植酸在金屬表面處理中的現狀

李青竹

摘要：植酸是一種新型的防護金屬腐蝕的螯合物。植酸與金屬絡合后，易在金屬表面形成一層致密的單分子保護膜，能有效阻止氧氣與金屬基體接觸，從而達到耐蝕的目的。同時,該保護膜中的羥基、磷酸基等活性基團，能與有機涂層發生化學作用，因此，經植酸處理后的金屬表面與有機涂層有良好的附著力。對環境友好的植酸化合物自組裝修飾于銅基電極表面，進行了電化學極化曲線實驗,獲得了最佳組裝實驗條件。

關鍵詞：植酸金屬處理

植酸是從糧食作物中提取的天然的無毒化合物，它的化學名稱為環己六醇六磷酸酯，由于它的分子中有6個磷酸基，是一種少見的金屬多齒鰲合物。植酸與金屬絡合后，易在金屬表面形成一層致密的單分子保護膜，能有效阻止氧氣與金屬基體接觸，從而達到耐蝕的目的。同時，該保護膜中的羥基、磷酸基等活性基團，能與有機涂層發生化學作用，因此，經植酸處理后的金屬表面與有機涂層有良好的附著力。

一、植酸在鎂-鋰合金上的應用

鎂-鋰合金是一種新型的、最輕的金屬結構材料，除了具有一般鎂合金的高比剛度、高沖擊韌度、良好切削加工性等優點外，還具有密度小、塑性高、優良的電磁屏蔽及抗震性等特點。鎂-鋰合金最初用在宇宙飛船、航天飛機、火箭等重要裝備上，上世紀90年代以來，才被廣泛應用在汽車、醫療器械和3C電子產品等方面。然而，鎂-鋰合金的耐蝕性能很差，限制了它的進一步應用。因此，研究提高鎂-鋰合金耐蝕性具有重要的現實意義。將植酸加入到陽極氧化過程使用的基本電解液中，在鎂-鋰合金表面制得了陽極氧化膜。討論了植酸的質量濃度對氧化膜表面形貌和耐蝕性能的影響。

采用浸漬法，室溫下在以植酸為主要成分的水溶液中制備了鎂表面的耐蝕性轉化膜，膜層制備后自然瀝干，不需水洗。整個工藝過程中無廢水及廢氣排放。利用正交試驗分析了多因素對鎂植酸轉化膜耐蝕性影響，探明了膜層形成的最佳條件。結果表明，在處理液中主要成分植酸的質量分數為3%、pH值2.5~3.5、反應時間7 min的條件下制備的膜層具有最佳的性能，并對膜層的微觀形貌進行了表征。環境友好型防腐蝕植酸處理技術有望成為新的鎂表面防腐處理技術。

二、植酸對銅表面的緩蝕作用

植酸具有特殊的分子結構和很強的螯合作用及一定的成膜性且無毒無污染，是一種少見的金屬多齒螯合劑，當與金屬絡合時，易形成多個螯合環，所形成的絡合物穩定性極強，即使在強酸性環境中，植酸也能形成穩定的絡合物。因此植酸易在金屬表面形成自組裝膜，能有效地阻止腐蝕介質與金屬表面接觸，從而阻止金屬的腐蝕。但植酸分子的剛性大、空間位阻也相對較大，影響了分子在表面的緊密排列，所形成的膜有一定的缺陷。以銅基(純銅與黃銅)材料制備電極，將植酸分子通過自組裝技術修飾于電極表面，形成有序的單層.在0. 1 mol/LNaCl介質中，對植酸修飾層進行電化學極化曲線實驗和交流阻抗觀察，重點考察了組裝濃度、時間以及pH等自組裝因素，系統比較與評價組裝條件與銅基材料上植酸層緩蝕性能的關系，通過實驗的類比，優化了成膜方法。

植酸在較低濃度下組裝，對于純銅與黃銅均提高了緩蝕性能，尤其對于合金如黃銅成效顯著.同時，在腐蝕液環境中，經交流阻抗分析，解析了植酸組裝層的緩蝕機理。

三、植酸在鍍鋅鈍化中的應用

植酸由于含有六個磷酸基，對金屬具有較好的鰲合性，如在pH3-4時對鋅的絡合常數是15.5，因此，國外正將其用作金屬的緩蝕劑，如用作熱交換器的冷凝水的抗腐蝕劑，用作鋼的底漆的抗腐蝕劑圖，用作鋁和鋁合金的表面處理劑及作為鋅與鋅合金鍍層的表面處理劑。由于鍍鋅層鉻鈍化中的鉻酸鹽的毒性和價格的昂貴，八十年代以來人們紛紛開始對鍍鋅層進行無鉻鈍化的研究，并采用加入合成的烴基膦酸(如HEDP)提高其緩蝕作用。我們按曾報道的方法從米糠中提取植酸鬧，將其用于鍍鋅的無鉻鈍化中，比較它們與烴基膦酸對鈍化膜的緩蝕性能，我們發現植酸對鈍化膜的緩蝕性能優于其他的烴基膦酸。 過去鍍鋅層鈍化一般采用鉻酸法，價格昂貴，環境污染嚴重.近年來許多人紛紛探討研究對鍍鋅層進行無鉻鈍化，并采用加入各種有機合成磷酸，提高其防腐性能，但效果一直不令人如意，然而將植酸用于鍍鋅的無鉻鈍化中，防腐性能優于各種烴基膦酸。

植酸的加入能延緩鈍化膜的腐蝕，并且其抗腐蝕能力優于其他烴基膦酸，這可能是由于植酸有六個氧和六個磷酸基，它們能與多個鋅離子鰲合，附集于鈍化膜的表面增加了鈍化膜的抗腐蝕性能。

四、植酸在鋁合金上的應用

將Al及其合金放入含Ti、Zr、Fe離子二種或兩種以上、pH值=9的堿性水溶液中進行處理后水洗干燥，再用含植酸的酸性水溶液處理。特點是防腐性好、涂膜致密、外觀優良。

H2TiF60.2 g/L，ZrSO40.2 g/L，Fe(OH)30.2g/L，Na5P3O100.2 g/L，C5H6O71 g/L，NaOH適量；pH值11.5~13.8，溫度70℃，將Al或其合金材料在上述堿性水溶液中浸漬6 s，用水洗凈后，放入含植酸20 g/L的水溶液中(pH=3.5)，60℃浸漬6 s，用去離子水清洗干凈，干燥即可。

結論

植酸以其獨特的理化性能，可在金屬表層形成堅固致密的單分子保護膜，抑制金屬的氧化腐蝕，可廣泛地應用于金屬防護處理中，雖然我們在植酸生產與應用方面做了一些工作，并取得了較大的成績，但與目前國外發達國家相比，還有相當的差距。植酸在金屬防護處理中的廣泛應用，能大幅度提高產品質量，降低生產成本，減少環境污染，對提高經濟效益和社會效益有著不可估量的價值。

參考文獻：

[1]朱傳方，張景齡，劉義平.植酸的制取新工藝，中國醫藥工業，1990.3

[2]陳洪希.肌醇六磷酸脂在低溫磷化液中的應用[J].四川化工與腐蝕控制，2000.3(4):7-11