水基防锈液研究现状和发展趋势

李妲丽 邓象贤

中国石化润滑油有限公司上海研究院

本文依据所使用的水溶性缓蚀剂类型，介绍了水基防锈液产品的研究现状；展望了水基防锈液的发展趋势。

水基防锈液是在水中加入各种水溶性缓蚀剂、表面活性剂、成膜剂、消泡剂、杀菌剂等能抑制金属制品发生化学或电化学反应的一种防锈产品，可以对金属制品提供暂时性防护。

金属材料受周围空气、水、杂质等的影响发生化学或电化学多相反应而产生金属锈蚀。金属锈蚀非常普遍，据统计，每年因腐蚀造成的钢铁损失约占当年钢铁产量的10%～20%[1]。因金属腐蚀引起的停产、停电等间接的损失就更无法计算。为降低经济损失，用水基防锈液来保护金属材料是一种常见的防护方法。近年来，随着金属加工技术的提升，对水基防锈液产品的质量提出了更高的要求，我国水基防锈液在开发研制、产品更新及应用等方面均取得了较大的进展。

水基防锈液研究现状

水基防锈液的种类很多，其中水溶性缓蚀剂起主要作用，主要有以下几类。

无机盐类水基防锈液

亚硝酸钠水基防锈液是最早使用的水基防锈产品。亚硝酸盐型水基防锈液的成本较低、使用方便、防锈性能好，曾被广泛使用。但亚硝酸盐能转化成致癌物，危害人员健康，所以其使用受到了限制[2]。

铬酸盐型防锈液具有很好的防锈效果，至今在某些领域仍被大量使用，但铬金属能造成重金属污染，所以在使用上受到了限制，并且随着各种禁止法规、替代品的出现，其使用量不断减少[3]。

磷酸盐型防锈液能形成坚硬的磷化膜，从而起到工序间防锈的作用，但传统的工艺复杂，能耗高，且产生磷化残渣属于危险固废物，易造成水的富营养化，因此磷化型防锈液受到限制。

目前研究较多的替代方案有：钛、锆系防锈产品，其具有较高的稳定性，良好的防锈能力，且形成的膜能有效加强涂层与金属基体的结合力。江峰等[4]研究了新型纳米锆盐在冰箱行业的应用，用锆膜涂装后进行了漆膜附着力、盐雾试验等方面的性能测试，测试结果显示新型纳米锆盐技术具有很好的应用潜力。刘华宁[5]以钛酸盐、锆酸盐为主盐，与其他添加剂复配，室温条件下，在铝合金上得到了具有优良缓蚀性能的膜层。

近年来，研究较多的还有硅酸盐。硅酸盐是一种环境友好型防锈剂，具有资源丰富、价廉、无毒等优点，硅酸盐主要由硅、氧及金属元素三部分组成。但硅酸盐的耐水性耐碱性较差、易粉化，一定程度上缩短了其防锈期，提高其防锈性能有待进一步研究。郑典模[6]等以低浓度硅酸锂溶液，复配多种助剂，研制出了环保型硅酸锂水基防锈液，该防锈液无毒环保，防锈性能好，存储60 d后仍具有理想的防锈效果，性能稳定。杜天源[7]等以环保型防锈剂硅酸盐为主要原料，添加酰胺型表面活性剂制备水基防锈剂，涂抹该水基防锈剂可明显改善碳钢的耐蚀性能，具有良好的应用前景。

醇胺与酸的复配水基防锈液

醇胺与酸常温下复配能生成醇胺盐。乙醇胺是较常用的醇胺，有一乙醇胺、二乙醇胺和三乙醇胺3种，酸可以分为有机酸和无机酸。史宁[8]等以三乙醇胺、硼酸等为原料合成了一种环保型水基防锈剂，该水基防锈剂的稳定性在2周以上，且成膜后可明显延缓冷轧钢板的腐蚀速率，其大气腐蚀试验通过时间可达35 d，且该水基防锈剂价格较低。

宋扬扬[9]等在碱性溶液中，以天门冬氨酸、辛酸酰氯、三乙醇胺为原料制备了N-辛酰天门冬氨酸三乙醇胺盐水基防锈剂，该物质含有的极性基团，可吸附在金属表面形成保护膜，具有良好的润滑和防锈性能，且该类物质可生物降解，对环境友好。

蒋海珍[10]等合成了一种水溶性有机羧酸醇胺盐防锈剂，并对该防锈剂的分子结构和性能进行了研究，结果表明其防锈性与分子中的极性基团种类及数目、分子烷链长度有关，并进一步合成出了有机羧酸醇胺盐防锈剂，0.25%的水溶液可使得一级灰口铸铁制品的锈蚀试验的不锈时间达48 h。

焦龙[11]等以癸二酸、硼酸、十一碳二元酸、三乙醇胺、单乙醇胺为原料合成的水基防锈剂用于热轧和冷轧钢板上均能表现出良好的防锈性能，其5%工作液在湿热条件（相对湿度≥95%、50 ℃）下防锈期均可达5 d。

多元醇酯防锈液

近年来，多元醇酯防锈液的研究逐渐增多。植酸是一种性能优良的多元醇酯防锈剂，其他还有失水山梨醇单油酸酯、季戊四醇酯等。钟雪丽[12]使用植酸为主缓蚀剂，再添加成膜剂及助剂等，调配出一种无毒环保水基防锈液。试验结果证明聚天冬氨酸与植酸复配最佳，加入成膜剂能显著提高防锈液的整体防锈效果，并用硫酸铜点滴试验证明了该水基防锈液成膜的完整性。

王培鹏等[13]在植酸为主要成分的工序间防锈液中，添加生物缓蚀剂、稀土缓蚀剂，对机加工零件经过工序间防锈处理的试样进行湿热(相对湿度90%、50 ℃)环境下的加速腐蚀、中性盐雾腐蚀试验，湿热试验120 h 出现锈蚀，中性盐雾试验150 min 出现锈蚀，其防锈性能远高于只有植酸的防锈试样，说明稀土缓蚀剂和生物缓蚀剂与植酸具有协同缓蚀作用，可有效提高钢铁零件的防锈能力。植酸对环境影响小，成本低，其作为一种环境友好型防锈液，值得进一步研究探索。

硅烷偶联型防锈液

硅烷偶联剂按照化学结构分为单硅烷和双硅烷偶联剂两大类，其化学通式分别为：Y-(CH2)n-Si-(OR)3和(RO)3-Si(CH2)n-Y-(CH2)n-Si-(OR)3，RO- 为可水解的烷氧基，Y 为官能团。单超[14]采用硅酸钠与一甲三氯硅醇的复合物，添加成膜剂聚乙二醇、储备碱、成膜助剂、硅烷偶联剂等复配出适于输油管道内腔的水基防锈液。经试验考察得出了最佳配方。硫酸铜点滴试验可过120 s，验证该配方成膜均匀致密，该配方对废物进行再利用，值得推广。

吴海江[15]等先用钢板进行钼酸盐钝化，再对硅烷钝化的处理，得到的双层膜层，结构复杂，且同时具备了两个膜层的性质，增强了膜层的耐蚀性能，有效提高其防锈性能。

因为硅烷偶联剂环保性好，来源广泛，价格低廉，防锈性能好，且可处理铁、铝等很多金属[16]，所以对硅烷偶联剂的研究及应用已逐渐显示出了巨大的潜力。

苯并三氮唑类防锈液

焦斌[17]等用以改性苯丙乳液为主要原料，与防锈剂苯并三氮唑、助剂乙二醇等复配，制备的改性苯丙乳液水基防锈剂能较好地将金属基体与外界腐蚀环境隔绝，从而防止金属腐蚀。该水基防锈液涂于Q235 钢板后，其防锈性改善明显，其防锈性明显能优于市售 403 防锈剂，且该防锈膜与面漆配套性能良好，其附着力达到了1 级，具有良好的应用前景。

金属表面自组装防锈液

一些有机物分子在溶液中能自发吸附在金属表面，形成一层排列紧密的疏水性单分子层，可有效阻止H2O、O2及电子向金属表面的传输，金属基体发生氧化的临界电位正移，金属表面的氧化-还原电流降低[18]，从而起到了防止金属锈蚀的作用，该过程就是防锈剂分子在金属基体表面的自组装。李道华等[19]研究了MoS42-和WS42-在金属基体表面形成的簇合物膜，其具有极好的防锈效果。

气相防锈液

气相缓蚀剂在常温下具有较大的蒸气压，其挥发后吸附到金属表面，能使金属表面钝化或活性点失活，从而防止金属锈蚀。因气相防锈液的气体无孔不入，使得不能直接与防锈液接触的表面如金属制品内腔、沟槽和缝隙等都得到保护，且防锈周期长，无污染，使用方便，成本低，所以能在金属防护领域得到广泛应用[20]。罗永秀[21]等研制的黑色金属水基气相防锈液Z-55，对低碳钢和硅钢均具有优越的防锈性，既可涂于原纸上用于制作气相防锈纸，又可用于黑色金属制品的工序间防锈和内腔封存防锈。

水基防锈液的发展趋势

随着水基防锈液应用的持续深入，经过不断研究与实践，对水基防锈剂的要求也将更高。随着能源危机的不断加聚，以及人们对健康、环保问题的日益重视，发展环境友好型水基防锈剂将成为热点课题[22]。近年来，越来越多的科研工作者以天然植物为原料，从中提取高效、无毒防锈剂，或是从废料中提取有效物质等，变废为宝，充分利用资源。

另外，开发多功能的水基防锈剂也将成为热点。在金属防护领域中，对防锈剂的要求不仅仅局限于防锈性能，同时还需具备如杀菌、润滑等其他性能。开发的多功能防锈剂如具有一剂多效的特点，能扩大其使用领域，有效降低成本[23]。