一種用於鐵器保護的緩蝕劑的製作方法
2023-06-01 20:54:56
專利名稱：一種用於鐵器保護的緩蝕劑的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於鐵器保護的緩蝕劑。
技術背景
古代鐵器是我國重要的一類文化遺產，數量巨大，價值很高，長期以來面臨著腐蝕 嚴重的問題。尤其是室外的大型鐵器，由於其所處環境難以人為長期有效控制，其保護工作 難度更大。緩蝕和緩蝕劑作為鐵器保護中重要的技術環節，是鐵器保護工作的重要方面，應 該開展較為系統的研發工作。目前鐵品保護中使用的緩蝕劑，多數為傳統的單一作用型緩蝕劑，其對於鐵器的 緩蝕效果很有限。單一的乙醇胺首先會以鐺離子的形式在金屬表面上發生物理吸附，進而 通過化學吸附方式起到緩蝕作用。但由於乙醇胺但由於該鐺離子帶有正電荷，因而它必須 在帶負電荷的金屬表面才能很好的被金屬所吸附。然而，鐵的表面帶有正電荷，因而該鐺離 子難以吸附在金屬表面。
發明內容
本發明是基於「十一五」國家科技支撐計劃項目課題「鐵質文物綜合保護技術研 究」(課題編號2006BAK20B03)的專利申請。本發明的目的在於提供一種用於鐵器保護的緩蝕劑。為實現上述目的，本發明提供的緩蝕劑，是在質量濃度為3-4%的NaCl水溶液中 加入乙醇胺和碘化鉀，其中乙醇胺碘化鉀的摩爾比例為200-215 1，乙醇胺和碘化鉀的 總量與NaCl水溶液之間的體積比例為1 5-7。本發明通過有機緩蝕劑之間的協同作用，以提高低毒緩蝕劑在鐵表面吸附層的致 密度、穩定性，提高緩蝕效果，從而得到符合文物保護使用的低毒高效的有機型緩蝕劑。
圖1為低矽高硫白口鐵未用本發明緩蝕劑的顯微形貌；圖2為低矽高硫白口鐵經本發明緩蝕劑進行緩蝕後的顯微形貌；圖3為低矽高硫白口鐵在加入本發明緩蝕劑前後的極化曲線，其中1_空白樣； 2-乙醇胺；3-乙醇胺和KI ；圖4為空白樣(即未加入本發明的緩蝕劑)的交流阻抗圖譜；圖5為加入本發明緩蝕劑前後的低矽高硫白口鐵的交流阻抗圖譜，其中1-乙醇 胺；2-空白樣；3-乙醇胺+KI。
具體實施例方式由於乙醇胺具有優良的乳化性和較小腐蝕性，在金屬保護中具有廣泛的應用。而 I對鐵也具有很好的緩蝕作用，I能在鐵_溶液界面發生特性吸附和靜電吸附而引起的覆蓋效應。文物中的鐵質文物其成份大都為低矽高硫白口鐵，因此本發明採用低矽高硫白口 鐵作為模擬樣片，考察3. 5% NaCl溶液中乙醇胺和碘化鉀(KI)對其的緩蝕作用。試驗樣品及試驗方法(1)試驗樣品低矽高硫白口鐵，圓形，規格①44mm，成分分析數據C 3. 76%, Si 0. 13%, Mn 0. 18%, S 1. 18%, P 0. 23% ；(2)靜態掛片試驗低矽高硫白口鐵經除油、逐級打磨、清洗和乾燥處理。腐蝕介 質為3. 5%的NaCl溶液，室溫下浸泡7天。浸泡結束後用硬橡皮擦除腐蝕產物至白口鐵表 面光亮，經去離子水、丙酮清洗後至恆重，由試樣的失重計算腐蝕率和緩蝕率。(3)掃描電鏡分析採用日立公司S-3600N掃描電鏡和EDAX公司DX_100x射線能 量色散譜儀，加速電壓20kv，樣品噴碳後直接觀察。(4)動電位掃描採用CS300電化學測試系統進行極化曲線測量。工作電極低矽高 硫白口鐵用環氧樹脂封裝，暴露面積為1cm2，再用金相砂紙逐級打磨。參比電極選用飽和甘 汞電極，輔助電極為鉬電極。數據處理採用corrTest電化學測試系統腐蝕分析軟體，掃描 範圍為1.2V，掃描速度為2mv/s。(5)電化學交流阻抗採用普林斯頓283A電化學工作站和普林斯頓5210鎖相放 大器，在室溫自腐蝕電位下進行，數據處理採用普林斯頓283A阻抗分析軟體系統，測量頻 率範圍為105Hz 5mHz，開路電位為Ovs。採用飽和甘汞電極為參比電極，鉬電極為輔助電 極。採用環氧樹脂封裝的低矽高硫白口鐵為工作電極，其暴露面積為1cm2。靜態掛片試驗本實驗在靜態掛片浸泡的基礎上，對具有一定緩蝕效果的緩蝕劑進行失重實驗， 量化評價緩蝕效果。將低矽高硫白口鐵片懸掛浸泡在不同濃度的緩蝕劑中進行失重實驗。將加入不同 緩蝕劑的失重數據與沒有加入緩蝕劑的失重數據(空白數據)進行計算，可得出緩蝕率。緩 蝕率越高，緩蝕效果越好。靜態掛片試驗結果列於表1。表1 靜態掛片失重結果(室溫，7天)
緩蝕劑/mmol丄]失重/g腐蝕速率mm/a緩蝕效率％空白樣0.01840.0400乙醇胺+KI (2001)0.01030.024948.55乙醇胺+KI (2051)0.00780.018861.16乙醇胺+KI (2081)0.00450.011371.75乙醇胺+KI (2101)0.00680.013666.00乙醇胺+KI (2151)0.00720.015162.25 從表1可見，在3. 5% NaCl溶液中，乙醇胺和KI加入後，低矽高硫白口鐵的腐蝕速 率明顯降低，起到了一定的緩蝕效果。而在乙醇胺和KI復配比例為208 1時，緩蝕效果
4最佳。掃描電鏡分析將失重測量後的試樣進行掃描電鏡分析，相同倍率(X400)下的顯微分析結果見 圖1、圖2。在400倍下，掃描電鏡觀察發現，乙醇胺和KI復配緩蝕劑加入後，低矽高硫白口鐵 表面腐蝕痕跡不明顯。與空白樣的腐蝕表面相比，腐蝕產物顯著減少。說明，乙醇胺和KI 復配緩蝕劑對低矽高硫白口鐵有一定的緩蝕效果。極化曲線低矽高硫白口鐵在乙醇胺和KI復配緩蝕劑加入前後在3. 5% NaCl溶液中的動電 位掃描極化曲線變化，見圖3。由圖3可見，當加入乙醇胺和KI復配緩蝕劑後，低矽高硫白口鐵的自腐蝕電位負 移，陰極極化曲線的Tafel斜率減小，KiWS+KI <Kse，陰極反應得到了控制，說明，緩蝕劑 的加入抑制了陰極的氧還原反應速度。陽極極化曲線Tafel斜率變化較大，也出現了不穩 定的鈍化現象，說明乙醇胺和KI間存在緩蝕協同效應，二者復配後可以提高3. 5% NaCl介 質中對低矽高硫白口鐵的緩蝕作用。交流阻抗將空白樣的交流阻抗圖示於圖4，將乙醇胺和KI復配緩蝕劑前後低矽高硫白口鐵 在3. 5% NaCl溶液中的交流阻抗圖譜見圖5。從圖4可見，空白樣的交流阻抗譜在低頻區出現低頻收縮現象，表明出現了點蝕 現象。由圖5可見，當加入乙醇胺後，空白樣低頻收縮現象有所減弱。而當加入乙醇胺和KI 復配緩蝕劑後，交流阻抗譜的半徑顯著增大，且在低頻區沒有出現明顯的收縮現象。說明加 入乙醇胺和KI復配緩蝕劑後，金屬腐蝕的電化學反應電阻變大，反應得到了抑制。結論1)從靜態掛片試驗結果和掃描電鏡觀察結果來看，加入乙醇胺和KI復配緩蝕劑 後，低矽高硫白口鐵的腐蝕速率明顯降低，腐蝕產物顯著減少。表明本發明採用的乙醇胺和 KI復配緩蝕劑對3. 5% NaCl介質中的低矽高硫白口鐵有一定緩蝕作用。2)極化曲線分析表明乙醇胺和KI緩蝕劑的加入抑制了陰極的氧還原反應速度， 乙醇胺和KI間存在緩蝕作用。3)交流阻抗譜圖分析表明，加入本發明的乙醇胺和KI緩蝕劑後，金屬腐蝕的電化 學反應電阻變大，反應得到了抑制。
權利要求
一種用於鐵器保護的緩蝕劑，是在質量濃度為3-4％的NaCl水溶液中加入乙醇胺和碘化鉀，其中乙醇胺∶碘化鉀之摩爾比為200-215∶1，乙醇胺和碘化鉀的總量與NaCl水溶液之間的體積比例為1∶5-7。
2.如權利要求1所述的用於鐵器保護的緩蝕劑，其中，乙醇胺碘化鉀的摩爾比為 208 1。
3.如權利要求1所述的用於鐵器保護的緩蝕劑，其中，乙醇胺和碘化鉀的總量與NaCl 水溶液之間的體積比例為1 7。
全文摘要
一種用於鐵器保護的緩蝕劑，是在濃度為3-4％的NaCl溶液中加入乙醇胺和碘化鉀，其中乙醇胺∶碘化鉀的比例為200-215∶1。本發明通過有機緩蝕劑之間的協同作用，增大金屬腐蝕的電化學反應電阻，抑制陰極的氧還原反應速度，提高低毒緩蝕劑在鐵表面吸附層的緻密度、穩定性，提高緩蝕效果。
文檔編號C23F11/08GK101831656SQ20091007980
公開日2010年9月15日 申請日期2009年3月11日 優先權日2009年3月11日
發明者田興玲, 馬清林 申請人:中國文化遺產研究院