王芙慶

（中海油惠州煉油分公司，廣東 惠州 516084）

1 前言

金屬腐蝕是金屬與周圍環(huán)境介質之間發(fā)生化學或電化學作用而引起的破壞或變質。它是悄悄自發(fā)進行的一種冶金的逆過程，在人們生產(chǎn)實踐和生活中是經(jīng)常見到的一種現(xiàn)象，給人類帶來巨大的經(jīng)濟損失和社會危害。

首先，金屬腐蝕問題會造成巨大的經(jīng)濟損失。金屬腐蝕給人類造成的危害和損失甚至超過風災、火災、水災和地震等自然災害的總和。有資料顯示，全世界每年由于腐蝕問題造成經(jīng)濟損失約占當年國民經(jīng)濟生產(chǎn)總值的，但其中大約四分這一是可以通過改善防腐蝕措施來避免的。因腐蝕報廢的鋼鐵高達總產(chǎn)量的三分之一，其中約占百分之十的廢品不能回收重煉，這無論對資源或能源來說，都是一個巨大的損失。

其次，金屬腐蝕問題會造成各種社會問題。腐蝕不僅大量吞噬鋼材，同時由于生產(chǎn)過程中的腐蝕造成設備的跑、冒、滴、漏，不僅污染環(huán)境，甚至著火、爆炸，從而引起廠房、機器設備破壞，釀成嚴重的事故，危及人身安全。由此，我們可以看到腐蝕防護問題的重要性，鋼鐵材料經(jīng)過發(fā)黑處理，可快速形成整體顏色均勻一致的發(fā)黑膜，發(fā)黑后工件經(jīng)封閉液處理，保護膜附著牢固、防腐性強，可達到高抗蝕的目的。

表1 配方正交實驗因素水平

表2 配方初選正交實驗結果

2 常溫無毒發(fā)黑液的研究配方初選

經(jīng)過預先探索性試驗，初步確定配方為:硫酸銅、磷酸二氫鋅、檸檬酸、偏釩酸鈉、硝酸鈉，溫度為室溫(約 20 度)。以外觀結果為檢驗指標，通過

正交實驗確定配方中各組分的濃度范圍。正交實驗表如表1所示。

配方初選結果如表2所示:

由表2可知，能形成發(fā)黑膜，且外觀較好的只有實驗編號為3，11，18這三個實驗。綜合這3個實驗的配方組分，將初選配方定為:硫酸銅2g/L，磷酸二氫鋅7g/L、檸檬酸2g/L，硝酸鈉2g/L、硝酸鈉3g/L，pH值為4，溫度為室溫，處理時間為出現(xiàn)完整發(fā)黑膜后再在發(fā)黑液中停留1min左右。

3 單因素實驗結果與分析

以耐腐蝕性試驗的結果為檢驗指標。在上述配方的基礎，采用只改變其中一種成分，而其它成分不變的方法，來研究該配方中不同成分對發(fā)黑膜性能的影響及其在發(fā)黑過程中的作用。

3.1 pH值對發(fā)黑膜性能的影響

發(fā)黑液配方為硫酸銅2g/L，磷酸二氫鋅7g/L、檸檬酸2g/L，偏釩酸鈉2g/L，硝酸鈉2 g/L，溫度為室溫，處理時間為出現(xiàn)完整發(fā)黑膜后繼續(xù)再在發(fā)黑液中停留1 min左右。考察pH值對發(fā)黑膜的耐腐蝕性的影響。其實驗結果如圖1所示。

圖1 pH值對耐蝕性的影響

從實驗結果可知:pH值對發(fā)黑的影響較大，當pH值過低或過高時，不能形成發(fā)黑膜或者形成的發(fā)黑膜質量十分差。pH值較低時，如果氧化劑的濃度低，只能形成一層紅色的銅膜；如果氧化劑的濃度較高，則形成的發(fā)黑膜附著非常差。pH值過高時磷酸根離子容易與金屬離子反應生成沉淀。導致發(fā)黑液不能穩(wěn)定的存在。由圖1中可知，當發(fā)黑液的pH值為4時，發(fā)黑液能穩(wěn)定存在，且經(jīng)發(fā)黑處理形成的發(fā)黑膜耐蝕性能較好。

表3 配方正交實驗因素水平

3.2 正交優(yōu)化實驗結果與分析

通過單因素實驗得到發(fā)黑液的配方為:硫酸銅2g/L、磷酸二氫鋅6g/L、檸檬酸3g/L L、偏釩酸鈉 2g/L，硝酸鈉 2g/L，pH 值為 4，處理時間為出現(xiàn)完整發(fā)黑膜后再在停留1min左右。用硫酸銅點滴法檢驗用此發(fā)黑液處理的鋼片的耐腐蝕性，其結果為145s。

并確定正交實驗中各組份的含量范圍為:硫酸銅1～4g/L、磷酸二氫鋅5～8g/L、檸檬酸1～4g/L、偏釩酸鈉1～4g/L、硝酸鈉1～4g/L?？紤]pH值的變化對發(fā)黑反應影響大，將pH值定為4，處理時間為出現(xiàn)完整發(fā)黑膜后再在停留1min左右。

4 發(fā)黑液配方的優(yōu)化

為進行一步提高發(fā)黑膜的耐腐蝕性，在單因素實驗的基礎上進行正交優(yōu)化實驗。在單因素實驗的確定的配方范圍，在工藝條件pH值為4，處理時間為出現(xiàn)完整發(fā)黑膜后再在停留1min左右。以耐腐蝕性為考察指標，利用L16(45)表進行4水平5因素的正交實驗，如表3。由正交實驗得到發(fā)黑液的優(yōu)化配方。最后在最優(yōu)配方下，通過實驗得到最佳的發(fā)黑時間。

[1]劉永輝，張佩芬.金屬腐蝕學原理[M].北京:航空工業(yè)出版社，1993:20.

[2]李豐春，程秀云，劉波.防腐蝕工[M].北京:化學工業(yè)出版社，2004:1-20.