中學化學小論文

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摘要：鋼鐵的除鏽處理是塗裝工藝的重要組成部分，對防腐蝕塗裝的成敗起着決定性的作用。本文主要從鏽蝕產物的生成，分析了兩種不同轉化劑對鏽蝕產物轉化的作用機理，並對鐵鏽轉化劑的應用和發展趨勢作了簡要的概括和展望。

論文關鍵詞：鐵鏽轉化劑,帶鏽塗料,防腐

隨着現代工業的飛速發展，鋼鐵材料的防腐工作越來越引起各方面的重視。爲了保護鋼鐵不受腐蝕，延長其使用壽命，對鋼鐵進行防腐蝕塗裝成爲一種最經濟和有效的方法[1]。爲了獲得優良的耐腐蝕性能，塗裝前必須把鋼材上的鐵鏽清除乾淨，否則會由於鐵鏽的不斷膨脹導致漆膜和防腐效果很差，因此，鋼鐵的除鏽處理是塗裝工藝的重要組成部分，對防腐蝕塗裝的成敗起着決定性的.作用。但是許多大型建築、橋樑、船舶等複雜的鋼結構構件在維修過程中由於受施工條件的限制，難以採用機械化施工方法，只能採用手工或電動工具進行除鏽，其結果必然有鐵鏽和各種腐蝕產物的殘留，導致除鏽質量難以得到保證、施工艱難、費用巨大[2]。同時，由於安全、環境保護和勞動保護方面的原因，除鏽塗料向着高性能、施工方便、高效、符合環保要求的方向發展。

帶鏽塗料根據其與鋼鐵鏽蝕結合方式的不同，可分爲轉化型、穩定型、滲透型3種[2]。其中轉化型帶鏽塗料由於具有除鏽效果好、對鋼鐵表面無害、有保護作用的特點，正被越來越多的採用。這類轉化型帶鏽塗料所用轉化劑主要有亞鐵氰酸和丹寧酸等。本文主要從鏽蝕產物的生成，闡述兩種不同轉化劑鏽蝕轉化機理，最後對鐵鏽轉化劑的應用和發展趨勢作了概括和展望。

鏽蝕生成過程

鋼鐵是熱力學性質不穩定的結構材料，因此在其表面構成一個活性表面，暴露在空氣中受到氧氣、水分及其他腐蝕介質作用必然發生腐蝕，轉化成鐵鏽。鐵鏽疏鬆多孔，不僅不能阻止鋼鐵構件與空氣和水的接觸，還會把空氣和水分保留在鋼鐵構件的表面，進一步加速鋼鐵的鏽蝕。同時，鐵又是一個多化合價的金屬，從鋼鐵腐蝕起，它由低價的鐵變成穩定的高價化合物。由於鐵鏽生成過程是持續和不斷進行的，所以，鐵鏽實際上是一個複雜的鐵化合物。

鐵鏽生成過程實際上就是鋼鐵的電化學腐蝕過程。鋼鐵在潮溼空氣裏，其表面因吸附作用而覆蓋一層極薄的水膜、水微弱電離產生少量H+和OH-，同時由於空氣中CO2的溶解，水裏H+增多，這樣表面就形成了一層弱酸性電解質溶液薄膜，它跟鋼鐵裏的鐵和雜質或碳就形成了無數微小原電池。其中鐵爲負極，碳爲正極，發生原電池反應。

鐵作爲負極失去電子被氧化：(-)Fe-2e=Fe2+

水膜裏溶解的氧氣作爲陽極得到電子被還原：(+)2H2O+O2+4e=4OH-

隨着OH-濃度逐漸增大，則OH-與Fe2+結合生成Fe(OH)2。Fe(OH)2被空氣中氧所氧化生成氫氧化鐵：4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3

空氣中的二氧化碳跟氫氧化鐵反應，就生成紅褐色的鹼式碳酸鐵。此外，鐵與空氣中的氧氣反應還生成氧化鐵，這些鐵的化合物就是鐵鏽的主要成分。

從鏽蝕表觀層次來看[3]，分三層：面層浮鏽，中層粒鏽帶鏽塗料，底鏽帶鏽塗料。上層的鏽蝕較疏鬆，是已成熟、惰性的物質，底層鏽蝕較緊密，是正在成長的、活性的，它緊靠鋼鐵表面呈羣落分佈。在疏鬆、惰性的浮鏽上塗漆，由於很難起反應，塗漆得不到良好的附着；然而去除浮鏽在底鏽上塗漆，由於它是活性的，碰到水、氧等介質又會繼續反應，即穿過漆膜再次呈現鏽蝕。因此，爲了使鐵鏽轉化劑發揮更好的效果，減少浪費，降低成本，在塗覆時應首先去除上層疏鬆的鏽蝕（浮鏽），然後再將其塗覆在底層的鏽蝕上，這樣可以使鏽蝕呈穩定狀態並相互有很好的附着，從而達到良好的防鏽除鏽作用。

鏽蝕轉化機理

轉化型帶鏽塗料是利用能與鐵鏽起化學反應的轉化劑，將鐵鏽轉化爲結構穩定緻密的鐵合化物，這種化合物沒有去極化作用，可緊密地附着在鋼結構表面，又可與耐蝕塗層良好鍵合，而成爲耐蝕塗層與鋼結構表面間接偶聯物。根據轉化型帶鏽塗料所用轉化劑的不同，鏽蝕轉化機理也不同。常用的轉化劑有磷酸-亞鐵氰酸及磷酸-丹寧酸等。

磷酸-亞鐵氰酸型轉化劑與鐵鏽起反應包括兩個過程：

1、亞鐵氰酸與鐵鏽起作用，生成亞鐵氰酸鹽；

2、磷酸與鐵鏽發生反應，使鋼鐵表面鈍化。

如以鐵鏽中的鐵鏽轉化劑爲例，亞鐵氰酸與其反應生成亞鐵氰酸鐵[1]：

防腐

該反應在鹼性或中性條件下速度很慢，在帶鏽塗料中加入磷酸可顯著加快反應速度；此外磷酸可直接與鐵鏽發生磷化反應，生成穩定緻密的磷化鐵：

鐵鏽轉化劑防鏽機理研究

如國內研製的H06-18就是亞鐵***與磷酸組成的轉化型帶鏽塗料，作爲艦船、化工設備及重型機械行業鋼結構表面除鏽和耐蝕底層塗料，已得到推廣使用。

磷酸-丹寧酸型的作用機理是丹寧酸與鋼鐵表面及鏽層中的鐵離子作用生成丹寧酸鐵的鈍化層（穩定的螯合物），強有力地附着在金屬表面，形成一種良好的不溶性保護膜，抑制腐蝕過程，達到穩定鐵鏽的目的[4]；同時，磷酸能加速丹寧酸鐵絡合物的形成，具有防鏽作用。此外，磷酸直接與鐵鏽反應生成耐腐蝕的磷酸鹽及鈍化膜，它能使膜層附着牢固，具有陰極化和阻蝕鈍化作用。

應用與發展趨勢

轉化型帶鏽塗料可用於鐵鏽層較厚的表面，轉化速度快，但由於本身呈酸性，對其後的配套面漆有一定的破壞作用，因而要求配套面層塗料耐酸。轉化型塗料在應用時，必須考慮被塗物鏽層的厚度、均勻性以及轉化液的用量。爲取得較好的效果，施工人員應先作試驗。另外，轉化型塗料應添加少量緩蝕劑，以防止殘留酸的腐蝕。

隨着環保意識的不斷增強，鐵鏽轉化劑的研究正向着水基環保方向發展。近年來納米技術也開始應用到水基防鏽技術中，這無疑給防鏽技術的研究和應用開闢了廣闊前景。目前，多功能的水基防鏽劑研究開發及應用漸成趨勢，如除油、除鏽“二合一”，除油、除鏽、防鏽“三合一”的產品也日益增多[5]。因此，具有防鏽性好、性質穩定、價格成本低、減少污染、功能齊全的水基防鏽劑是帶鏽塗料今後發展的趨勢。