攪勻即可。
根據(jù)食鹽溶液的重量、要求的緩蝕劑濃度和緩蝕劑的組份配比計算出A液和B液的用量。先將A液加入食鹽溶液，攪勻后再加入B液，繼續(xù)攪拌均勻，即可使用。
XM-505鹽水介質(zhì)緩蝕劑濃度為2000ppm時，用失重法測得該緩蝕劑對A3鋼的緩蝕率高達98％，鋼樣經(jīng)1800小時失重試驗，表觀很好，光亮如初。與鮑世平等人研制的重鉻酸鉀配方相比，緩蝕率高出3％，而劑量僅為后者的46.2％，尚且原材料無毒，無公害。由此可見，XM-505鹽水介質(zhì)緩蝕劑的綜合性能遠優(yōu)于重鉻酸鉀配方，用它取代板毒的重鉻酸鉀配方，不僅可以獲得更大的經(jīng)濟效益，而且也有利于保護人類賴以生存的環(huán)境。
XM-505鹽水介質(zhì)緩蝕劑的主要特點是(1)高效。(2)劑量小，成本低。(3)無毒，無公害。(4)工序簡單，不必預(yù)膜。
實施例1試驗溶液為不加緩蝕劑的22.4％的食鹽溶液和加有由51％的硫脲、2％的磷酸三乙醇胺、2％的磷酸二氫鋅和45％的烏洛托品(重量百分比)所組成的XM-505鹽水介質(zhì)緩蝕劑2000ppm的22.4％的食鹽溶液。試驗材料為A3鋼，試樣規(guī)格為5×2.5×0.2cm，表面積為28cm2。所用試樣均經(jīng)金相砂紙逐級打磨，再經(jīng)自來水，無水酒精清洗，冷風(fēng)吹干，置于干燥器中24小時以上，備用。
實驗采用失重法。試樣經(jīng)稱重后在試驗溶液中浸泡1800小時(室溫，靜態(tài))，取出的試樣按GB6384-86方法處理、稱重，按下列公式(3)計算鋼樣的腐蝕率υ，即υ(mm/y)=8.76×104×Δw/s×t×p……(3)式中Δw為鋼樣的失重(g),S為鋼樣的表面積(cm2),t為浸泡時間(h),p為鋼材密度(g/cm3)。
再按下列公式(4)計算緩蝕劑對鋼鐵的緩蝕率E，即E(％)=(υo-υc)/υo×100……(4)式中υo為未加緩蝕劑的鋼樣腐蝕率，υc為給定緩蝕劑的鋼樣腐蝕率。
測試結(jié)果如下當緩蝕劑濃度為2000ppm時，對A3鋼的緩蝕率高達98％，鋼樣表觀很好，光亮如初。
實施例2方法及緩蝕劑的組成同實施例1，當緩蝕劑濃度為2500ppm時，對A3鋼的緩蝕率高達97.7％，鋼樣表觀很好，光亮如初。
實施例3方法及緩蝕劑的組成同實施例1，當緩蝕劑濃度為1000ppm時，對A3鋼的緩蝕率達到95.6％，鋼樣表觀很好，光亮如初。
權(quán)利要求
1．一種抑制鋼鐵在10％～25％食鹽溶液中腐蝕的新型緩蝕劑，其特征在于該緩蝕劑是由硫脲、磷酸三乙醇胺、磷酸二氫鋅和烏洛托品所組成，它們的配比(重量百分比)為硫脲 41～61％；磷酸三乙醇胺 0.5～3.5％；磷酸二氫鋅O.5～3.5％；烏洛托品 35～55％。
2．如權(quán)利要求1所述的一種抑制鋼鐵在10％～25％食鹽溶液中腐蝕的新型緩蝕劑，其特征在于該緩蝕劑在使用時的濃度為1000ppm～2500ppm。
3．一種權(quán)利要求1的抑制鋼鐵在10％～25％食鹽溶液中腐蝕的新型緩蝕劑的配制方法，其特征在于(1)將硫脲和烏洛托品的混合物配制成水溶液，即A液，硫脲與烏洛托品之比為51∶45(重量比)，總含量為100mg/ml；(2)將磷酸三乙醇胺與磷酸二氫鋅按1∶1的比例(重量比)配制成總含量為100mg/ml的混合液，即B液，配制時先按下列反應(yīng)式，即計算出磷酸、三乙醇胺和氧化鋅的用量，然后取少量水，加入計算量的磷酸和三乙醇胺，充分攪拌，并靜置片刻，再加入計算量的氧化鋅，繼續(xù)攪拌至全溶，最后補足水量即可。
4．一種權(quán)利要求1或3的抑制鋼鐵在10％～25％食鹽溶液中腐蝕的新型緩蝕劑的使用方法，其特征在于根據(jù)食鹽溶液的重量、要求的緩蝕劑濃度和緩蝕劑的組份配比計算出A液和B液的用量，先將A液加入食鹽溶液中，攪勻后再加入B液，繼續(xù)攪拌均勻，即可使用。
全文摘要
一種抑制鋼鐵在10%～25%食鹽溶液中腐蝕的新型緩蝕劑,是由41%～61%的硫脲、0.5～3.5%的磷酸三乙醇胺、0.5%～3.5%的磷酸二氫鋅和35%～55%的烏洛托品所組成。當濃度為1000ppm～2500ppm時,這種緩蝕劑不僅能在鋼鐵表面形成多重的保護膜,而且當膜破損時尚具有自修復(fù)的能力,因此,對抑制鋼鐵腐蝕尤其有效,對A
文檔編號C23F11/08GK1231347SQ98104900
公開日1999年10月13日 申請日期1998年4月8日 優(yōu)先權(quán)日1998年4月8日
發(fā)明者郭良生, 黃霓裳, 石小燕, 邱富榮 申請人:中國科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所二部