铁锈转化剂防锈机理的研究.doc

铁锈转化剂防锈机理的研究随着现代工业的飞速发展钢铁材料的防腐工作越来越引起各方面的重视。为了保护钢铁不受腐蚀延长其使用寿命对钢铁进行防腐蚀涂装成为一种最经济和有效的方法[1]。为了获得优良的耐腐蚀性能涂装前必须把钢材上的铁锈清除干净否则会由于铁锈的不断膨胀导致漆膜和防腐效果很差因此钢铁的除锈处理是涂装工艺的重要组成部分对防腐蚀涂装的成败起着决定性的作用。但是许多大型建筑、桥梁、船舶等复杂的钢结构构件在维修过程中由于受施工条件的限制难以采用机械化施工方法只能采用手工或电动工具进行除锈其结果必然有铁锈和各种腐蚀产物的残留导致除锈质量难以得到保证、施工艰难、费用巨大[2]。同时由于安全、环境保护和劳动保护方面的原因除锈涂料向着高性能、施工方便、高效、符合环保要求的方向发展。带锈涂料根据其与钢铁锈蚀结合方式的不同可分为转化型、稳定型、渗透型3种[2]。其中转化型带锈涂料由于具有除锈效果好、对钢铁表面无害、有保护作用的特点正被越来越多的采用。这类转化型带锈涂料所用转化剂主要有亚铁氰酸和丹宁酸等。本文主要从锈蚀产物的生成阐述两种不同转化剂锈蚀转化机理最后对铁锈转化剂的应用和发展趋势作了概括和展望。二锈蚀生成过程钢铁是热力学性质不稳定的结构材料因此在其表面构成一个活性表面暴露在空气中受到氧气、水分及其他腐蚀介质作用必然发生腐蚀转化成铁锈。铁锈疏松多孔不仅不能阻止钢铁构件与空气和水的接触还会把空气和水分保留在钢铁构件的表面进一步加速钢铁的锈蚀。同时铁又是一个多化合价的金属从钢铁腐蚀起它由低价的铁变成稳定的高价化合物。由于铁锈生成过程是持续和不断进行的所以铁锈实际上是一个复杂的铁化合物。铁锈生成过程实际上就是钢铁的电化学腐蚀过程。钢铁在潮湿空气里其表面因吸附作用而覆盖一层极薄的水膜、水微弱电离产生少量H+和OH-同时由于空气中CO2的溶解水里H+增多这样表面就形成了一层弱酸性电解质溶液薄膜它跟钢铁里的铁和杂质或碳就形成了无数微小原电池。其中铁为负极碳为正极发生原电池反应。铁作为负极失去电子被氧化:(-)Fe-2e=Fe2+水膜里溶解的氧气作为阳极得到电子被还原:(+)2H2O+O2+4e=4OH-随着OH-浓度逐渐增大则OH-与Fe2+结合生成Fe(OH)2。Fe(OH)2被空气中氧所氧化生成氢氧化铁:4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3空气中的二氧化碳跟氢氧化铁反应就生成红褐色的碱式碳酸铁。此外铁与空气中的氧气反应还生成氧化铁这些铁的化合物就是铁锈的主要成分。从锈蚀表观层次来看[3]分三层:面层浮锈中层粒锈带锈涂料底锈带锈涂料。上层的锈蚀较疏松是已成熟、惰性的物质底层锈蚀较紧密是正在成长的、活性的它紧靠钢铁表面呈群落分布。在疏松、惰性的浮锈上涂漆由于很难起反应涂漆得不到良好的附着;然而去除浮锈在底锈上涂漆由于它是活性的碰到水、氧等介质又会继续反应即穿过漆膜再次呈现锈蚀。因此为了使铁锈转化剂发挥更好的效果减少浪费降低成本在涂覆时应首先去除上层疏松的锈蚀(浮锈)然后再将其涂覆在底层的锈蚀上这样可以使锈蚀呈稳定状态并相互有很好的附着从而达到良好的防锈除锈作用。三锈蚀转化机理转化型带锈涂料是利用能与铁锈起化学反应的转化剂将铁锈转化为结构稳定致密的铁合化物这种化合物没有去极化作用可紧密地附着在钢结构表面又可与耐蚀涂层良好键合而成为耐蚀涂层与钢结构表面间接偶联物。根据转化型带锈涂料所用转化剂的不同锈蚀转化机理也不同。常用的转化剂有磷酸-亚铁氰酸及磷酸-丹宁酸等。磷酸-亚铁氰酸型转化剂与铁锈起反应包括两个过程:1、亚铁氰酸与铁锈起作用生成亚铁氰酸盐;2、磷酸与铁锈发生反应使钢铁表面钝化。如以铁锈中的铁锈转化剂为例亚铁氰酸与其反应生成亚铁氰酸铁[1]:防腐该反应在碱性或中性条件下速度很慢在带锈涂料中加入磷酸可显着加快反应速度;此外磷酸可直接与铁锈发生磷化反应生成稳定致密的磷化铁:铁锈转化剂防锈机理研究如国内研制的H06-18就是亚铁氰化钾与磷酸组成的转化型带锈涂料作为舰船、化工设备及重型机械行业钢结构表面除锈和耐蚀底层涂料已得到推广使用。磷酸-丹宁酸型的作用机理是丹宁酸与钢铁表面及锈层中的铁离子作用生成丹宁酸铁的钝化层(稳定的螯合物)强有力地附着在金属表面形成一种良好的不溶性保护膜抑制腐蚀过程达到稳定铁锈的目的[4];同时磷酸能加速丹宁酸铁络合物的形成具有防锈作用。此外磷酸直接与铁锈反应生成耐腐蚀的磷酸盐及钝化膜它能使膜层附着牢固具有阴极化和阻蚀钝化作用。四应用与发展趋势转化型带锈涂料可用于铁锈层较厚的表面转化速度快但由于本身呈酸性对其后的配套面漆有一定的破坏作用因而要求配套面层涂料耐酸。转化型涂料在应用时必须考虑被涂物锈层的厚度、均匀性以及转化液的用量。为取得较好的效果施工人员应