金属表面钝化剂的研究

刘 杰

(中石油东北炼化吉林机械分公司，吉林 吉林 132021)

0 引言

金属表面在酸洗后其被活化，当暴露于大气中时，非常容易受到腐蚀，而采用化学的方法，使金属表面形成一层钝化膜，可防止金属表面酸洗后返锈，防止大气腐蚀。这种能改善金属表面性质的工艺，我们称为钝化。能起到钝化作用的物质我们称为钝化剂。

常用的钝化剂有亚硝酸钠、磷酸钠和联氨。

1 亚硝酸钠

(1) 亚硝酸钠性能

亚硝酸钠NaNO2是苍黄色斜方晶体；密度2.168g/cm3，熔点271℃，在320℃分解；极易溶于水，水溶液呈碱性；能从空气中吸收氧气而逐渐变为硝酸钠：

亚硝酸钠被广泛用作防锈剂，锅炉酸洗钝化剂，并用于腌肉、印染、漂白等方面。

亚硝酸钠的热稳定性高于硝酸钠，但亚硝酸钠和有机物质的混合物点燃时可能发生爆炸。亚硝酸盐既有氧化性，又有还原性，但它发生的反应通常没有危险。亚硝酸钠有毒，是一种致癌物质，因此在使用和废液排放时要特别注意。

(2) 硝酸钠钝化处理

亚硝酸钠钝化处理的条件为：pH值9-10，浓度0.5%-2%，温度50-60℃， 钝化时间4-6h。

亚硝酸钠溶液处理活化金属表面时，能得到比较稳定而连续的磁性氧化铁钝化膜。由于保护膜密而薄，因此比联氨和磷酸钠钝化处理的效果好。

2 磷酸钠

磷酸钠钝化处理的条件为：pH值9-10，浓度1%-2%，温度90-95℃， 钝化时间8-12h。

磷酸钠处理后的金属表面形成一层磷酸铁保护膜。保护膜基本上是磷酸铁和铁氧化物的混合物。

磷酸铁在高温下容易分解，所以，磷酸钠钝化处理只适用于中低压锅炉。

3 联氨

联氨钝化处理的条件为：pH值9-10，浓度200-500mg/L，温度(低温)90-95℃(高温)为160℃， 钝化时间24h。

有氧存在的条件下，联氨处理活化的金属表面，能生成磁性氧化铁保护膜。这种保护膜可发分为两层，即表层和表内层。表内层为真正的钝化膜，然而表层也是防腐层。

4 三种钝化膜的表面状态

(1) 亚硝酸钠钝化的金属表面形成致密的钢灰色(或银灰色)的保护膜。

(2) 联氨钝化的表面，通常生成棕红色或棕褐色的保护膜。

(3) 磷酸钠钝化的表面产生黑色保护膜。这种保护膜的防腐性能不如上述两种。所以，目前高压以上的锅炉都不采用这种方法，一般只用于中、低压汽包锅炉采用。

5 常用钝化剂配方

常用的钝化剂配方及钝化条件见表1。

表1 常用的钝化剂配方及钝化条件

除上述三种常用钝化剂外，还有EDTA、 H2O2、铬酸钠及钼酸钠。前两种用于锅炉酸洗后的钝化剂，而铬酸钠主要用于铝、镁合金的表面处理。经钝化处理后能获得Cr2O3类的氧化膜，该膜强韧，并成多孔性，适合直接涂装。当其用于碳钢金属时，基本上是和磷化配套使用，以封闭磷化层的孔隙，增强防护能力，其很少单独使用。对于钼酸钠而言，现在国内研究其与强氧化剂复配，用于不锈钢表面酸洗后的钝化剂。

然而，并不是金属放在以上溶液中就会获得满意的钝化膜。大量的事实和数据表明，金属表面的化学稳定性不仅取决于在一定条件下其钝化程度(这又取决于合金的化学成分)，同时还取决于金属表面的质量。如果金属表面上有残存氧化皮、夹渣、起鳞，那么，在这些地方金属的钝化状态一般就会遭到破坏，并产生局部腐蚀。

落在金属表面上的灰尘油污和炭黑等，对腐蚀过程的发展也起类似作用，因为它们破坏保护膜，并使形成保护膜所需的氧气很难和钢材表面接触。

因此，要获得满意的钝化膜，金属在钝化前必须保证有满意的表面质量。

值得一提的是在钝化液中，应严格禁止SO2-离子和Cl-离子的渗入，因为它们会破坏金属表面的钝化状态。

金属表面酸洗后钝化问题是一个十分复杂的问题，特别是随着化学工业的发展、化学药品不断出新，为金属表面酸洗、钝化剂的研究也开辟了广阔前景。我们希望有志于此的有关人士为我国金属表面酸洗、钝化质量的提高献计献策，以期达到提高我国金属表面酸洗、钝化的水平。