水基防銹液研究現狀和發展趨勢

李妲麗 鄧象賢

中國石化潤滑油有限公司上海研究院

本文依據所使用的水溶性緩蝕劑類型，介紹了水基防銹液產品的研究現狀；展望了水基防銹液的發展趨勢。

水基防銹液是在水中加入各種水溶性緩蝕劑、表面活性劑、成膜劑、消泡劑、殺菌劑等能抑制金屬制品發生化學或電化學反應的一種防銹產品，可以對金屬制品提供暫時性防護。

金屬材料受周圍空氣、水、雜質等的影響發生化學或電化學多相反應而產生金屬銹蝕。金屬銹蝕非常普遍，據統計，每年因腐蝕造成的鋼鐵損失約占當年鋼鐵產量的10%～20%[1]。因金屬腐蝕引起的停產、停電等間接的損失就更無法計算。為降低經濟損失，用水基防銹液來保護金屬材料是一種常見的防護方法。近年來，隨著金屬加工技術的提升，對水基防銹液產品的質量提出了更高的要求，我國水基防銹液在開發研制、產品更新及應用等方面均取得了較大的進展。

水基防銹液研究現狀

水基防銹液的種類很多，其中水溶性緩蝕劑起主要作用，主要有以下幾類。

無機鹽類水基防銹液

亞硝酸鈉水基防銹液是最早使用的水基防銹產品。亞硝酸鹽型水基防銹液的成本較低、使用方便、防銹性能好，曾被廣泛使用。但亞硝酸鹽能轉化成致癌物，危害人員健康，所以其使用受到了限制[2]。

鉻酸鹽型防銹液具有很好的防銹效果，至今在某些領域仍被大量使用，但鉻金屬能造成重金屬污染，所以在使用上受到了限制，并且隨著各種禁止法規、替代品的出現，其使用量不斷減少[3]。

磷酸鹽型防銹液能形成堅硬的磷化膜，從而起到工序間防銹的作用，但傳統的工藝復雜，能耗高，且產生磷化殘渣屬于危險固廢物，易造成水的富營養化，因此磷化型防銹液受到限制。

目前研究較多的替代方案有：鈦、鋯系防銹產品，其具有較高的穩定性，良好的防銹能力，且形成的膜能有效加強涂層與金屬基體的結合力。江峰等[4]研究了新型納米鋯鹽在冰箱行業的應用，用鋯膜涂裝后進行了漆膜附著力、鹽霧試驗等方面的性能測試，測試結果顯示新型納米鋯鹽技術具有很好的應用潛力。劉華寧[5]以鈦酸鹽、鋯酸鹽為主鹽，與其他添加劑復配，室溫條件下，在鋁合金上得到了具有優良緩蝕性能的膜層。

近年來，研究較多的還有硅酸鹽。硅酸鹽是一種環境友好型防銹劑，具有資源豐富、價廉、無毒等優點，硅酸鹽主要由硅、氧及金屬元素三部分組成。但硅酸鹽的耐水性耐堿性較差、易粉化，一定程度上縮短了其防銹期，提高其防銹性能有待進一步研究。鄭典模[6]等以低濃度硅酸鋰溶液，復配多種助劑，研制出了環保型硅酸鋰水基防銹液，該防銹液無毒環保，防銹性能好，存儲60 d后仍具有理想的防銹效果，性能穩定。杜天源[7]等以環保型防銹劑硅酸鹽為主要原料，添加酰胺型表面活性劑制備水基防銹劑，涂抹該水基防銹劑可明顯改善碳鋼的耐蝕性能，具有良好的應用前景。

醇胺與酸的復配水基防銹液

醇胺與酸常溫下復配能生成醇胺鹽。乙醇胺是較常用的醇胺，有一乙醇胺、二乙醇胺和三乙醇胺3種，酸可以分為有機酸和無機酸。史寧[8]等以三乙醇胺、硼酸等為原料合成了一種環保型水基防銹劑，該水基防銹劑的穩定性在2周以上，且成膜后可明顯延緩冷軋鋼板的腐蝕速率，其大氣腐蝕試驗通過時間可達35 d，且該水基防銹劑價格較低。

宋揚揚[9]等在堿性溶液中，以天門冬氨酸、辛酸酰氯、三乙醇胺為原料制備了N-辛酰天門冬氨酸三乙醇胺鹽水基防銹劑，該物質含有的極性基團，可吸附在金屬表面形成保護膜，具有良好的潤滑和防銹性能，且該類物質可生物降解，對環境友好。

蔣海珍[10]等合成了一種水溶性有機羧酸醇胺鹽防銹劑，并對該防銹劑的分子結構和性能進行了研究，結果表明其防銹性與分子中的極性基團種類及數目、分子烷鏈長度有關，并進一步合成出了有機羧酸醇胺鹽防銹劑，0.25%的水溶液可使得一級灰口鑄鐵制品的銹蝕試驗的不銹時間達48 h。

焦龍[11]等以癸二酸、硼酸、十一碳二元酸、三乙醇胺、單乙醇胺為原料合成的水基防銹劑用于熱軋和冷軋鋼板上均能表現出良好的防銹性能，其5%工作液在濕熱條件（相對濕度≥95%、50 ℃）下防銹期均可達5 d。

多元醇酯防銹液

近年來，多元醇酯防銹液的研究逐漸增多。植酸是一種性能優良的多元醇酯防銹劑，其他還有失水山梨醇單油酸酯、季戊四醇酯等。鐘雪麗[12]使用植酸為主緩蝕劑，再添加成膜劑及助劑等，調配出一種無毒環保水基防銹液。試驗結果證明聚天冬氨酸與植酸復配最佳，加入成膜劑能顯著提高防銹液的整體防銹效果，并用硫酸銅點滴試驗證明了該水基防銹液成膜的完整性。

王培鵬等[13]在植酸為主要成分的工序間防銹液中，添加生物緩蝕劑、稀土緩蝕劑，對機加工零件經過工序間防銹處理的試樣進行濕熱(相對濕度90%、50 ℃)環境下的加速腐蝕、中性鹽霧腐蝕試驗，濕熱試驗120 h 出現銹蝕，中性鹽霧試驗150 min 出現銹蝕，其防銹性能遠高于只有植酸的防銹試樣，說明稀土緩蝕劑和生物緩蝕劑與植酸具有協同緩蝕作用，可有效提高鋼鐵零件的防銹能力。植酸對環境影響小，成本低，其作為一種環境友好型防銹液，值得進一步研究探索。

硅烷偶聯型防銹液

硅烷偶聯劑按照化學結構分為單硅烷和雙硅烷偶聯劑兩大類，其化學通式分別為：Y-(CH2)n-Si-(OR)3和(RO)3-Si(CH2)n-Y-(CH2)n-Si-(OR)3，RO- 為可水解的烷氧基，Y 為官能團。單超[14]采用硅酸鈉與一甲三氯硅醇的復合物，添加成膜劑聚乙二醇、儲備堿、成膜助劑、硅烷偶聯劑等復配出適于輸油管道內腔的水基防銹液。經試驗考察得出了最佳配方。硫酸銅點滴試驗可過120 s，驗證該配方成膜均勻致密，該配方對廢物進行再利用，值得推廣。

吳海江[15]等先用鋼板進行鉬酸鹽鈍化，再對硅烷鈍化的處理，得到的雙層膜層，結構復雜，且同時具備了兩個膜層的性質，增強了膜層的耐蝕性能，有效提高其防銹性能。

因為硅烷偶聯劑環保性好，來源廣泛，價格低廉，防銹性能好，且可處理鐵、鋁等很多金屬[16]，所以對硅烷偶聯劑的研究及應用已逐漸顯示出了巨大的潛力。

苯并三氮唑類防銹液

焦斌[17]等用以改性苯丙乳液為主要原料，與防銹劑苯并三氮唑、助劑乙二醇等復配，制備的改性苯丙乳液水基防銹劑能較好地將金屬基體與外界腐蝕環境隔絕，從而防止金屬腐蝕。該水基防銹液涂于Q235 鋼板后，其防銹性改善明顯，其防銹性明顯能優于市售 403 防銹劑，且該防銹膜與面漆配套性能良好，其附著力達到了1 級，具有良好的應用前景。

金屬表面自組裝防銹液

一些有機物分子在溶液中能自發吸附在金屬表面，形成一層排列緊密的疏水性單分子層，可有效阻止H2O、O2及電子向金屬表面的傳輸，金屬基體發生氧化的臨界電位正移，金屬表面的氧化-還原電流降低[18]，從而起到了防止金屬銹蝕的作用，該過程就是防銹劑分子在金屬基體表面的自組裝。李道華等[19]研究了MoS42-和WS42-在金屬基體表面形成的簇合物膜，其具有極好的防銹效果。

氣相防銹液

氣相緩蝕劑在常溫下具有較大的蒸氣壓，其揮發后吸附到金屬表面，能使金屬表面鈍化或活性點失活，從而防止金屬銹蝕。因氣相防銹液的氣體無孔不入，使得不能直接與防銹液接觸的表面如金屬制品內腔、溝槽和縫隙等都得到保護，且防銹周期長，無污染，使用方便，成本低，所以能在金屬防護領域得到廣泛應用[20]。羅永秀[21]等研制的黑色金屬水基氣相防銹液Z-55，對低碳鋼和硅鋼均具有優越的防銹性，既可涂于原紙上用于制作氣相防銹紙，又可用于黑色金屬制品的工序間防銹和內腔封存防銹。

水基防銹液的發展趨勢

隨著水基防銹液應用的持續深入，經過不斷研究與實踐，對水基防銹劑的要求也將更高。隨著能源危機的不斷加聚，以及人們對健康、環保問題的日益重視，發展環境友好型水基防銹劑將成為熱點課題[22]。近年來，越來越多的科研工作者以天然植物為原料，從中提取高效、無毒防銹劑，或是從廢料中提取有效物質等，變廢為寶，充分利用資源。

另外，開發多功能的水基防銹劑也將成為熱點。在金屬防護領域中，對防銹劑的要求不僅僅局限于防銹性能，同時還需具備如殺菌、潤滑等其他性能。開發的多功能防銹劑如具有一劑多效的特點，能擴大其使用領域，有效降低成本[23]。