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水性防锈剂的行业需求、应用现状及其发展趋势

来源:http://www.lyrundeli.com/news687365.html发布时间:2021/9/20 3:00:00


众所周知,金属的锈蚀不仅存在于机械设备器件,也存在于日常生活用具中,是人们生产上、生活上经常碰到的问题。然而,许多本来可以防止的金属锈蚀现象,却往往由于人们缺乏必要的防护常识而发生 ,致使设备、用具的锈蚀或报废,造成不必要的损失。随着工业生产的迅速发展,人们对防锈工作的要求越来越高,防腐科学在国民经济中的地位日益突出。水性防锈剂的应用越来越广泛。


一、水性防锈剂的应用性能需求


不同行业对水性防锈剂的防锈周期、环保要求、残留情况、化学成分、使用温度等要求均不相同,比如 :


(1)热处理淬火(油淬)工件清洗防锈后,要求水性防锈剂能耐一定高温,经过不同温度回火(约170~450 ℃)后,仍然能够保持几天的防锈能力,沿海的企业还要求能够抵抗盐雾的腐蚀。多数情况下,工件在回火后还同时要求表面具有较好的均匀性和光亮性,不能有油斑、黑斑或白斑等残留,这就要求水性防锈剂具有很好的润湿性,不容易产生残留。而对于渗氮工艺,还要求热处理前的清洗和防锈不能影响渗氮后的工件表面状态,不能产生掉皮现象。


(2)使用水溶性淬火剂进行高频或中频淬火时,存在瞬间高温,淬火后工件表面的余温较高,很容易产生浮锈,尤其在高温季节或梅雨季节,对水性防锈剂性能提出了较高的要求。工序间放置时间较长时,比如超过1 周,则需要单独进行防锈,且水性防锈剂不能影响后道的金属加工介质,如磨削液。


(3)金属加工过程中要求切削液具有较好的防锈功能,由于新加工的表面已经去除了氧化层,表面能较高,容易引起生锈,因此要求所使用的金属加工液具备较好的叠片防锈(一般应 24 h 合格)和铸铁屑防锈功能,同时工件叠加放置时不容易产生迭印。此外,所使用的金属加工液应对机床具有一定的保护作用,在正常维护和不停机的情况下不应造成机床生锈,不对机床配件如铜件造成腐蚀。对于混材加工的企业,不仅要求对黑色金属具有防锈作用,还要求能对有色金属具有保护作用。




(4)清洗后工序间防锈或装配前的防锈要求清洗防锈二合一产品或水性防锈剂产品具有工序间防锈功能,不过现场工艺不同,防锈时间要求也不一样,如铸铁材质的发动机缸体或缸盖最长防锈期可能需要达到 2 周时间,变速箱零件一般为 1~2 天,最长可能达到 5 天。此外,要求处理后的零件表面不能有白色残留、固体杂质残留、水纹或软粘性残留,不能影响后续的焊接工艺或装配,满足清洁度控制要求,不能影响装配精度。


(5)钢板涂装前处理脱脂后,需经过几道水漂洗,在水洗过程中钢板表面容易产生浮锈,会影响后道表面处理质量,如在水洗工序中加入防锈剂,不仅要量小,同时化学成分还不能对后道的表面处理剂成膜造成影响。综上所述,不同行业的防锈要求差别很大,所用到的防锈原理和防锈材料也不一样,只有深入用户现场,通过观察、访谈和交流不断的了解和挖掘客户的真正需求,包括客户没有提出来的潜在需求,才能更好的满足使用要求。


二、水性防锈剂研究和应用现状


目前金属加工行业内常用的防锈材料主要分为以下几类 :

(1)无机类的,主要有亚硝酸钠、钼酸盐、硼酸盐等,其中亚硝酸盐和钼酸盐属于氧化性防锈剂,但形成的防锈膜层并不是非常致密,需要一些成膜剂辅助。


(2)有机类的,主要有醇胺、羧酸盐(以一元酸、二元酸和三元酸为主)、硼酸酯、酰胺等,该类防锈材料在不同行业均会有所应用。其中羧酸类是应用最广泛的一类防锈添加剂,使用前需要与不同类型的醇胺中和成羧酸胺使用,但该类防锈剂成本较高。硼酸酯类防锈剂不仅具有较好的抗迭印效果,还具有一定的抗菌能力,但这类防锈剂不够稳定,有水解的可能性。


(3)成膜助剂,目前报道较多的是聚乙二醇、聚丙烯酸钠、水溶性树脂等,有人曾做过试验验证,PEG1500 比 PEG400 具有更好的成膜效果。




(1)低残留水性防锈剂研究的专利现状


根据水性防锈剂的应用实践,金属加工行业对于工件加工后的表面要求越来越高,无论是水性防锈剂单独使用,还是添加到其他水性金属加工液中使用,均要求使用后工件表面不能有肉眼可见残留(包括白色残留、固体颗粒物、软粘性残留等),且不能影响后道加工,如装配、焊接等。因此,针对低残留水性防锈剂的研究,已成为众多行业内从业者的研究对象之一,目前已经公开、审查或授权的研究成果或研究进展详见下表 1。




由表 1 可知,低残留水性防锈剂的特点是主要采用有机物作为主防锈剂,如羧酸盐、醇胺、硼酸、硼酸酯、硅烷等,同时添加一些成膜助剂增强成膜效果,如聚丙烯酸钠和聚乙二醇,考虑到润湿性和渗透性,成膜助剂也可以是一些表面活性剂或醇醚溶剂,可选用的表活主要是阳离子表面活性剂和非离子表面活性剂。其中,阳离子表面活性剂吸附在金属表面后,烷基链暴露在空气中具有一定的疏水效果,有助于隔离潮湿空气,并保持自清洁功能,将是水性金属防锈剂的一个重要研究方向。




(2)水性防锈剂应用现状


热处理行业常见的生锈问题是回火后生锈、回火后放置过程中生锈或回火并抛丸后生锈,极端情况下淬火清洗后就会出现生锈。目前行业内越来越多的客户开始使用环保型水性防锈剂,淬火后用水性清洗剂清洗并用水性防锈剂漂洗,但这类防锈剂有个缺点,由于有效防锈成分主要是有机物,在进行高温回火后会产生一定的高温分解,降低防锈效果,但对于低温回火则影响不大。也有部分企业仍然使用传统的无机型防锈剂,以亚硝酸钠作为主要防锈成分,此类防锈剂在防锈效果方面很突出,但容易在工件表面产生结晶,甚至吸潮,影响外观。也有客户使用乳化型防锈剂,具有较好的抗湿热效果和一定的抗盐雾能力。


在金属工件机加工过程中,工序间防锈主要以水性防锈剂为主,而储存防锈和长期防锈则以防锈油为主。水性防锈剂相比防锈油,具有很好的可清洗性,尤其是在金属加工的工序间防锈,进入下道加工前很容易被去除,或者可直接进行加工,同时,水性防锈剂一般与切削液、磨削液、清洗剂等其他水性加工介质均具有较好的相容性。




目前,此类防锈剂主要以羧酸和胺类作为主要防锈成分,并与酰胺、硼酸盐、表面活性剂、其他成膜助剂等进行复配,起到协同防锈的效果,如果是多种材质防锈,还需添加一些有色金属缓蚀剂。受到企业规模和经营范围、地理位置、地方法规要求等因素影响,各企业对于水性防锈材料的选择标准也有所不同,总体来讲,随着更多企业的环保健康意识在逐步增强,会优先选择使用绿色环保的水性防锈剂。但仍然有部分企业,在使用具有潜在健康危害的防锈剂组分,主要是基于成本方面考虑,也有部分原因是为了满足企业自身对于防锈时间的期望。


为了加强水溶性工业介质类产品的防锈性能,也可将水性防锈剂加入到其他水性产品中以增强防锈能力。为了降低使用风险,体验更好的服务,水性防锈剂使用企业一般会针对上下道工序选择同一家介质供应商,一方面是因为介质间的相容性更好,另一方面是可获得整体解决方案。


三、水性防锈剂存在的问题和发展趋势


至今为止,随着金属加工行业的不断发展和产业升级,对产品的表面质量和内在质量要求也越来越高。水性防锈剂使用者不仅仅对防锈性能单个指标的要求提高,同时要求具备一些附加功能,比如不能影响清洁度或后道加工,与密封件具有较好的相容性等。


由于水溶性防锈剂使用时需要对原液进行稀释,使用过程中浓度会发生变化,同时也会受到其他介质比如切削液或清洗剂污染,因此,浓度的控制相当关键,目前多数企业主要通过检测工作液 pH 值、折光读数等方式进行简单的现场控制,但这并不能真正监控防锈剂的组分消耗情况,因此如何建立快速评价方法是目前水性防锈剂现场使用面临的主要问题之一。除此之外,由于影响水基防锈剂防锈性的因素较多,尚未专门制定关于水性防锈剂的标准,缺乏统一的行业指导和质量标准。再次,近年来关于水性防锈材料的研究进展相对缓慢,或已公开且具有突出效果的防锈材料的产业化比较困难,也是制约水性防锈剂发展的因素之一。


从使用者的角度分析,未来水性防锈剂的发展方向是安全环保,长寿命,多功能,低残留,抗大气腐蚀性好,可满足较长周期的防锈要求。单个防锈材料难以同时满足上述要求,需要添加剂生产商、介质开发、生产商和使用者互相合作,进行开放式创新,从使用者的需求出发,进行分子设计和合成,以及研究不同添加剂之间的协同效果,优化使用工艺,提高现场防锈管理水平,共同促进水性防锈剂的行业发展。




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