金属防腐蚀的方法与金属表面处理技术研究

王芙庆

（中海油惠州炼油分公司，广东 惠州 516084）

1 前言

金属腐蚀是金属与周围环境介质之间发生化学或电化学作用而引起的破坏或变质。它是悄悄自发进行的一种冶金的逆过程，在人们生产实践和生活中是经常见到的一种现象，给人类带来巨大的经济损失和社会危害。

首先，金属腐蚀问题会造成巨大的经济损失。金属腐蚀给人类造成的危害和损失甚至超过风灾、火灾、水灾和地震等自然灾害的总和。有资料显示，全世界每年由于腐蚀问题造成经济损失约占当年国民经济生产总值的，但其中大约四分这一是可以通过改善防腐蚀措施来避免的。因腐蚀报废的钢铁高达总产量的三分之一，其中约占百分之十的废品不能回收重炼，这无论对资源或能源来说，都是一个巨大的损失。

其次，金属腐蚀问题会造成各种社会问题。腐蚀不仅大量吞噬钢材，同时由于生产过程中的腐蚀造成设备的跑、冒、滴、漏，不仅污染环境，甚至着火、爆炸，从而引起厂房、机器设备破坏，酿成严重的事故，危及人身安全。由此，我们可以看到腐蚀防护问题的重要性，钢铁材料经过发黑处理，可快速形成整体颜色均匀一致的发黑膜，发黑后工件经封闭液处理，保护膜附着牢固、防腐性强，可达到高抗蚀的目的。

表1 配方正交实验因素水平

表2 配方初选正交实验结果

2 常温无毒发黑液的研究配方初选

经过预先探索性试验，初步确定配方为:硫酸铜、磷酸二氢锌、柠檬酸、偏钒酸钠、硝酸钠，温度为室温(约 20 度)。以外观结果为检验指标，通过

正交实验确定配方中各组分的浓度范围。正交实验表如表1所示。

配方初选结果如表2所示:

由表2可知，能形成发黑膜，且外观较好的只有实验编号为3，11，18这三个实验。综合这3个实验的配方组分，将初选配方定为:硫酸铜2g/L，磷酸二氢锌7g/L、柠檬酸2g/L，硝酸钠2g/L、硝酸钠3g/L，pH值为4，温度为室温，处理时间为出现完整发黑膜后再在发黑液中停留1min左右。

3 单因素实验结果与分析

以耐腐蚀性试验的结果为检验指标。在上述配方的基础，采用只改变其中一种成分，而其它成分不变的方法，来研究该配方中不同成分对发黑膜性能的影响及其在发黑过程中的作用。

3.1 pH值对发黑膜性能的影响

发黑液配方为硫酸铜2g/L，磷酸二氢锌7g/L、柠檬酸2g/L，偏钒酸钠2g/L，硝酸钠2 g/L，温度为室温，处理时间为出现完整发黑膜后继续再在发黑液中停留1 min左右。考察pH值对发黑膜的耐腐蚀性的影响。其实验结果如图1所示。

图1 pH值对耐蚀性的影响

从实验结果可知:pH值对发黑的影响较大，当pH值过低或过高时，不能形成发黑膜或者形成的发黑膜质量十分差。pH值较低时，如果氧化剂的浓度低，只能形成一层红色的铜膜；如果氧化剂的浓度较高，则形成的发黑膜附着非常差。pH值过高时磷酸根离子容易与金属离子反应生成沉淀。导致发黑液不能稳定的存在。由图1中可知，当发黑液的pH值为4时，发黑液能稳定存在，且经发黑处理形成的发黑膜耐蚀性能较好。

表3 配方正交实验因素水平

3.2 正交优化实验结果与分析

通过单因素实验得到发黑液的配方为:硫酸铜2g/L、磷酸二氢锌6g/L、柠檬酸3g/L L、偏钒酸钠 2g/L，硝酸钠 2g/L，pH 值为 4，处理时间为出现完整发黑膜后再在停留1min左右。用硫酸铜点滴法检验用此发黑液处理的钢片的耐腐蚀性，其结果为145s。

并确定正交实验中各组份的含量范围为:硫酸铜1～4g/L、磷酸二氢锌5～8g/L、柠檬酸1～4g/L、偏钒酸钠1～4g/L、硝酸钠1～4g/L。考虑pH值的变化对发黑反应影响大，将pH值定为4，处理时间为出现完整发黑膜后再在停留1min左右。

4 发黑液配方的优化

为进行一步提高发黑膜的耐腐蚀性，在单因素实验的基础上进行正交优化实验。在单因素实验的确定的配方范围，在工艺条件pH值为4，处理时间为出现完整发黑膜后再在停留1min左右。以耐腐蚀性为考察指标，利用L16(45)表进行4水平5因素的正交实验，如表3。由正交实验得到发黑液的优化配方。最后在最优配方下，通过实验得到最佳的发黑时间。

[1]刘永辉，张佩芬.金属腐蚀学原理[M].北京:航空工业出版社，1993:20.

[2]李丰春，程秀云，刘波.防腐蚀工[M].北京:化学工业出版社，2004:1-20.