本發(fā)明涉及一種碳鋼酸洗液及其應(yīng)用，具體涉及一種防止碳鋼及其制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(yīng)用，屬于碳鋼酸洗液技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

碳鋼制品在生產(chǎn)過程中由于高溫或長期處于酸堿介質(zhì)中，會在表面產(chǎn)生一層氧化膜或銹蝕層，這會嚴(yán)重影響碳鋼制品的美觀或使用壽命。碳鋼酸洗的意義在于去除碳鋼制品表面的氧化層或銹蝕層，使之能繼續(xù)后續(xù)的加工，從而達(dá)到外表美觀及更長的使用壽命。

碳鋼酸洗傳統(tǒng)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(dāng)前的碳鋼酸洗技術(shù)主要有電解酸洗和化學(xué)酸洗?；瘜W(xué)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采用浸泡法，噴淋法，涂刷法或擦洗法對碳鋼表面進(jìn)行清洗。電解酸洗，則與化學(xué)酸洗相結(jié)合，在化學(xué)酸洗前先通過電解槽電解酸洗，再利用化學(xué)酸洗徹底酸洗，以達(dá)到最優(yōu)效果。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決的技術(shù)問題是：提出一種更為高效，優(yōu)良，便捷的碳鋼酸洗液及其應(yīng)用。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出的技術(shù)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(yōu)選的，所述硫酸的濃度為400ml/L，所述磷酸的濃度為100ml/L。

優(yōu)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(yōu)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(yōu)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(yōu)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(yōu)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(shù)問題，本發(fā)明提出的技術(shù)方案是：一種碳鋼酸洗液的應(yīng)用，所述碳鋼制件浸沒于所述碳鋼酸洗液中，浸沒溫度為15～30℃，浸沒時間為20～30min。

優(yōu)選的，所述碳鋼酸洗液可用于碳素結(jié)構(gòu)鋼的酸洗。

本發(fā)明的有益之處：

1、本發(fā)明中的碳鋼酸洗液在常溫下使用，采用硫酸和磷酸作為酸洗基礎(chǔ)體系，加入緩蝕劑、表面活性劑與其他酸進(jìn)行復(fù)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制件表面的清潔度。

2、本發(fā)明中的碳鋼酸洗液清洗過后酸洗廢液的酸濃度低，處理難度小。

3、本發(fā)明中加入的表面活性劑能加強(qiáng)酸洗液的浸蝕能力，并明顯的降低碳鋼表面與溶液表面的界面張力，能將碳鋼表面的油污及雜質(zhì)均勻分散到酸洗液中，提高酸洗效率。

4、本發(fā)明中加入的緩蝕劑可防止混合酸對碳鋼基體產(chǎn)生過度的腐蝕，并控制反應(yīng)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采用硫酸(H₂SO₄)和磷酸(H₃PO₄)混合，并在此基礎(chǔ)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(jìn)行電化學(xué)實驗的方法進(jìn)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后，不同濃度磷酸(H₃PO₄)酸洗液中的陽極極化曲線示于圖2?？梢钥闯鲈谕瑫r存在H₂SO₄和H₃PO₄的酸洗液中的陽極極化曲線上穩(wěn)定鈍化區(qū)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(wěn)定鈍化區(qū)ΔE在0.65V，0.62V，0.72V，0.69V，結(jié)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于圖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(wěn)的鈍化區(qū)。其中緩蝕劑為六亞甲基四胺(C₆H₁₂N₄)時，鋼片的穩(wěn)定鈍化區(qū)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(wěn)定鈍化區(qū)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(wěn)定鈍化區(qū)寬度ΔE相等，均為1.11V?？傮w來看其他類緩蝕劑的酸洗液中鋼片的穩(wěn)定鈍化區(qū)寬度ΔE都在1.0V以上，且較為接近。通過對電化學(xué)曲線分析可知當(dāng)緩蝕劑為C₆H₁₂N₄、聚二乙醇(PEG)時鋼片在酸洗液中的穩(wěn)定鈍化區(qū)寬度分別為1.28V、1.21V。與其他緩蝕劑條件下相比鋼片的穩(wěn)定鈍化區(qū)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于圖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(wěn)定鈍化區(qū)。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(wěn)定鈍化區(qū)寬度ΔE，為1.28V，表面活性劑為水嗎啉乙磺酸(MES)，十二烷基二甲基芐基氯化銨(1227)，十二烷基三甲基氯化銨(1231)，α-烯基磺酸鈉(AOS)時鋼片的穩(wěn)定鈍化區(qū)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后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-時間曲線于圖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(jìn)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后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(wěn)定鈍化區(qū)非常小，為0.69V，0.68V，0.75V，0.71V，在電位達(dá)到0.2V之后直接進(jìn)入過鈍化區(qū)。其余曲線趨勢正常，有較寬且平穩(wěn)的鈍化區(qū)。其中緩蝕劑為油酸(C₁₈H₃₄O₂)時穩(wěn)定鈍化區(qū)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(dāng)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(wěn)。隨著表面活性劑總濃度的減小開路電位先增大后減小，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-時間曲線于圖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(dāng)C₆H₁₂N₄濃度為1g/L，2g/L時開路電位為-0.3827V，-0.376V，呈遞增狀態(tài)，當(dāng)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(tài)。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-時間曲線于圖10?？梢钥闯觯S著PEG濃度的增大，開位電路變化無規(guī)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?？梢钥闯鯬EG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-時間曲線于圖11所示?？梢钥闯觯谶@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后平穩(wěn)的規(guī)律。當(dāng)緩蝕劑為次亞磷酸鈉(NaH₂PO₂·H₂O)開路電位值最小，其值為-0.385V。當(dāng)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于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(wěn)定鈍化區(qū)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(wěn)定鈍化區(qū)寬度ΔE，為1.27V。表面活性劑為甜菜堿(CAB-35)，十二烷基二甲基胺乙內(nèi)酯(BS12)，月桂基兩性乙酸鈉(LAD-30)時穩(wěn)定鈍化區(qū)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(wěn)定鈍化區(qū)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(wěn)定鈍化區(qū)寬度ΔE，為1.28V，1.39V，大于面活性劑為MES-30時鋼片的穩(wěn)定鈍化區(qū)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于AES與NP10的使用效果，使用溫度為常溫，時間25min。

發(fā)明的不局限于上述實施例所述的具體技術(shù)方案，凡采用等同替換形成的技術(shù)方案均為本發(fā)明要求的保護(hù)范圍。