一种碳钢酸洗液及其应用的制作方法

本发明涉及一种碳钢酸洗液及其应用，具体涉及一种防止碳钢及其制品在酸洗过程中酸对碳钢材料的腐蚀和酸液过度消耗的碳钢酸洗缓蚀剂及其应用，属于碳钢酸洗液技术领域。

背景技术：

碳钢制品在生产过程中由于高温或长期处于酸碱介质中，会在表面产生一层氧化膜或锈蚀层，这会严重影响碳钢制品的美观或使用寿命。碳钢酸洗的意义在于去除碳钢制品表面的氧化层或锈蚀层，使之能继续后续的加工，从而达到外表美观及更长的使用寿命。

碳钢酸洗传统工艺有硫酸酸洗和氢氟酸硝酸酸洗工艺，硫酸酸洗速度慢，效果不佳，氢氟酸硝酸清洗速度快但清洗过程中会释放出对人体有害气体，操作危险性大。当前的碳钢酸洗技术主要有电解酸洗和化学酸洗。化学酸洗使用的酸洗液主要由盐酸，硫酸，硝酸不同比例混合再配合以表面活性剂及各种缓蚀剂组成，在常温或者加热情况下采用浸泡法，喷淋法，涂刷法或擦洗法对碳钢表面进行清洗。电解酸洗，则与化学酸洗相结合，在化学酸洗前先通过电解槽电解酸洗，再利用化学酸洗彻底酸洗，以达到最优效果。

技术实现要素：

本发明解决的技术问题是：提出一种更为高效，优良，便捷的碳钢酸洗液及其应用。

为了解决上述技术问题，本发明提出的技术方案是：一种碳钢酸洗液，所述碳钢酸洗液的组分及含量为：

所述的其他酸为油酸、草酸中的一种或两种；

所述的缓蚀剂为聚乙二醇、硫脲、六亚甲基四胺、尿素中的一种或多种；

所述的表面活性剂由离子表面活性剂和非离子表面活性剂组成，所述离子表面活性剂为脂肪醇醚硫酸钠，所述非离子表面活性剂为壬基酚聚氧乙烯醚。

优选的，所述硫酸的浓度为400ml/L，所述磷酸的浓度为100ml/L。

优选的，所述的缓蚀剂为聚乙二醇、六亚甲基四胺中的一种或两种。

优选的，所述的缓蚀剂为聚乙二醇和六亚甲基四胺，所述六亚甲基四胺的浓度为2g/L，所述聚乙二醇的浓度为15g/L。

优选的，所述表面活性剂的脂肪醇醚硫酸钠和壬基酚聚氧乙烯醚的总浓度为30g/L。

优选的，所述的其他酸为油酸和草酸，油酸和草酸的总浓度为50g/L。

优选的，所述碳钢酸洗液的组分及含量为：

为了解决上述另一个技术问题，本发明提出的技术方案是：一种碳钢酸洗液的应用，所述碳钢制件浸没于所述碳钢酸洗液中，浸没温度为15～30℃，浸没时间为20～30min。

优选的，所述碳钢酸洗液可用于碳素结构钢的酸洗。

本发明的有益之处：

1、本发明中的碳钢酸洗液在常温下使用，采用硫酸和磷酸作为酸洗基础体系，加入缓蚀剂、表面活性剂与其他酸进行复配筛选，不仅能够有效抑制酸洗液的过度腐蚀，同时能够大大提高碳钢制件表面的清洁度。

2、本发明中的碳钢酸洗液清洗过后酸洗废液的酸浓度低，处理难度小。

3、本发明中加入的表面活性剂能加强酸洗液的浸蚀能力，并明显的降低碳钢表面与溶液表面的界面张力，能将碳钢表面的油污及杂质均匀分散到酸洗液中，提高酸洗效率。

4、本发明中加入的缓蚀剂可防止混合酸对碳钢基体产生过度的腐蚀，并控制反应程度。

附图说明

图1钢片在不同浓度硫酸酸洗液中的开路-电位曲线。

图2钢片在不同浓度磷酸酸洗液中的阳极极化曲线。

图3钢片在不同缓蚀剂酸洗液中的阳极极化曲线。

图4钢片在不同离子表面活性剂酸洗液中的阳极极化曲线。

图5钢片在不同非离子表面活性剂酸洗液中的开路电位-时间曲线。

图6钢片在不同其他酸酸洗液中的阳极极化曲线。

图7钢片在不同表面活性剂总浓度酸洗液中的开路电位-时间曲线。

图8钢片在不同总浓度其他酸酸洗液中开路电位-时间曲线。

图9钢片在不同浓度C₆H₁₂N₄酸洗液中的开位电路-时间曲线。

图10钢片在不同浓度PEG酸洗液中的开位电路-时间曲线。

图11钢片在不同缓蚀剂酸洗液中测得开路电位-时间曲线。

图12钢片在不同表面活性剂酸洗液中的阳极极化曲线。

具体实施方式

实施例1

目前的酸洗液配方多采用硫酸(H₂SO₄)和磷酸(H₃PO₄)混合，并在此基础上加入其他添加剂。实验在不加入其他添加剂条件下，先将H₂SO₄以不同浓度进行电化学实验的方法进行筛选。H₂SO₄浓度分别为100～400ml/L。

由图1中可以看出，H₂SO₄浓度为400ml/L，350ml/L，250ml/L时开路电位值较大，其值为0.5087V，0.5031V，0.4945V，在浓度为200ml/L，150ml/L，100ml/L时开位电路值较小，其值为0.4843V，0.4610V，0.4437V。同时，可看出随着H₂SO₄浓度的升高，开路电位值在逐渐升高。H₂SO₄浓度为400ml/L时酸洗液对钢片的腐蚀最小。

对比得出H₂SO₄加入的最佳含量为400ml/L，使用温度为常温，时间25min。

实施例2

钢片在加入400ml/L的H₂SO₄后，不同浓度磷酸(H₃PO₄)酸洗液中的阳极极化曲线示于图2。可以看出在同时存在H₂SO₄和H₃PO₄的酸洗液中的阳极极化曲线上稳定钝化区ΔE比单纯400ml/L的H₂SO₄溶液中变宽。H₃PO₄浓度为100ml/L时钢片的开路电位为1.06V，而浓度20～80ml/L时钢片的稳定钝化区ΔE在0.65V，0.62V，0.72V，0.69V，结合开路电位-时间曲线分析最佳的H₃PO₄浓度为100ml/L。

对比得出H₂SO₄与H₃PO₄加入的最佳含量分别为400ml/L与100ml/L，使用温度为常温，时间25min。

实施例3

钢片在不同缓蚀剂酸洗液中的阳极极化曲线于图3。从图中可以看出，该类缓蚀剂酸洗液中钢片的阳极极化曲线重合度非常高，都具有较宽且平稳的钝化区。其中缓蚀剂为六亚甲基四胺(C₆H₁₂N₄)时，钢片的稳定钝化区宽度ΔE最大，为1.28V，缓蚀剂为三乙醇胺硼酸酯(C₆H₁₂BNO₃)时钢片的稳定钝化区宽度ΔE最小，为1.08V。缓蚀剂为石油磺酸钡(R-SO₃Ba)，尿素(CH₄N₂O)，硫脲(CH₄N₂S)时，稳定钝化区宽度ΔE相等，均为1.11V。总体来看其他类缓蚀剂的酸洗液中钢片的稳定钝化区宽度ΔE都在1.0V以上，且较为接近。通过对电化学曲线分析可知当缓蚀剂为C₆H₁₂N₄、聚二乙醇(PEG)时钢片在酸洗液中的稳定钝化区宽度分别为1.28V、1.21V。与其他缓蚀剂条件下相比钢片的稳定钝化区宽度较大，钢片的腐蚀较小。综合安全成本等因素考虑，选择缓蚀剂为C₆H₁₂N₄、PEG。

碳钢酸洗液的组分及含量为：

硫酸 400ml/L

磷酸 100ml/L

缓蚀剂 10g/L

其中缓蚀剂为CH₄N₂O、C₆H₁₂N₄、PEG、CH₄N₂S、R-SO₃Ba、C₆H₁₂BNO₃、ZnSO₄、C₄H₆O₂中的一种。

对比得出加入C₆H₁₂N₄、PEG时的缓蚀效果最佳，使用温度为常温，时间25min。

实施例4

钢片在不同离子表面活性剂酸洗液中的阳极极化曲线于图4，不同离子表面活性剂条件下，钢片的阳极极化曲线走势一致，均有较宽的稳定钝化区。其中表面活性剂为脂肪醇醚硫酸钠(AES)时，钢片具有较大的稳定钝化区宽度ΔE，为1.28V，表面活性剂为水吗啉乙磺酸(MES)，十二烷基二甲基苄基氯化铵(1227)，十二烷基三甲基氯化铵(1231)，α-烯基磺酸钠(AOS)时钢片的稳定钝化区宽度较为接近，分别为1.09V，1.14V，1.15V，1.15V可以看出酸洗液中表面活性剂为AES时，钢片的腐蚀最小。

碳钢酸洗液的组分及含量为：

硫酸 400ml/L

磷酸 100ml/L

离子表面活性剂 10g/L

其中离子表面活性剂为MES、1227、1231、AOS、AES中的一种。

对比得出加入AES后酸洗液的缓蚀效果最佳，使用温度为常温，时间25min。

实施例5

钢片在不同非离子表面活性剂酸洗液中的开路电位-时间曲线于图5，对所有不同非离子表面活性剂酸洗液中钢片的开路电位进行对比可知，非离子表面活性剂为壬基酚聚氧乙烯醚(NP10)时开路电位最大，为-0.3137V，即酸洗液中非离子表面活性剂为NP10时，钢片的腐蚀最小。

碳钢酸洗液的组分及含量为：

硫酸 400ml/L

磷酸 100ml/L

非离子表面活性剂 10g/L

其中非离子表面活性剂为NP10、TX4、NP9、FMEE、OB2、OP10中的一种。

对比得出加入NP10后酸洗液的缓蚀效果最佳，使用温度为常温，时间25min。

实施例6

图6示出钢片在不同其他酸酸洗液中的阳极极化曲线。图中可以看出缓蚀剂为醋酸(CH₃COOH)，柠檬酸(C₆H₈O₇)，乳酸(C₃H₆O₃)，草酸(C₂H₂O₄)时稳定钝化区非常小，为0.69V，0.68V，0.75V，0.71V，在电位达到0.2V之后直接进入过钝化区。其余曲线趋势正常，有较宽且平稳的钝化区。其中缓蚀剂为油酸(C₁₈H₃₄O₂)时稳定钝化区ΔE最大，为1.19V。综合安全成本等因素考虑，选择其他酸为C₁₈H₃₄O₂、C₂H₂O₄。

碳钢酸洗液的组分及含量为：

硫酸 400ml/L

磷酸 100ml/L

其他酸 20g/L

其中其他酸为C₆H₈O₆，C₃H₆O₃，CH₃COOH，C₁₈H₃₄O₂，C₂H₂O₄，C₆H₈O₇，C₇H₆O₃，C₆H₁₈O₂₄P₆中的一种。

对比得出，加入C₁₈H₃₄O₂、C₂H₂O₄的酸洗液缓蚀效果最佳，使用温度为常温，时间25min。

实施例7

图7为钢片在不同总浓度其他酸酸洗液中开路电位-时间曲线。图中可以看出整体开路电位-时间曲线较为平滑，其他酸总浓度为50g/L，60g/L时开路电位较高，分别为-0.3828V，-0.3843V。其他酸总浓度为20g/L，30g/L，40g/L时开位电路较低，分别为-0.3945V，-0.3975V，-0.3996V。综合来看开路电位大小，当其他酸总浓度为50g/L时开位电路最大，钢片在此浓度下腐蚀最小。

碳钢酸洗液的组分及含量为：

其中离子表面活性剂为NP10和AES，其他酸为C₁₈H₃₄O₂和C₂H₂O₄。

对比得出，加入其他酸总浓度为50g/L的酸洗液缓蚀效果最佳，使用温度为常温，时间25min。

实施例8

图8示出钢片在不同表面活性剂总浓度酸洗液中的开路电位-时间曲线，从图中可以看到表面活性剂总浓度为30g/L时开路电位最大，为-0.3802V。表面活性剂总浓度为40g/L，10g/L时开路电位相近，为-0.3934V，-0.397V。表面活性剂总浓度为20g/L时开路电位最小，为-0.417V。图中可以看到不同表面活性剂总浓度时钢片的开路电位-时间曲线走势相同，均为随着电位增加从高到低逐渐平稳。随着表面活性剂总浓度的减小开路电位先增大后减小，表面活性剂总浓度为30g/L时，钢片的腐蚀最小。

碳钢酸洗液的组分及含量为：

其中其他酸为C₁₈H₃₄O₂和C₂H₂O₄，表面活性剂为NP10和AES。

对比得出，加入NP10和AES总浓度为30g/L的酸洗液缓蚀效果最佳，使用温度为常温，时间25min。

实施例9

钢片在不同浓度C₆H₁₂N₄酸洗液中的开位电路-时间曲线于图9。由图中可以看出不同浓度C₆H₁₂N₄时开路电位-时间曲线总体较为平滑，其中当C₆H₁₂N₄浓度为1g/L，2g/L时开路电位为-0.3827V，-0.376V，呈递增状态，当C₆H₁₂N₄浓度为3g/L，4g/L，5g/L开路电位值为-0.4155V，-0.4058V，-0.4022V亦呈递增状态。可以看出C₆H₁₂N₄浓度为2g/L时开位电路最大，此时钢片的腐蚀最小。

碳钢酸洗液的组分及含量为：

其中离子表面活性剂为NP10和AES，其他酸为C₁₈H₃₄O₂和C₂H₂O₄。

对比得出加入2g/L的C₆H₁₂N₄时的缓蚀效果最佳，使用温度为常温，时间25min。

实施例10

钢片在不同浓度PEG酸洗液中的开位电路-时间曲线于图10。可以看出，随着PEG浓度的增大，开位电路变化无规律可循，其中为PEG浓度为15g/L，30g/L时，开位电路较大，为-0.3644V，-0.3705V。PEG浓度为5g/L，10g/L，20g/L，25g/L时，开位电路均较小，为-0.403V，-0.3987V，-0.4051V，-0.3931V。可以看出PEG浓度为15g/L时钢片的腐蚀最小。

碳钢酸洗液的组分及含量为：

其中离子表面活性剂为NP10和AES，其他酸为C₁₈H₃₄O₂和C₂H₂O₄。

对比得出加入15g/L的PEG时的缓蚀效果最佳，使用温度为常温，时间25min。

对比例1

碳钢酸洗液的组分及含量为：

H₂SO₄ 400ml/L

H₃PO₄ 100ml/L

缓蚀剂 10g/L

其中缓蚀剂为NaH₂PO₂·H₂O，NaH₂PO₄，Na₂S₂O₈，C₇H₅NaO₂，Na₂S₂O₃，Na₃PO₄中的一种。

钢片在不同缓蚀剂酸洗液中测得开路电位-时间曲线于图11所示。可以看出，在这些缓蚀剂酸洗液中的开位电路-时间曲线基本都遵循先随着电位增大先下降后平稳的规律。当缓蚀剂为次亚磷酸钠(NaH₂PO₂·H₂O)开路电位值最小，其值为-0.385V。当缓蚀剂为磷酸二氢钠(NaH₂PO₄)，过硫酸钠(Na₂S₂O₈)，苯甲酸钠(C₇H₅NaO₂)开路电位值较大，其值为-0.3477V，-0.3479V，-0.353V，其中加入了NaH₂PO₄缓蚀剂的酸洗液的开路电位值最大，但是无法超越PEG和C₆H₁₂N₄在酸洗液中的耐腐性能。

对比得出虽然在众多缓蚀剂中NaH₂PO₄的耐腐效果最佳，但其耐腐性能还是低于PEG和C₆H₁₂N₄的使用效果，使用温度为常温，时间25min。

对比例2

碳钢酸洗液的组分及含量为：

H₂SO₄ 400ml/L

H₃PO₄ 100ml/L

缓蚀剂 10g/L

其中缓蚀剂为MES-30，CAB-35，BS12，LAD-30，LOA，SX-BS12中的一种。

钢片在不同表面活性剂酸洗液中的阳极极化曲线如图12所示。图中可以看出，各条曲线走势基本相同，具有很接近的钝化电位，且稳定钝化区重合度较高。其中表面活性剂为2-吗啉乙磺酸(MES-30)时，钢片具有最大的稳定钝化区宽度ΔE，为1.27V。表面活性剂为甜菜碱(CAB-35)，十二烷基二甲基胺乙内酯(BS12)，月桂基两性乙酸钠(LAD-30)时稳定钝化区宽度ΔE相同，均为1.13V。表面活性剂为CAB-35时，钢片具有最小的稳定钝化区宽度ΔE，为1.1V。综合开路电位-时间曲线分析可知表面活性剂为MES-30时，钢片在上述酸洗液中的腐蚀最小，但在表面活性剂AES与NP10时，钢片的稳定钝化区宽度ΔE，为1.28V，1.39V，大于面活性剂为MES-30时钢片的稳定钝化区宽度，因此表面活性剂为AES与NP10时，钢片的腐蚀相对最小。

对比得出虽然在众多表面活性剂中MES-30的缓蚀效果最佳，但其耐腐性能还是低于AES与NP10的使用效果，使用温度为常温，时间25min。

发明的不局限于上述实施例所述的具体技术方案，凡采用等同替换形成的技术方案均为本发明要求的保护范围。