第三章--防锈包装

第三章防锈包装第一节金属制品的锈蚀原理第二节影响金属制品锈蚀的因素第三节几种常用防锈包装方法化学防护包装防锈包装属于化学防护包装中的一类化学防护包装是为防止或减弱产品在流通过程中因化学或生物化学反应而发生质量变化所采用的包装技术方法。化学防护包装包括防锈包装，真空充气包装以及脱氧剂封存包装等。第一节金属制品的锈蚀原理1.什么是锈蚀锈蚀是指金属制品特别是钢铁制品与外部介质（如潮湿空气、酸、碱、盐等物质）发生化学作用或电化学作用而引起的腐蚀现象。2.防锈的意义每年锈蚀的金属量占全年生产量的1/3锈蚀的金属制品比金属材料本省价值大的多锈蚀造成设备的维修，更换甚至停工3.锈蚀的分类腐蚀可分为化学锈蚀和电化学锈蚀3.1金属的化学腐蚀金属的化学腐蚀是指金属与周围环境的介质直接发生化学反应所引起的锈蚀。例如：有些金属在氧化后，在金属的表面形成一层保护性氧化薄膜，从而阻止金属的进一步氧化。2232234Al+3O2AlO4Fe+3O=2FeO化学腐蚀的分类1）不形成保护膜而形成挥发产物的，没有保护作用如钼，铱等2）在金属表面形成不完整的膜，没有保护作用如钾，钠，钙，镁等3）形成完整的膜，但保护作用不强如铁，铜，镍，锰等4）形成完整的膜，具有很强的保护功能如锌和铝3.2金属的电化学腐蚀原理3.2.1什么是电化学腐蚀金属的电化学腐蚀是指金属与酸、碱、盐等电解质溶液或者潮湿空气接触时，发生原电池或微电池作用，有电流产生的腐蚀过程。电化学腐蚀是金属材料及其制品破坏的主要形式电化学腐蚀与化学腐蚀的主要区别是有没有电流产生。3.2.2电化学腐蚀产生的原理1）金属的电极电位：金属表面离子进入溶液的速度与溶液中的离子沉积到金属表面上的速度相等。电位差也保持恒定、这时金属与溶液间的电位差称为电极电位。在研究金属腐蚀时，其电极电位代表着金属在水溶液中被溶解而腐蚀的趋势（电位越负的金属越易被腐蚀）2）原电池把两种金属同时放入到同一电解质溶液中，并用导线相连，这时就会有电流产生，电流会从标准电极电位值高的金属流向标准电极电位低的一方。这就是所谓的原电池。Zn–Cu原电池微电流产生，使Zn板腐蚀、Cu板得保护1、在阳极区金属（Me）溶解、Me→Me++e(Zn→Zn+++2e)2、电子从阳极区域流向阴极区域e阳→e阴3、在阴极区域，电子被能够吸收电子的物质所吸收。Cu+++2e→Cu2H++2e→H2O2/2+2e+H2O→2OH-说明：不同电极电位的金属在电解质溶液中就会有离子产生，电子流动，有微电流产生，如此往复，则有一种金属被腐蚀、另一种被保护。eZnCuSo4--2H+Zn++图3-2Zn—Cu原电池3.2.3金属的电化学腐蚀1）一般金属都不是同一种金属元素组成的，产含有杂质，另外金属一般表面也分布很多杂质。2）空气中含有水蒸气，在金属表面形成电解质液膜，如金属表面的吸附于毛细凝聚，化学凝聚，盐类吸湿凝聚于自然凝聚等。而且空气中含有SO2,H2S,CO2,NH3，均可溶于水形成电解质溶液。这样工业金属在自然裸露的情况下，形成无数的原电池，从而导致金属的腐蚀。3.2.4金属电化学腐蚀的三个必备条件1）金属上各部分（或者不同金属之间）存在电极电位差2）具有电极电位差的各部分处于互相接触之中（相联）3）具有电极电位差的各部分金属处于相互连通的电解质溶液中。防锈包装的目的就是使金属电化学腐蚀的三个必备条件缺失，从而防止腐蚀的发生。极化定义：当锈蚀开始时，阳极电位向正的方向移动，阴极电位向负的方向移动，因而电位差减小。电极电位的改变大多是在腐蚀开始的短时间内完成的，这种电极电位的改变叫极化作用。极化作用可降低金属腐蚀速度，因此是防锈包装可利用的原理之一。3.2.5极化作用阴极极化：电极电位向负的方向转移的现象（吸收电子的阴极反应速度小于电子进入阴极区的速度，电子在阴极表面积累，使阴极电位逐渐变负，使阴阳两极的电位差逐渐减少，甚至为零，金属腐蚀停止）这种变化主要与O2的溶解、渗透能力有关。所以O2为阴极去极化剂、隔O2是防锈原理之一。阳极极化：阳极电位变正的现象，阳极金属离子（溶入溶液）不能很快扩散，而积累在阳极表面附近，使阳极附近金属离子的浓度逐渐增加，阳极电位变正，从而阻滞了阳极过程，叫浓度极化（阳极极化也是防锈包装可利用的原理之一）。例如，金属表面形成钝化膜，阻碍了阳极过程，引起阳极电位向正的方向移动。第二节影响金属制品锈蚀的因素1.金属制品本身特征对锈蚀的影响由于金属制品本身含有杂质，如果杂质的电位高于金属本身的电位时，金属就会被腐蚀。如果金属中加入容易钝化的元素（钢中加入硅，铬，镍，铝等），可以提高金属的耐腐蚀性。2.金属制品存储环境因素对其锈蚀的影响。空气潮湿空气中含有杂质，SO2,H2S,CO2,NH3，均可溶于水形成电解质溶液第三节几种常用防锈包装方法永久性防锈：如改变金属内部结构（加入电极电位高的元素。如Cr）；金属表面合金化；表面镀层（电镀、喷）；涂非金属层（搪瓷、橡胶、塑料、油漆等），它们是永久的、防锈层不能除去。暂时性防锈：并非防锈期短，产品经运输、存储、销售后，防锈材料可以除去，防锈期可达几个月、几年、甚至几十年（防锈包装分类见GB4879-85，等级见表12-1）。1.防锈油脂封存包装M-2M-2-1——涂覆防锈油脂（涂覆硬膜防锈油脂）M-2-2——涂防锈油脂、包覆防锈纸M-2-3——涂防锈油脂塑料袋包装M-2-4——涂防锈油脂铝塑薄膜包装1.2防锈油脂的组成组成：矿物油脂（油或脂+油溶性缓蚀剂+辅助性添加剂缓蚀剂的作用：•缓蚀剂在金属表面的化学吸附，降低了金属表面的化学活性。•降低水滴在油膜上的表面张力，从而降低了油膜到达金属表面的能力•缓蚀剂能够将金属表面的吸附水转换出来。常用的缓蚀剂：石油磺酸盐，硬脂酸铝，以及有色金属防锈常用的苯并三氮唑等。1.3防锈油脂的分类及工艺防锈油脂分为防锈油：矿物油中加缓蚀剂和其他添加剂，黏度不高，涂覆方便，但油膜薄，防锈期短。防锈脂：常温下膏状的油脂材料，主要有润滑油，工业凡士林，再加入缓蚀剂，抗氧剂以及分散剂等。防锈油脂工艺一般采用热浸涂和刷涂两种方法热浸涂法（批量小件）：防锈脂加热呈流动状态，将经清洗、防锈、干燥的金属制品浸入片刻，取出后使其表面上形成一层凝固的薄膜，用石蜡纸、塑料袋封装。（热浸温度↓油膜厚度↑防锈能力↑）热刷涂法（大型产品）：用软毛刷将熔化的防锈脂涂在金属的表面上2.气相防锈材料包装M-3又称气相缓蚀剂（VaporPhaseInhibitor）防锈封存包装M-3-1——气相缓蚀剂包装M-3-2——气相防锈纸包装M-3-3——气相塑料薄膜包装2.1气相缓蚀剂定义：具有气化性的液体或固体的金属腐蚀抑制剂的总称，又叫挥发性缓蚀剂（常温下能产生很高气压的挥发性物质，充满包装容器及金属制品的角落、缝隙，吸附在金属的表面，起到很好的抑制金属腐蚀的作用）2.2气相防锈包装技术（粉末法、纸、塑料、溶液）气相防锈纸法：将气相防锈剂溶解于水或有机溶剂中，然后浸涂在纸面上，凉干后得到“气相防锈纸”。（也可以用这种溶液涂刷、滚刷纸，加工纸，布，得到对应的防锈纸、防锈布等）。该法选择中性原纸（Cl-或S04—含量＜0.05%，原纸的反面涂缓蚀剂，正面涂石蜡。使用时，反面裹包金属制品，外层用其它材料（如石蜡纸、塑料袋、金属箔或复材）密封包装。如包装空间较大，气相防锈纸与金属制品的局部位置（没有被覆盖的地方）距离大于30cm时，必须在包装内加适量的防锈纸片或粉末。2.3气相缓蚀剂使用时的注意事项适应性（相容性）：每一种气相防锈剂通常只对一种或几种金属有防锈作用，对其它金属无防锈效果，甚至会加速腐蚀。这就是气相防锈剂的适应性或称相容性。例如，1号气相防锈纸—代号VPI-260（主要成分为亚硝酸二环已胺），仅对黑色金属（钢铁）有效，对铜及其合金无效，对铝、镁、锌等金属则有促进腐蚀作用。对塑料、橡胶有相溶性，不能用于光学仪器的防霉、防雾包装，有弱致癌性，要加强保护。19号气相防锈纸—代号BTA（主要成分为苯骈二氮唑），对铜有良好的防锈作用，对其它金属相溶性良好。挥发能力适中，挥发过快由于密封或者透气性，导致泄露，不能长期防锈，挥发太慢，在较短时间内不能到达有效的浓度而使得金属制品不能及时得到保护饱和时间（诱导期）：气相防锈剂的蒸气压大小不同，饱和包装空间所需时间（即诱导期）不同。蒸气压大的气相缓蚀剂，饱和包装空间的时间就短，即诱导期短。反之，则诱导期就长。如VPI-260，饱和时间为20~24h。有些防锈剂在15分钟就能造成包装空间内的保护气氛，对于诱导期长的防锈剂，要防止金属的“初期生锈”，诱导期短的要防止气相逸出，采用气相防锈纸直接包裹、密封。注意有效作用半经（被保护表面与防锈剂间距），注意死角CHC（碳酸环己胺）有效作用半经为46,VPI-260为30cm如56式半自动步枪，装入枪托内的附件筒相对地成为一个封闭系统，包装时应在“死角”内撒些防锈剂（约0.1g）注意劳动保护（手套和口罩），如VPI-260有弱致癌性。2.4气相缓蚀剂的用量气相缓蚀剂用量与封存时间、包装的密封性、蒸气压、环境等因素有关）VPI-260一般采用35g/m3，也可用经验公式估算Q=KV（TG+Q0）其中：Q——用量（g）Q0——饱和包装箱所需气相防锈剂用量1g/m3G——室温下，一年内包装箱漏损气相防锈剂量（g/年），大箱漏损9.6g/年.m3。V——包装箱容积：m3T——保管年限（年）K——保险系数1.5~2。例：某冲锋枪保管期为10年，包装箱（木箱）容积为0.15m3，每箱应放入多少气相防锈剂？（若K=1.5）已知G=9.6g/年.m3Q0=1g/m3K=1.5则Q=KV（TG+Q0）=21.83（g）