金属防锈

金属防锈锈蚀是金属在大气中与氧气、水分及其它杂质而引起的腐蚀称为锈蚀、生锈，其腐蚀产物叫做锈。生锈金属实际就是金属的大气腐蚀。由生锈造成的金属损失量很小，但造成金属加工成产品后的间接损失却大得多。如生锈造成工序间产品的报废或返修、机器运转失灵、仪表指示差错、储运和拆箱待用的精密器械、仪器和设备的报废或退货等。防锈方法防止金属生锈方法大致分为4类。（1）提高金属材料的抗蚀性。如采用合金钢或不锈钢等。（2）采用金属表面转化层和“永久性”覆盖层。如化学和电化学转化层：氧化、磷化、铬酸盐化、氟化；表面合金化：渗金属；金属覆盖层：电镀、喷涂、化学镀、气相沉积；非金属覆盖层：搪瓷和陶瓷、油漆、塑料、橡胶。（3）“暂时性”防锈。防锈水、防锈切削液、防锈油、防锈剂、防锈纸、防锈塑料、防锈涂料、环境封存等。金属生锈过程金属生锈主要是发生电化学腐蚀，金属表面存在水膜，阳极过程是金属失去电子而成为离子进入到水膜中，阴极过程主要是溶解在水膜中的氧气得到电子。影响金属生锈的因素金属材料及其制品、设备的生锈是最常见的，因为它们在加工、运输和储存过程中难免与大气接触。其影响因素包括金属材料和环境两个方面。（1）金属材料：电化学活性、合金元素或杂质及其含量、表面状况等。金属表面的擦伤、边沿和铆接处容易生锈，加工过程中留下的手汗、热处理留下的残盐、酸洗的残液、残余冷却液等。（2）环境：大气相对湿度、雨水、温度、大气及其污染成分如氧气、二氧化硫、灰尘。Fe-2e→Fe2+O2+2H2O+4e→4OH-Fe2+2OH-→Fe(OH)24Fe(OH)2+O2+2H2O→4Fe(OH)3SO2的影响SO2溶于金属表面的水膜中，金属促进吸附在表面上的SO2氧化成SO3，而SO3的吸湿性很强，它溶于水膜中生成硫酸，SO2溶于水膜中使水呈酸性，破坏金属表面具有保护作用的金属氧化膜。SO2与金属的锈蚀产物具有较强的吸湿性，降低金属的临界湿度。SO2比氧气更容易溶于水膜中，能够得到电子。金属锈蚀特点（1）钢铁：容易生锈。锈蚀产物有黑锈，呈灰黑色，是钢热加工时形成的产物，即铁的高温氧化物，为Fe2O3、Fe3O4和FeO的混合物。有红锈，呈红棕色，是铁的氢氧化物，是Fe2O3在潮湿环境中形成的产物，Fe2O3+3H2O→2Fe(OH)3（2）铬：铬易钝化，在大气中甚至在工业大气中也有较高的耐蚀性。（3）锡：锡在大气中耐蚀性较高。但马口铁的锡层有孔时，会加速铁腐蚀。锡制品在储存时发生“锡瘟”，开始时锡表面出现个别粉末状灰色锈蚀产物，然后逐渐“传染”，使全部变成灰色粉末。金属防锈的预处理金属防锈效果的好坏不仅取决于防锈材料的选择，而且与金属表面的预处理、内包装材料的配合具有密切联系。实践中发现由于未预处理或预处理效果不好而造成锈蚀。金属制品防锈封存前的沾污包括矿物油、淬火油和切削油等、蜡和手汗印等，灰尘、炭黑、残盐、铁屑和锈蚀产物等。（1）除锈机械除锈、化学除锈、电化学除锈。（2）清洗碱液清洗、乳化剂清洗、有机溶剂清洗。（3）干燥加热干燥、压缩空气干燥、红外线干燥、擦拭法干燥等。防锈与包装材料防锈与包装必须配合选择，才能达到理想的防锈效果。防锈材料起主要甚至决定性的防锈作用，但包装材料要有一定强度和密封性，不容易破坏。1主要防锈材料防锈材料包括主要防锈材料和辅助防锈材料。主要防锈材料是缓蚀剂，起主要防锈作用，应具有防锈效果好、施加和除去容易、来源充足和价格便宜、毒性小和不影响健康。主要防锈材料的种类包括水溶性缓蚀剂、油溶性缓蚀剂和气相缓蚀剂。水溶性缓蚀剂NaNO2:形成氧化铁膜、容易吸附在金属的活性位置而减少电化学腐蚀。是危险星缓蚀剂，浓度太低时反而加速腐蚀，因此实际使用浓度比较高。能防止锡、镀铬和镀镍层的锈蚀。M2Cr2O7或M2CrO4：生成难溶的氢氧化铁和氢氧化铬的膜，也可作铜、铝、锌和镁的缓蚀剂。磷酸盐(Na3PO4、Na2HPO4、Na6P6O18等)、Na2SiO3、C6H6COONa、巯基苯幷噻唑、苯幷三氮唑等。油溶性缓蚀剂磺酸盐类：石油磺酸钡、石油磺酸钙、二壬基萘磺酸钡。羧酸及其皂类：硬脂酸铝、环烷酸锌、氧化石油脂及其皂类、十二烯基丁二酸。酯类及其衍生物：羊毛脂、山梨糖醇酐单油酸酯。含氮有机化合物：N-油酰基氨酸、硝化矿物油。氮杂环类：咪唑啉的衍生物、苯幷三氮唑及其衍生物。气相缓蚀剂无机化合物类：碳酸铵、磷酸氢二铵。有机胺类：尿素、乌洛托品。有机酸的胺盐类：苯甲酸铵、苯甲酸单乙醇胺、苯甲酸三乙醇胺、辛酸二环己胺。有机胺的无机盐类：亚硝酸二环己胺、亚硝酸二异丙胺、碳酸环己胺。有机酚及其衍生物：邻硝基酚钠。有机杂环化合物：苯并三氮唑、苯三唑三丁胺。有机亚胺盐：3,5-二硝基苯甲酸六次甲基亚胺。主要包装材料对于运输和储存的金属制品，在完成防锈工序后，一般都要进行内包装和外包装。内包装保护油层不散失、防止灰尘落在油膜上，或者防止挥发性缓蚀剂散逸以保证足够高的防锈浓度。完成内包装的封存防锈后还要进行外包装(如装盒、装箱等)。包装材料是指满足内包装要求和制作外包装容器的材料，如天然材料、人造材料、金属材料和非金属材料。必须满足：对水、气、光和热有一定的阻挡能力；具有一定的抗冲击强度、振动强度、耐潮湿，使对被包装产品有一定的机械保护作用；加工方便，容易制作成各种包装形式；易于实现包装作业的机械化和自动化；可以印刷标志和商标；取材容易，成本低廉，毒性小。1包装纸中性原纸、石蜡纸、苯甲酸钠纸、亚硝酸钠-苯甲酸钠防锈纸、皱纹防水纸、羊皮纸等。2塑料薄膜聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯。3复合包装材料塑料复合纸、铝箔复合材料。4纸、木、塑料和金属容器纸器可做内和外包装，用于小产品。木盒和木箱可做内和外包装。5衬垫防震材料泡沫塑料、兽毛填充橡胶缓冲材料、气泡塑料薄膜、其它缓冲材料。6干燥剂内包装中配合使用吸湿材料更好地发挥防锈作用。干燥剂必须吸湿能力强、不易破碎的颗粒、不因吸潮而发生化学变化、经济等。如硅胶、分子筛、铝凝胶。7其它黏胶带、钙塑箱和沥青纸。主要防锈技术从防锈材料的使用形式分类，防锈技术分为防锈水、防锈切削液、防锈油、防锈剂、防锈纸、防锈塑料、防锈涂料和环境封存等。1防锈水以水为基体，加入一定量的水溶性缓蚀剂而得到的水溶液。使用方便、经济、简单。主要用于工序间防锈，主要采用亚硝酸钠、重铬酸盐。2防锈切削液能提高表面的加工光洁度、降低切削阻力和温度、提高刀具寿命。防锈切削冷却水、防锈润滑切削油、乳化型防锈切削液。3防锈油在矿物油中加入油溶性缓蚀剂和其它添加剂组成的暂时性防锈材料。材料来源广、成本低、适应性广和防锈效果可靠等。油溶性缓蚀剂的分子结构不对称，含极性基团和非极性基团，极性基团吸附在金属表面，降低金属离子脱离金属表面的倾向，非极性基团伸向基础油中，阻止腐蚀性物质靠近金属表面。包括防锈脂、防锈油、溶剂稀释型防锈油、人汗置换型防锈油、防锈润滑两用油、气相防锈油4防锈剂主要指气相缓蚀剂，它具有如下特点：能无孔不入，对于形状不规则、表面不平、不易为其它防锈涂层覆盖到的产品或组合件更适合；操作方便，能免去包装前的涂油和启封后的清洗，清洁，劳动强度小；防锈时间长；节省费用，比油封经济；有利于实现机械化和自动化包装、美化包装。气相缓蚀剂必须有比较高的蒸汽压，易挥发。如胺类及其盐先气化，到达金属表面后水解生成防锈基团。5防锈纸将气相缓蚀剂溶液浸涂、刷涂或滚涂在纸上，干燥后制成。6防锈塑料以塑料为主体的防锈材料，借以隔绝侵蚀性介质，并从塑料膜层中挥发或渗透出防锈剂到金属表面而起到防锈作用。有薄膜型、热熔型和溶剂型三类。7防锈涂料在涂料中添加防锈剂而防止金属生锈的一类材料。很早以前就用含红丹(Pb3O4)的油溶性防锈漆保护钢铁结构。兼有防锈和涂料的特点，是暂时性防锈。按照用途分为不可剥与可剥性防锈涂层。（1）不可剥防锈涂层应用于金属制件装配、运输和储存时。当制件再涂清漆时，可以不除去这层防锈涂层，有时可作为底漆使用。能用于大量金属轧材的生产防锈。在金属生产现场涂上一层防锈涂料，给用户带来很大方便。主要用于轧制的棒材、板材和管材。一般采用醇酸涂料，添加一些防锈剂、催干剂。（2）可剥防锈涂层以成膜物为基的涂覆层：用过氯乙烯树脂等与含有颜料、增塑剂和防锈剂的有机溶液混合，用于金属制件储存时的防锈。大多采用油溶性的羧酸胺盐，有时还加乙醇胺或磺酸盐。主要用于轴、板、带、棒、管材。以水胶乳为基的涂覆层：以水胶乳（如丁二烯-苯乙烯胶乳）为主加入表面活性剂、防锈剂（水溶性的，苯甲酸钠、苯甲酸铵、亚硝酸钠等）和抗黏剂。用于金属制件装配时非金属表面的防污染和防损坏。以易熔成膜材料为基的涂覆层：主要依靠易熔材料如乙基纤维素覆盖金属而防锈，膜层厚，防锈时间长。但必须加热涂覆，应用不方便。8环境封存在金属制件周围形成一个适宜的防锈环境条件，使金属不生锈。包括充氮封存和干燥空气封存。原理是金属制件在没有水分和氧气的干燥氮气中，或低于临界相对湿度的干燥空气中，金属不生锈。而且，非金属材料老化慢。封存用的容器是马口铁罐、铁箱、塑料容器。容器内还放有干燥剂和湿度指示剂。金属防锈的发展防锈技术向多功能、长效、价廉、工艺简单、节能、无毒或毒性小的方向发展。（1）协同缓蚀剂和长效缓蚀剂是防锈材料的核心。已经发现在各种介质中的缓蚀剂上千种。目前主要是研究具有多功能的协同缓蚀剂。缓蚀剂的协同作用是指在腐蚀介质中同时使用两种及其以上的缓蚀剂，其缓蚀效果大于各缓蚀剂单独使用时的缓蚀效果之和。某些缓蚀剂的阴离子吸附在金属的阳极位置、缓蚀剂的阳离子吸附在金属的阴极位置，从而分别阻止金属腐蚀的两个电极反应。在用盐酸酸洗时，只用苯胺时，缓蚀效果较差，金属发生比较大的腐蚀，如果再加入SnCl3(0.001mol/l)，金属几乎不腐蚀，缓蚀效率成倍增加。亚硝酸铵与有机胺对铁有协同缓蚀作用。研究复合型协同缓蚀剂。一个缓蚀剂分子中含多个不同的缓蚀基团，这些缓蚀基团优先吸附在金属表面的不同位置，抑制金属腐蚀。缓蚀剂的长效取决于有效浓度，也与载体材料有关。热熔型可剥性塑料是一种长期封存的可靠防锈技术，采用的缓蚀剂并没有特殊品种，加入量也不大，说明载体材料对防锈效果有时有很大的作用。国外大力研究具有长期防锈作用的薄层、（不）可剥的高分子防锈薄膜材料。从长期防锈看，高分子具有覆盖能力强的特点，防锈的载体材料从水、油和纸向高分子材料发展。（2）复合防锈工艺材料实践中要求防锈的工艺简单、工艺过程联合操作，如除锈-防锈、清洗-防锈、防锈-润滑、防锈-包装、清洗-防锈-包装、清洗-润滑-防锈、清洗-润滑-防锈-包装等。（3）防锈产品的系列化、标准化和商品化替代木材的包装材料木材是一种环境材料，但由于我国木材资源紧缺，过度砍伐会造成水土流失，气候变暖，破坏生态环境。在木材包装的产品出口时，由于木材容易携带病虫害，有时检疫不过关而退货。因此，需要节制使用木材，寻求替代木材的包装材料。包装材料的绿色化：应满足少污染或无污染、可循环利用、可回收、可降解、重量轻、易拆卸、易组装、防水等特点；所选材料硬度不能太高，要有一定的韧性和柔性，以防产品运输过程中颠簸，可能碰伤产品外观或零部件。尽量不用或少用短缺的原材料，多用废料或回收材料作为原料。可选用废弃塑料来替代木材，以充分利用材料资源，降低生产成本，保护生态环境。塑料属于有机高分子材料，原料主要来源于石油化学工业。如果采用废弃塑料为原料，不仅可节省大量的紧缺木材，而且减少废弃塑料对环境的污染。通过适量包装，降低对木材的消耗，同时在运输环节采用一些可回收、可重用的替代木材材料，如钢材等。瓦楞纸复合板的产品强度高，可完全替代木材。复合材料质量轻、强度高。相对密度在1～1.5之间，只有碳钢的五分之一至六分之一，而拉伸强度接近碳钢，甚至超过碳钢，机械强度能达到或超过普通碳钢的水平，比