CorrosionX銹轉(zhuǎn)化劑已經(jīng)成功用于中國高鐵沿線護欄。施工人員正在清理氧化層，以便刷涂CorrosionX Rust Reconverter LT。該產(chǎn)品是不燃燒，環(huán)保的，用于汽車底盤、農(nóng)場機械、市政設(shè)施、高鐵車站鋼結(jié)構(gòu)、修造船廠、鋼結(jié)構(gòu)廠房、高層建筑幕墻、盾構(gòu)機殼體涂裝、港口起重機…是安全可靠、簡單易操作的。

    延伸閱讀：

    環(huán)保型鐵銹轉(zhuǎn)化劑的制備及其性能

0·前言

    鋼鐵表面在涂漆前，必須先進行徹底除銹，否則會影響其與漆膜的結(jié)合力，導致漆膜的防腐蝕效果變差。傳統(tǒng)的機械除銹，需要專用機具，且耗費大量磨料，還會造成嚴重的粉塵和噪聲污染;而傳統(tǒng)的酸洗、火焰等化學除銹，對環(huán)境污染較大且處理后的鋼材表面粗糙度不夠。將鐵銹轉(zhuǎn)化劑直接刷涂于鋼鐵表面可使鐵銹轉(zhuǎn)化為保護性的鈍化膜層，不必除銹就能直接涂覆施工。目前，鐵銹轉(zhuǎn)化劑主要有磷酸型和單寧酸型2類。磷酸型鐵銹轉(zhuǎn)化劑耐水性較差，涂膜遇水易泛白、粉化，且穩(wěn)定性較差，故單寧酸型的鐵銹轉(zhuǎn)化劑應(yīng)用更加廣泛［1，2］。以單寧酸為主要成分，以環(huán)氧樹脂E601為成膜物質(zhì)研制成的H2000鐵銹轉(zhuǎn)化底漆轉(zhuǎn)化效果好、穩(wěn)定性高、不易返銹，且能與大多數(shù)涂料配套使用，但其含有二甲苯等有機溶劑以及鉛、鉻等防銹顏料，毒性大，對環(huán)境污染嚴重［3］。因此，環(huán)保型水性鐵銹轉(zhuǎn)化劑是未來的發(fā)展趨勢。

    本工作以單寧酸為轉(zhuǎn)化促進劑，丙烯酸乳液為成膜劑，異丙醇為滲透劑，并加入成膜助劑醇脂-12、緩蝕劑等無公害物質(zhì)制備了一種環(huán)保型水性鐵銹轉(zhuǎn)化劑，其原料易得、價格低廉、轉(zhuǎn)化性能好、安全環(huán)保、耐腐蝕性高，克服了傳統(tǒng)單寧酸型鐵銹轉(zhuǎn)化劑需用有機溶劑稀釋的難題，具有廣泛的應(yīng)用前景。

    1·試驗

    1．1 基本配方的選定

    1．1．1 組成及作用

    單寧酸是一種同時含有羥基和羧基的多元酸，其分子量較大，在酸性條件下，可與Fe3+發(fā)生螯合作用，生成一種具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)、性能穩(wěn)定的黑褐色單寧酸鐵螯合物，緊密吸附在鋼鐵基體表面，起防銹顏料的作用。滲透劑異丙醇，與極性溶劑無水乙醇配合，可使鐵銹轉(zhuǎn)化劑浸潤和滲透鋼鐵表面銹層，促進鐵銹轉(zhuǎn)化劑與內(nèi)層銹蝕發(fā)生反應(yīng)，抑制了腐蝕過程的陽極反應(yīng)，從而有效地延緩了銹蝕的進程。成膜劑丙烯酸乳液具有物理隔絕和緩蝕保護作用，它通過黏附作用把鐵銹轉(zhuǎn)化產(chǎn)物浸透和包封起來，還能使保護膜更加致密均勻，有效地抑制了腐蝕介質(zhì)與金屬表面的接觸［4，5］。

    以丙烯酸乳液、單寧酸、異丙醇為主要因素，以腐蝕速率為衡量指標，采用3因素3水平正交試驗［6］優(yōu)選鐵銹轉(zhuǎn)化劑配方。正交試驗的因素水平見表1。

表1 正交試驗因素水平表

    1．1．2 鐵銹轉(zhuǎn)化劑的配制

    在燒杯中加入6g乙醇和6g去離子水，混合攪勻，緩慢加入1．5～2．5g單寧酸，待完全溶解后，分別加入0．4～0．6g異丙醇、1g檸檬酸和適量去離子水，攪拌至溶液澄清，制成A液。在6．0～7．0g丙烯酸乳液中加入0．2g凍融穩(wěn)定劑乙二醇、適量成膜助劑醇脂-12和去離子水，制成B液。將A液緩慢加至B液中，邊攪拌邊加入少量三甲基硅油作為消泡劑，在室溫下繼續(xù)攪拌20～30min，即制成鐵銹轉(zhuǎn)化劑。

    1．2 鐵銹轉(zhuǎn)化劑涂覆

    1．2．1 基材預處理

    將自然生銹的Q235鋼截成120mm×40mm×3mm，用鋼絲刷、砂紙、砂布除去表面較厚的銹層、疏松的銹蝕產(chǎn)物、氧化皮等，僅保留與鋼材結(jié)合緊密的底部銹蝕。預處理過程實際上是對基材進行了機械除銹，預處理后Q235鋼表面仍有一層與基體結(jié)合較緊密的銹層(底層銹蝕)，即本工作的除銹對象。

    1．2．2 涂覆鐵銹轉(zhuǎn)化劑

    將制備的鐵銹轉(zhuǎn)化劑均勻地涂覆在前處理后的Q235鋼上，室溫下干燥24h使銹層轉(zhuǎn)化完全(Q235鋼底部已無黃色銹跡)，從而在Q235鋼表面形成了厚80～120μm的鐵銹轉(zhuǎn)化膜。

    1．3 測試與表征

    (1)形貌用JSM6380LV型掃描電鏡(SEM)觀Q235鋼涂覆鐵銹轉(zhuǎn)化劑前后的表面形貌，觀察鐵銹轉(zhuǎn)化膜層溫室下的5%NaCl(質(zhì)量分數(shù)，下同)溶液中浸泡12h，24h后的破壞程度。

    (2)腐蝕速率將試樣在溫室下浸泡于3．5%NaCl溶液中24h，采用下式計算腐蝕速率:

計算腐蝕速率公式

    (3)耐熱性用刀片將Q235鋼表面的鐵銹轉(zhuǎn)化膜刮下并研磨成粉末，采用差示掃描量熱分析-熱失重分析(DSC-TGA)法測試其耐熱性，初始溫度0℃，終止溫度1000℃，升溫速率8℃/min。

    (4)中性鹽霧試驗(NSS)為了便于比較，取3塊預處理后的Q235樣鋼，1號樣鋼不做處理，即機械除銹，2號樣鋼用0．2mol/LHCl清洗除去表面銹蝕，即酰洗除銹，置于烘箱中干燥后備用，3號樣鋼涂覆鐵銹轉(zhuǎn)化劑，室溫下干燥備用;24h后，在3塊樣鋼表面均涂覆一層醇酸鐵紅底漆，室溫下干燥48h后底漆厚約100μm，將其置于鹽霧試驗箱中進行中性鹽霧試驗。腐蝕介質(zhì)為5%NaCl溶液，溫度(35±1)℃，相對濕度≥90%，試樣與垂直方向呈30°，連續(xù)噴8h，停8h為1個周期。

    (5)電化學性能采用LK3200A型電化學工作站進行電化學性能測試，以飽和甘汞電極(SCE)為參比電極，鉑片為輔助電極，試樣為工作電極，測試溶液為5%NaCl溶液，測試前將工作電極浸入測試溶液中穩(wěn)定30min。開路電路-時間曲線測試的工作電極為上述3種樣鋼試樣，掃描范圍為0～6s，掃描速率為0．01V/s;Tafel曲線測試的工作電極為涂覆鐵銹轉(zhuǎn)化劑涂膜試樣，對其進行蠟封，并留出1cm×1cm的工作面積，測試范圍－1．2～0V，掃描速度0．005V/s。

    2·結(jié)果與討論

    2．1 配方優(yōu)選

    表2為正交試驗結(jié)果。由表2可看出:極差R大小為A＞C＞B，即影響鐵銹轉(zhuǎn)化劑性能因素的主次順序為丙烯酸乳液＞異丙醇＞單寧酸。根據(jù)正交試驗結(jié)果確定鐵銹轉(zhuǎn)化劑的最優(yōu)配方為A2C2B3，即6．5g丙烯酸乳液，0．5g異丙醇，1．5g單寧酸，以此配方制備的鐵銹轉(zhuǎn)化膜在3．5%NaCl溶液中的腐蝕速率為0．0378g/(h·m2)，以下研究均針對最優(yōu)配方制備鐵銹轉(zhuǎn)化劑進行。

表2 正交試驗結(jié)果

    2．2 形貌狀態(tài)

    Q235鋼涂覆鐵銹轉(zhuǎn)化劑前后的形貌及鐵銹轉(zhuǎn)化膜層的腐蝕形貌見圖1。由圖1a可知，Q235鋼表面凹凸不平，銹蝕較多且分布不均勻;由圖1b可見，鐵銹轉(zhuǎn)化膜層表面完好平整，致密均勻，對基底起到了很好的隔絕保護作用［7］。此膜是單寧酸中的3個羥基在酸性條件下與Fe3+發(fā)生鰲合作用，生成難溶性的穩(wěn)定配位化合物，并緊密吸附在鋼材表面而形成的。由圖1c，1d可知，當鐵銹轉(zhuǎn)化膜層在5%NaCl溶液中浸泡12h后，膜層開始出現(xiàn)凸起的小泡，24h后，膜層表面出現(xiàn)一些微孔，并出現(xiàn)很多較小的泡狀物。這是由于在浸泡過程中，由于Cl－的侵入，膜層的結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，與基體的附著強度遭到破壞，導致微孔及鼓泡的出現(xiàn)。由此可見，鐵銹轉(zhuǎn)化劑與表面鐵銹反應(yīng)生成的螯合物可較好地隔絕溶液中的溶解氧或腐蝕性離子。

圖1 Q235鋼及鐵銹轉(zhuǎn)化膜層的表面SEM形貌

    2．3 中性鹽霧(NSS)性能

    中性鹽霧試驗結(jié)果見表3。由表3可知:機械除銹預處理涂漆的鋼樣在第2周期即出現(xiàn)點狀銹蝕，這是由于與基體結(jié)合緊密的銹蝕與漆膜中的O2，H2O等反應(yīng)，導致漆膜不斷膨脹所致;經(jīng)酸洗除銹涂漆的鋼樣在第4周期開始出現(xiàn)較多浮泡并逐漸增多，這是由于酸洗除銹后鋼鐵表面變得非常光滑，影響了其與漆膜的粘結(jié)效果;經(jīng)鐵銹轉(zhuǎn)化劑處理涂漆的鋼樣表面耐腐蝕性較強，8個周期后才開始出現(xiàn)針狀銹蝕，且數(shù)量較少，12周期后僅出現(xiàn)少量銹斑，且漆膜沒有起泡，可見鐵銹轉(zhuǎn)化劑與底層銹蝕發(fā)生了化學反應(yīng)，生成了穩(wěn)定的產(chǎn)物并緊密地吸附在基體表面，因而與醇酸鐵紅底漆的粘結(jié)力較高。

表3 中性鹽霧試驗結(jié)果

    2．4 電化學性能

    2．4．1 開路電位-時間曲線

    3種鋼樣的開路電位-時間曲線見圖2。由圖2可知:在測量前15s內(nèi)，開路電位有波動，隨后趨于穩(wěn)定;經(jīng)鐵銹轉(zhuǎn)化劑處理的開路電壓穩(wěn)定值為－0．451V，明顯高于機械除銹的鋼樣(－0．523V)的和酸洗除銹的鋼樣(－0．518V)的。可見涂覆除銹轉(zhuǎn)化劑后，整個體系的穩(wěn)定性增強，Q235鋼的腐蝕速率降低。這是由于鐵銹轉(zhuǎn)化劑在鋼樣表面與鐵銹發(fā)生化學反應(yīng)所形成的致密鈍化膜起到了物理隔離的作用，使Q235鋼的耐腐蝕性能增強。

圖2 3種鋼樣的開路電位-時間曲線

    2．4．2 Tafel曲線

    Q235鋼經(jīng)鐵銹轉(zhuǎn)化劑處理前后的Tafel曲線見圖3。由圖3可知，經(jīng)鐵銹轉(zhuǎn)化劑處理后鋼樣的腐蝕電流密度顯著降低，從2．248×10－2mA/cm2降至3．567×10－4mA/cm2，而腐蝕電位明顯向正偏移，自腐蝕電位從－0．682V升至－0．593V，腐蝕速率由4．697×10－2g/(m2·h)降至7．452×10－2g/(m2·h)，說明鐵銹轉(zhuǎn)化膜層形成了很好的緩蝕作用。鐵銹轉(zhuǎn)化膜對Q235鋼形成了陽極控制型保護，起到了物理隔離與緩蝕保護的作用，顯著提高了Q235鋼的耐腐蝕性能。

圖3 Q235鋼涂覆鐵銹轉(zhuǎn)化劑前后的Tafel曲線

    2．5 耐熱性

    鐵銹轉(zhuǎn)化膜的DSC-TGA曲線見圖4:在300～400℃，試樣質(zhì)量急劇減少，這可能是反應(yīng)中乙醇、異丙醇、乙二醇等小分子的蒸發(fā)所致;425℃左右，試樣質(zhì)量減少的速度出現(xiàn)轉(zhuǎn)折，逐漸變緩，說明轉(zhuǎn)化膜中的易揮發(fā)物質(zhì)已經(jīng)蒸發(fā)完全，剩下的為較穩(wěn)定的物質(zhì)，加熱至1000℃無明顯的吸熱峰和放熱峰，只是體系在不斷吸熱，說明轉(zhuǎn)化膜較難分解，耐熱性較佳。

圖4 鐵銹轉(zhuǎn)化膜的DSC-TGA曲線

    3·結(jié)論

    (1)當m(丙烯酸乳液)=6．5g，m(單寧酸)=1．5g，m(異丙醇)=0．5g時，鐵銹轉(zhuǎn)化膜層致密均勻，膜層緊密地吸附在鋼材表面，能有效地阻止Cl－，O2等與鋼鐵表面的接觸，鐵銹轉(zhuǎn)化膜層的綜合性能最佳，其耐NSS腐蝕可達24h，在3．5%NaCl溶液中腐蝕速率僅為0．0378g/(h·m2)，1000℃不發(fā)生分解。

    (2)經(jīng)鐵銹轉(zhuǎn)化劑處理的Q235鋼比酸洗和機械除銹鋼樣的開路電位更高，抗腐蝕性能更優(yōu)，與醇酸鐵紅底漆的結(jié)合力更強。

    (3)鐵銹轉(zhuǎn)化劑制備工藝簡單，安全環(huán)保，施工方便，具有良好的應(yīng)用前景。

    ［參考文獻］

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