一種碳鋼酸洗液及其應用的製作方法

2023-11-07 12:40:25

本發明涉及一種碳鋼酸洗液及其應用，具體涉及一種防止碳鋼及其製品在酸洗過程中酸對碳鋼材料的腐蝕和酸液過度消耗的碳鋼酸洗緩蝕劑及其應用，屬於碳鋼酸洗液技術領域。

背景技術：

碳鋼製品在生產過程中由於高溫或長期處於酸鹼介質中，會在表面產生一層氧化膜或鏽蝕層，這會嚴重影響碳鋼製品的美觀或使用壽命。碳鋼酸洗的意義在於去除碳鋼製品表面的氧化層或鏽蝕層，使之能繼續後續的加工，從而達到外表美觀及更長的使用壽命。

碳鋼酸洗傳統工藝有硫酸酸洗和氫氟酸硝酸酸洗工藝，硫酸酸洗速度慢，效果不佳，氫氟酸硝酸清洗速度快但清洗過程中會釋放出對人體有害氣體，操作危險性大。當前的碳鋼酸洗技術主要有電解酸洗和化學酸洗。化學酸洗使用的酸洗液主要由鹽酸，硫酸，硝酸不同比例混合再配合以表面活性劑及各種緩蝕劑組成，在常溫或者加熱情況下採用浸泡法，噴淋法，塗刷法或擦洗法對碳鋼表面進行清洗。電解酸洗，則與化學酸洗相結合，在化學酸洗前先通過電解槽電解酸洗，再利用化學酸洗徹底酸洗，以達到最優效果。

技術實現要素：

本發明解決的技術問題是：提出一種更為高效，優良，便捷的碳鋼酸洗液及其應用。

為了解決上述技術問題，本發明提出的技術方案是：一種碳鋼酸洗液，所述碳鋼酸洗液的組分及含量為：

所述的其他酸為油酸、草酸中的一種或兩種；

所述的緩蝕劑為聚乙二醇、硫脲、六亞甲基四胺、尿素中的一種或多種；

所述的表面活性劑由離子表面活性劑和非離子表面活性劑組成，所述離子表面活性劑為脂肪醇醚硫酸鈉，所述非離子表面活性劑為壬基酚聚氧乙烯醚。

優選的，所述硫酸的濃度為400ml/L，所述磷酸的濃度為100ml/L。

優選的，所述的緩蝕劑為聚乙二醇、六亞甲基四胺中的一種或兩種。

優選的，所述的緩蝕劑為聚乙二醇和六亞甲基四胺，所述六亞甲基四胺的濃度為2g/L，所述聚乙二醇的濃度為15g/L。

優選的，所述表面活性劑的脂肪醇醚硫酸鈉和壬基酚聚氧乙烯醚的總濃度為30g/L。

優選的，所述的其他酸為油酸和草酸，油酸和草酸的總濃度為50g/L。

優選的，所述碳鋼酸洗液的組分及含量為：

為了解決上述另一個技術問題，本發明提出的技術方案是：一種碳鋼酸洗液的應用，所述碳鋼製件浸沒於所述碳鋼酸洗液中，浸沒溫度為15～30℃，浸沒時間為20～30min。

優選的，所述碳鋼酸洗液可用於碳素結構鋼的酸洗。

本發明的有益之處：

1、本發明中的碳鋼酸洗液在常溫下使用，採用硫酸和磷酸作為酸洗基礎體系，加入緩蝕劑、表面活性劑與其他酸進行復配篩選，不僅能夠有效抑制酸洗液的過度腐蝕，同時能夠大大提高碳鋼製件表面的清潔度。

2、本發明中的碳鋼酸洗液清洗過後酸洗廢液的酸濃度低，處理難度小。

3、本發明中加入的表面活性劑能加強酸洗液的浸蝕能力，並明顯的降低碳鋼表面與溶液表面的界面張力，能將碳鋼表面的油汙及雜質均勻分散到酸洗液中，提高酸洗效率。

4、本發明中加入的緩蝕劑可防止混合酸對碳鋼基體產生過度的腐蝕，並控制反應程度。

附圖說明

圖1鋼片在不同濃度硫酸酸洗液中的開路-電位曲線。

圖2鋼片在不同濃度磷酸酸洗液中的陽極極化曲線。

圖3鋼片在不同緩蝕劑酸洗液中的陽極極化曲線。

圖4鋼片在不同離子表面活性劑酸洗液中的陽極極化曲線。

圖5鋼片在不同非離子表面活性劑酸洗液中的開路電位-時間曲線。

圖6鋼片在不同其他酸酸洗液中的陽極極化曲線。

圖7鋼片在不同表面活性劑總濃度酸洗液中的開路電位-時間曲線。

圖8鋼片在不同總濃度其他酸酸洗液中開路電位-時間曲線。

圖9鋼片在不同濃度C6H12N4酸洗液中的開位電路-時間曲線。

圖10鋼片在不同濃度PEG酸洗液中的開位電路-時間曲線。

圖11鋼片在不同緩蝕劑酸洗液中測得開路電位-時間曲線。

圖12鋼片在不同表面活性劑酸洗液中的陽極極化曲線。

具體實施方式

實施例1

目前的酸洗液配方多採用硫酸(H2SO4)和磷酸(H3PO4)混合，並在此基礎上加入其他添加劑。實驗在不加入其他添加劑條件下，先將H2SO4以不同濃度進行電化學實驗的方法進行篩選。H2SO4濃度分別為100～400ml/L。

由圖1中可以看出，H2SO4濃度為400ml/L，350ml/L，250ml/L時開路電位值較大，其值為0.5087V，0.5031V，0.4945V，在濃度為200ml/L，150ml/L，100ml/L時開位電路值較小，其值為0.4843V，0.4610V，0.4437V。同時，可看出隨著H2SO4濃度的升高，開路電位值在逐漸升高。H2SO4濃度為400ml/L時酸洗液對鋼片的腐蝕最小。

對比得出H2SO4加入的最佳含量為400ml/L，使用溫度為常溫，時間25min。

實施例2

鋼片在加入400ml/L的H2SO4後，不同濃度磷酸(H3PO4)酸洗液中的陽極極化曲線示於圖2。可以看出在同時存在H2SO4和H3PO4的酸洗液中的陽極極化曲線上穩定鈍化區ΔE比單純400ml/L的H2SO4溶液中變寬。H3PO4濃度為100ml/L時鋼片的開路電位為1.06V，而濃度20～80ml/L時鋼片的穩定鈍化區ΔE在0.65V，0.62V，0.72V，0.69V，結合開路電位-時間曲線分析最佳的H3PO4濃度為100ml/L。

對比得出H2SO4與H3PO4加入的最佳含量分別為400ml/L與100ml/L，使用溫度為常溫，時間25min。

實施例3

鋼片在不同緩蝕劑酸洗液中的陽極極化曲線於圖3。從圖中可以看出，該類緩蝕劑酸洗液中鋼片的陽極極化曲線重合度非常高，都具有較寬且平穩的鈍化區。其中緩蝕劑為六亞甲基四胺(C6H12N4)時，鋼片的穩定鈍化區寬度ΔE最大，為1.28V，緩蝕劑為三乙醇胺硼酸酯(C6H12BNO3)時鋼片的穩定鈍化區寬度ΔE最小，為1.08V。緩蝕劑為石油磺酸鋇(R-SO3Ba)，尿素(CH4N2O)，硫脲(CH4N2S)時，穩定鈍化區寬度ΔE相等，均為1.11V。總體來看其他類緩蝕劑的酸洗液中鋼片的穩定鈍化區寬度ΔE都在1.0V以上，且較為接近。通過對電化學曲線分析可知當緩蝕劑為C6H12N4、聚二乙醇(PEG)時鋼片在酸洗液中的穩定鈍化區寬度分別為1.28V、1.21V。與其他緩蝕劑條件下相比鋼片的穩定鈍化區寬度較大，鋼片的腐蝕較小。綜合安全成本等因素考慮，選擇緩蝕劑為C6H12N4、PEG。

碳鋼酸洗液的組分及含量為：

硫酸 400ml/L

磷酸 100ml/L

緩蝕劑 10g/L

其中緩蝕劑為CH4N2O、C6H12N4、PEG、CH4N2S、R-SO3Ba、C6H12BNO3、ZnSO4、C4H6O2中的一種。

對比得出加入C6H12N4、PEG時的緩蝕效果最佳，使用溫度為常溫，時間25min。

實施例4

鋼片在不同離子表面活性劑酸洗液中的陽極極化曲線於圖4，不同離子表面活性劑條件下，鋼片的陽極極化曲線走勢一致，均有較寬的穩定鈍化區。其中表面活性劑為脂肪醇醚硫酸鈉(AES)時，鋼片具有較大的穩定鈍化區寬度ΔE，為1.28V，表面活性劑為水嗎啉乙磺酸(MES)，十二烷基二甲基苄基氯化銨(1227)，十二烷基三甲基氯化銨(1231)，α-烯基磺酸鈉(AOS)時鋼片的穩定鈍化區寬度較為接近，分別為1.09V，1.14V，1.15V，1.15V可以看出酸洗液中表面活性劑為AES時，鋼片的腐蝕最小。

碳鋼酸洗液的組分及含量為：

硫酸 400ml/L

磷酸 100ml/L

離子表面活性劑 10g/L

其中離子表面活性劑為MES、1227、1231、AOS、AES中的一種。

對比得出加入AES後酸洗液的緩蝕效果最佳，使用溫度為常溫，時間25min。

實施例5

鋼片在不同非離子表面活性劑酸洗液中的開路電位-時間曲線於圖5，對所有不同非離子表面活性劑酸洗液中鋼片的開路電位進行對比可知，非離子表面活性劑為壬基酚聚氧乙烯醚(NP10)時開路電位最大，為-0.3137V，即酸洗液中非離子表面活性劑為NP10時，鋼片的腐蝕最小。

碳鋼酸洗液的組分及含量為：

硫酸 400ml/L

磷酸 100ml/L

非離子表面活性劑 10g/L

其中非離子表面活性劑為NP10、TX4、NP9、FMEE、OB2、OP10中的一種。

對比得出加入NP10後酸洗液的緩蝕效果最佳，使用溫度為常溫，時間25min。

實施例6

圖6示出鋼片在不同其他酸酸洗液中的陽極極化曲線。圖中可以看出緩蝕劑為醋酸(CH3COOH)，檸檬酸(C6H8O7)，乳酸(C3H6O3)，草酸(C2H2O4)時穩定鈍化區非常小，為0.69V，0.68V，0.75V，0.71V，在電位達到0.2V之後直接進入過鈍化區。其餘曲線趨勢正常，有較寬且平穩的鈍化區。其中緩蝕劑為油酸(C18H34O2)時穩定鈍化區ΔE最大，為1.19V。綜合安全成本等因素考慮，選擇其他酸為C18H34O2、C2H2O4。

碳鋼酸洗液的組分及含量為：

硫酸 400ml/L

磷酸 100ml/L

其他酸 20g/L

其中其他酸為C6H8O6，C3H6O3，CH3COOH，C18H34O2，C2H2O4，C6H8O7，C7H6O3，C6H18O24P6中的一種。

對比得出，加入C18H34O2、C2H2O4的酸洗液緩蝕效果最佳，使用溫度為常溫，時間25min。

實施例7

圖7為鋼片在不同總濃度其他酸酸洗液中開路電位-時間曲線。圖中可以看出整體開路電位-時間曲線較為平滑，其他酸總濃度為50g/L，60g/L時開路電位較高，分別為-0.3828V，-0.3843V。其他酸總濃度為20g/L，30g/L，40g/L時開位電路較低，分別為-0.3945V，-0.3975V，-0.3996V。綜合來看開路電位大小，當其他酸總濃度為50g/L時開位電路最大，鋼片在此濃度下腐蝕最小。

碳鋼酸洗液的組分及含量為：

其中離子表面活性劑為NP10和AES，其他酸為C18H34O2和C2H2O4。

對比得出，加入其他酸總濃度為50g/L的酸洗液緩蝕效果最佳，使用溫度為常溫，時間25min。

實施例8

圖8示出鋼片在不同表面活性劑總濃度酸洗液中的開路電位-時間曲線，從圖中可以看到表面活性劑總濃度為30g/L時開路電位最大，為-0.3802V。表面活性劑總濃度為40g/L，10g/L時開路電位相近，為-0.3934V，-0.397V。表面活性劑總濃度為20g/L時開路電位最小，為-0.417V。圖中可以看到不同表面活性劑總濃度時鋼片的開路電位-時間曲線走勢相同，均為隨著電位增加從高到低逐漸平穩。隨著表面活性劑總濃度的減小開路電位先增大後減小，表面活性劑總濃度為30g/L時，鋼片的腐蝕最小。

碳鋼酸洗液的組分及含量為：

其中其他酸為C18H34O2和C2H2O4，表面活性劑為NP10和AES。

對比得出，加入NP10和AES總濃度為30g/L的酸洗液緩蝕效果最佳，使用溫度為常溫，時間25min。

實施例9

鋼片在不同濃度C6H12N4酸洗液中的開位電路-時間曲線於圖9。由圖中可以看出不同濃度C6H12N4時開路電位-時間曲線總體較為平滑，其中當C6H12N4濃度為1g/L，2g/L時開路電位為-0.3827V，-0.376V，呈遞增狀態，當C6H12N4濃度為3g/L，4g/L，5g/L開路電位值為-0.4155V，-0.4058V，-0.4022V亦呈遞增狀態。可以看出C6H12N4濃度為2g/L時開位電路最大，此時鋼片的腐蝕最小。

碳鋼酸洗液的組分及含量為：

其中離子表面活性劑為NP10和AES，其他酸為C18H34O2和C2H2O4。

對比得出加入2g/L的C6H12N4時的緩蝕效果最佳，使用溫度為常溫，時間25min。

實施例10

鋼片在不同濃度PEG酸洗液中的開位電路-時間曲線於圖10。可以看出，隨著PEG濃度的增大，開位電路變化無規律可循，其中為PEG濃度為15g/L，30g/L時，開位電路較大，為-0.3644V，-0.3705V。PEG濃度為5g/L，10g/L，20g/L，25g/L時，開位電路均較小，為-0.403V，-0.3987V，-0.4051V，-0.3931V。可以看出PEG濃度為15g/L時鋼片的腐蝕最小。

碳鋼酸洗液的組分及含量為：

其中離子表面活性劑為NP10和AES，其他酸為C18H34O2和C2H2O4。

對比得出加入15g/L的PEG時的緩蝕效果最佳，使用溫度為常溫，時間25min。

對比例1

碳鋼酸洗液的組分及含量為：

H2SO4 400ml/L

H3PO4 100ml/L

緩蝕劑 10g/L

其中緩蝕劑為NaH2PO2·H2O，NaH2PO4，Na2S2O8，C7H5NaO2，Na2S2O3，Na3PO4中的一種。

鋼片在不同緩蝕劑酸洗液中測得開路電位-時間曲線於圖11所示。可以看出，在這些緩蝕劑酸洗液中的開位電路-時間曲線基本都遵循先隨著電位增大先下降後平穩的規律。當緩蝕劑為次亞磷酸鈉(NaH2PO2·H2O)開路電位值最小，其值為-0.385V。當緩蝕劑為磷酸二氫鈉(NaH2PO4)，過硫酸鈉(Na2S2O8)，苯甲酸鈉(C7H5NaO2)開路電位值較大，其值為-0.3477V，-0.3479V，-0.353V，其中加入了NaH2PO4緩蝕劑的酸洗液的開路電位值最大，但是無法超越PEG和C6H12N4在酸洗液中的耐腐性能。

對比得出雖然在眾多緩蝕劑中NaH2PO4的耐腐效果最佳，但其耐腐性能還是低於PEG和C6H12N4的使用效果，使用溫度為常溫，時間25min。

對比例2

碳鋼酸洗液的組分及含量為：

H2SO4 400ml/L

H3PO4 100ml/L

緩蝕劑 10g/L

其中緩蝕劑為MES-30，CAB-35，BS12，LAD-30，LOA，SX-BS12中的一種。

鋼片在不同表面活性劑酸洗液中的陽極極化曲線如圖12所示。圖中可以看出，各條曲線走勢基本相同，具有很接近的鈍化電位，且穩定鈍化區重合度較高。其中表面活性劑為2-嗎啉乙磺酸(MES-30)時，鋼片具有最大的穩定鈍化區寬度ΔE，為1.27V。表面活性劑為甜菜鹼(CAB-35)，十二烷基二甲基胺乙內酯(BS12)，月桂基兩性乙酸鈉(LAD-30)時穩定鈍化區寬度ΔE相同，均為1.13V。表面活性劑為CAB-35時，鋼片具有最小的穩定鈍化區寬度ΔE，為1.1V。綜合開路電位-時間曲線分析可知表面活性劑為MES-30時，鋼片在上述酸洗液中的腐蝕最小，但在表面活性劑AES與NP10時，鋼片的穩定鈍化區寬度ΔE，為1.28V，1.39V，大於面活性劑為MES-30時鋼片的穩定鈍化區寬度，因此表面活性劑為AES與NP10時，鋼片的腐蝕相對最小。

對比得出雖然在眾多表面活性劑中MES-30的緩蝕效果最佳，但其耐腐性能還是低於AES與NP10的使用效果，使用溫度為常溫，時間25min。

發明的不局限於上述實施例所述的具體技術方案，凡採用等同替換形成的技術方案均為本發明要求的保護範圍。