探析鐵銹轉(zhuǎn)化劑防銹機(jī)理
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摘要：鋼鐵的除銹處理是涂裝工藝的重要組成部分，對防腐蝕涂裝的成敗起著決定性的作用。本文主要從銹蝕產(chǎn)物的生成，分析了兩種不同轉(zhuǎn)化劑對銹蝕產(chǎn)物轉(zhuǎn)化的作用機(jī)理，并對鐵銹轉(zhuǎn)化劑的應(yīng)用和發(fā)展趨勢作了簡要的概括和展望。
論文關(guān)鍵詞：鐵銹轉(zhuǎn)化劑,帶銹涂料,防腐
隨著現(xiàn)代工業(yè)的飛速發(fā)展，鋼鐵材料的防腐工作越來越引起各方面的重視。為了保護(hù)鋼鐵不受腐蝕，延長其使用壽命，對鋼鐵進(jìn)行防腐蝕涂裝成為一種最經(jīng)濟(jì)和有效的方法[1]。為了獲得優(yōu)良的耐腐蝕性能，涂裝前必須把鋼材上的鐵銹清除干凈，否則會由于鐵銹的不斷膨脹導(dǎo)致漆膜和防腐效果很差，因此，鋼鐵的除銹處理是涂裝工藝的重要組成部分，對防腐蝕涂裝的成敗起著決定性的作用。但是許多大型建筑、橋梁、船舶等復(fù)雜的鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件在維修過程中由于受施工條件的限制，難以采用機(jī)械化施工方法，只能采用手工或電動工具進(jìn)行除銹，其結(jié)果必然有鐵銹和各種腐蝕產(chǎn)物的殘留，導(dǎo)致除銹質(zhì)量難以得到保證、施工艱難、費用巨大[2]。同時，由于安全、環(huán)境保護(hù)和勞動保護(hù)方面的原因，除銹涂料向著高性能、施工方便、高效、符合環(huán)保要求的方向發(fā)展。
帶銹涂料根據(jù)其與鋼鐵銹蝕結(jié)合方式的不同，可分為轉(zhuǎn)化型、穩(wěn)定型、滲透型3種[2]。其中轉(zhuǎn)化型帶銹涂料由于具有除銹效果好、對鋼鐵表面無害、有保護(hù)作用的特點，正被越來越多的采用。這類轉(zhuǎn)化型帶銹涂料所用轉(zhuǎn)化劑主要有亞鐵氰酸和丹寧酸等。本文主要從銹蝕產(chǎn)物的生成，闡述兩種不同轉(zhuǎn)化劑銹蝕轉(zhuǎn)化機(jī)理，最后對鐵銹轉(zhuǎn)化劑的應(yīng)用和發(fā)展趨勢作了概括和展望。
二 銹蝕生成過程
鋼鐵是熱力學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)材料，因此在其表面構(gòu)成一個活性表面，暴露在空氣中受到氧氣、水分及其他腐蝕介質(zhì)作用必然發(fā)生腐蝕，轉(zhuǎn)化成鐵銹。鐵銹疏松多孔，不僅不能阻止鋼鐵構(gòu)件與空氣和水的接觸，還會把空氣和水分保留在鋼鐵構(gòu)件的表面，進(jìn)一步加速鋼鐵的銹蝕。同時，鐵又是一個多化合價的金屬，從鋼鐵腐蝕起，它由低價的鐵變成穩(wěn)定的高價化合物。由于鐵銹生成過程是持續(xù)和不斷進(jìn)行的，所以，鐵銹實際上是一個復(fù)雜的鐵化合物。
鐵銹生成過程實際上就是鋼鐵的電化學(xué)腐蝕過程。鋼鐵在潮濕空氣里，其表面因吸附作用而覆蓋一層極薄的水膜、水微弱電離產(chǎn)生少量H+和OH-，同時由于空氣中CO2的溶解，水里H+增多，這樣表面就形成了一層弱酸性電解質(zhì)溶液薄膜，它跟鋼鐵里的鐵和雜質(zhì)或碳就形成了無數(shù)微小原電池。其中鐵為負(fù)極，碳為正極，發(fā)生原電池反應(yīng)。
鐵作為負(fù)極失去電子被氧化：(-)Fe-2e=Fe2+
水膜里溶解的氧氣作為陽極得到電子被還原：(+)2H2O+O2+4e=4OH-
隨著OH-濃度逐漸增大，則OH-與Fe2+結(jié)合生成Fe(OH)2。Fe(OH)2被空氣中氧所氧化生成氫氧化鐵：4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3
空氣中的二氧化碳跟氫氧化鐵反應(yīng)，就生成紅褐色的堿式碳酸鐵。此外，鐵與空氣中的氧氣反應(yīng)還生成氧化鐵，這些鐵的化合物就是鐵銹的主要成分。
從銹蝕表觀層次來看[3]，分三層：面層浮銹
，中層粒銹
，底銹
。上層的銹蝕較疏松，是已成熟、惰性的物質(zhì)，底層銹蝕較緊密，是正在成長的、活性的，它緊靠鋼鐵表面呈群落分布。在疏松、惰性的浮銹上涂漆，由于很難起反應(yīng)，涂漆得不到良好的附著；然而去除浮銹在底銹上涂漆，由于它是活性的，碰到水、氧等介質(zhì)又會繼續(xù)反應(yīng)，即穿過漆膜再次呈現(xiàn)銹蝕。因此，為了使鐵銹轉(zhuǎn)化劑發(fā)揮更好的效果，減少浪費，降低成本，在涂覆時應(yīng)首先去除上層疏松的銹蝕（浮銹），然后再將其涂覆在底層的銹蝕上，這樣可以使銹蝕呈穩(wěn)定狀態(tài)并相互有很好的附著，從而達(dá)到良好的防銹除銹作用。
三 銹蝕轉(zhuǎn)化機(jī)理
轉(zhuǎn)化型帶銹涂料是利用能與鐵銹起化學(xué)反應(yīng)的轉(zhuǎn)化劑，將鐵銹轉(zhuǎn)化為結(jié)構(gòu)穩(wěn)定致密的鐵合化物，這種化合物沒有去極化作用，可緊密地附著在鋼結(jié)構(gòu)表面，又可與耐蝕涂層良好鍵合，而成為耐蝕涂層與鋼結(jié)構(gòu)表面間接偶聯(lián)物。根據(jù)轉(zhuǎn)化型帶銹涂料所用轉(zhuǎn)化劑的不同，銹蝕轉(zhuǎn)化機(jī)理也不同。常用的轉(zhuǎn)化劑有磷酸-亞鐵氰酸及磷酸-丹寧酸等。
磷酸-亞鐵氰酸型轉(zhuǎn)化劑與鐵銹起反應(yīng)包括兩個過程：
1、亞鐵氰酸與鐵銹起作用，生成亞鐵氰酸鹽；
2、磷酸與鐵銹發(fā)生反應(yīng)，使鋼鐵表面鈍化。
如以鐵銹中的
為例，亞鐵氰酸與其反應(yīng)生成亞鐵氰酸鐵[1]：
該反應(yīng)在堿性或中性條件下速度很慢，在帶銹涂料中加入磷酸可顯著加快反應(yīng)速度；此外磷酸可直接與鐵銹發(fā)生磷化反應(yīng)，生成穩(wěn)定致密的磷化鐵：
如國內(nèi)研制的H06-18就是亞鐵氰化鉀與磷酸組成的轉(zhuǎn)化型帶銹涂料，作為艦船、化工設(shè)備及重型機(jī)械行業(yè)鋼結(jié)構(gòu)表面除銹和耐蝕底層涂料，已得到推廣使用。
磷酸-丹寧酸型的作用機(jī)理是丹寧酸與鋼鐵表面及銹層中的鐵離子作用生成丹寧酸鐵的鈍化層（穩(wěn)定的螯合物），強(qiáng)有力地附著在金屬表面，形成一種良好的不溶性保護(hù)膜，抑制腐蝕過程，達(dá)到穩(wěn)定鐵銹的目的[4]；同時，磷酸能加速丹寧酸鐵絡(luò)合物的形成，具有防銹作用。此外，磷酸直接與鐵銹反應(yīng)生成耐腐蝕的磷酸鹽及鈍化膜，它能使膜層附著牢固，具有陰極化和阻蝕鈍化作用。
四 應(yīng)用與發(fā)展趨勢
轉(zhuǎn)化型帶銹涂料可用于鐵銹層較厚的表面，轉(zhuǎn)化速度快，但由于本身呈酸性，對其后的配套面漆有一定的破壞作用，因而要求配套面層涂料耐酸。轉(zhuǎn)化型涂料在應(yīng)用時，必須考慮被涂物銹層的厚度、均勻性以及轉(zhuǎn)化液的用量。為取得較好的效果，施工人員應(yīng)先作試驗。另外，轉(zhuǎn)化型涂料應(yīng)添加少量緩蝕劑，以防止殘留酸的腐蝕。
隨著環(huán)保意識的不斷增強(qiáng)，鐵銹轉(zhuǎn)化劑的研究正向著水基環(huán)保方向發(fā)展。近年來納米技術(shù)也開始應(yīng)用到水基防銹技術(shù)中，這無疑給防銹技術(shù)的研究和應(yīng)用開辟了廣闊前景。目前，多功能的水基防銹劑研究開發(fā)及應(yīng)用漸成趨勢，如除油、除銹“二合一”，除油、除銹、防銹“三合一”的產(chǎn)品也日益增多[5]。因此，具有防銹性好、性質(zhì)穩(wěn)定、價格成本低、減少污染、功能齊全的水基防銹劑是帶銹涂料今后發(fā)展的趨勢。
參考文獻(xiàn)
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