冶金工业清洗剂
三水锰矿 / 2022-02-24
1.钢铁表面铁锈 (氧气物)的来源及成分
工铁是一种活泼金属，很容易与氧气、水等反应，钢铁表面的锈蚀物来源有两方面。其一，钢铁制造加工过程中，高温下的金属氧化腐蚀，如不锈钢宣传栏的腐蚀;其二，大气环境下的腐蚀。
钢铁制造加工过程中形成的锈蚀物随加工温度不同而有所区别。温度低于575℃,锈蚀物的内层是蓝黑色的磁性氧化铁Fe₃O₄，外层是赤色的氧化铁Fe₂O₃ (a-Fe₂O₃和γ-Fe₂O₃混合组成，γ-Fe₂O₃。为主)。温度高于575℃，锈蚀物的内层是灰色的氧化亚铁FeO，中层是蓝黑色的磁性氧化铁 Fe₃O₂，外层是赤色的氧 化铁Fe₂O₃ (a-Fe₂O₃为主)。
大气环境下的锈蚀物;是钢铁暴露在空气中形成的，氧气、二氧化碳、水汽、工业气体等会腐蚀钢铁，主要是以电化学腐蚀进行的，锈蚀物有FeCO₃、Fe(OH)₃、Fe₂O₃●nH₂O等。
(1)各种铁锈的清洗难易不管哪种形式的铁锈都可以用化学溶解和机械剥离去除。后者基于铁锈是不同于铁的物质，尤其在其形成过程中，由于气体(气泡)的产生、温度的变化、环境的改变，铁锈层中聚集较大的内应力，致使氧化皮比较疏松，容易产生裂纹。这些锈蚀物都能或快或慢溶解在酸中，同时由于金属基体铁与酸反应放出氢气，使氧化皮机械剥离。相对来说，氧化亚铁FeO最易被酸溶解，较高温度下形成且冷却又较慢时形成的γ-Fe₂O₃;致密氧化皮最难去除，高温下形成的蓝灰色或有黑色光泽的四氧化三铁氧化皮也较难清除。大气环境下短期的锈蚀物比较松软，易于擦除或用酸清洗，但长期露天堆放产生的红棕色铁锈主要是氧化铁,由于无一氧化铁存在，所以它的酸洗速度比热轧氧化铁皮慢。同样的道理，热轧氧化铁皮也比退火氧化铁皮酸洗速度快，当然，热轧氧化铁皮疏松、有裂纹也是容易去除的原因。
除了铁的不同氧化物及致密程度决定酸洗的难易之外，铁基体中其他元素也会参与到锈蚀物的形成过程，尤其较高温度的退火处理，产生较难溶解的化合物，如氧化铝、硅酸盐等，使得酸洗速度减慢。
此外油污的存在也是制约酸洗的因素，一般先除油后除锈就是这个道理。诚然:锈蚀物的滨解利剝离也会加速油污的离去，市件的除油除锈三合一产品或除油除锈在同一个槽中进行，就是在工件油污不多的情况下，在酸洗槽中添加了表面活性剂等。
(2)除锈用材料及说明工业化生产 中大量使用的主要是一些除锈快、价格低的无机酸，如硫酸、盐酸、磷酸、氢氟酸。有机酸，如醋酸、柠檬酸、酒石酸、草酸等，虽然有机酸安全，工件不易反锈，但成本高，反应缓慢，多用于设备或精密件的清洗。此外，还有一些添加成分。
①硫酸的主要成分: H₂SO₄。含量:工业级98%。无色至微黄色无臭油状液体，是一种高沸点难挥发的强酸。腐蚀性很强，勿接触皮肤。浓硫酸溶解时放出大量的热，因此浓硫 酸稀释时应该“酸进水，沿器壁，慢慢倒，不断搅”。
硫酸具有成本低、挥发少、使用久的特点，浓度低时可升温以提高除锈能力，缺点是容易造成钢铁表面氢脆、过蚀及酸洗时间长。据报道硫酸酸洗时，约80%氧化皮是被机械剥离的，而盐酸清洗时这数据是40% ;可以说，硫酸主要靠机械剥离除锈，你会看到，硫酸酸洗槽底部有许多锈蚀产物沉淀。
最适宜的使用浓度为10%~20%，由于清洗慢和加温不便，实际生产中常采用硫酸与盐酸组成混合酸，以提高酸洗效果。
②盐酸主要成分: HCI。含量:工业级31%。无色或微黄色易挥发性液体，有刺激性气味。
盐酸酸洗速度快、氢脆小、常温操作，且除锈后钢材表面质量好于硫酸清洗，不足是酸雾气味大、消耗快、需常补加或换槽(含部分)。通常一份工业盐酸(31%)兑一份水或两份水即可使用，盐酸是目前中小企业除锈使用最广的一种酸。
浓度和温度是影响酸洗速度两个重要的方面。相比而言;盐酸受浓度影响大些，当浓度从2%增加至25%时，盐酸酸洗速度增大10倍,而硫酸酸洗速度仅增大1倍。过高的浓度，酸洗速度反而下降，如硫酸浓度超过25%就会出现这种情况。硫酸酸洗对温度比较敏感，当提高酸洗液温度时，硫酸比盐酸酸洗速度提高得快，通常硫酸酸洗液需加热至中温，盐酸常温酸洗即可。
另外，亚铁盐或铁盐浓度也是制约酸洗速度的重要因素。
在较低浓度的硫酸溶液(如10%)中，随硫酸亚铁浓度的升高，酸洗速度直线下降，而高浓度时(15%~20%)，这种影响就比较缓和。硫酸亚铁的增加减缓了酸洗速度，但少量的存在(如10g/L)也是有利的，能改善酸洗质量，起到一定的缓蚀作用,避免过酸洗现象的发生，不会出现黑色薄层。
氯化亚铁在盐酸酸洗液中也有类似硫酸亚铁在硫酸酸洗液中减慢酸法速度的情况，只是氯化亚铁极易溶于水，速度减慢不那么明显。当氯化亚铁被氧化成氯化铁时，起初还能加速酸洗，因为氯化铁也是一种腐蚀剂，只有当氯化铁含量超过16g/L时，盐酸酸洗速度才会慢慢下降。实际生产中，为了获得较快的酸洗速度，在新配制的盐酸清洗槽中添加一定量的旧盐酸就是这个道理。
酸洗速度快慢不仅要考虑酸洗液的浓度、操作温度，还取决于铁盐在该酸浓度下的饱和程度。同样浓度、温度下，盐酸对氧化铁的溶解能力高于硫酸，这也是常用盐酸除锈的原因之一。就盐酸酸洗来说，盐酸浓度愈高，氯化亚铁饱和度愈低。如此，盐酸酸洗既要考虑盐酸浓度、氯化亚铁含量，也要考虑有较高的氯化亚铁溶解量。降低盐酸浓度不仅能容纳更多的氯化亚铁，而且还不易饱和。氯化亚铁含量低时，盐酸浓度取高值:氯 化亚铁含量高时，盐酸浓度取低值。般来说， 将盐酸浓度控制在 10%~15%比较适宜，以最大限度地提高酸液使用寿命。
③磷酸 主要成分: H₃PO₄ 含量:工业级85%。无色透明或略带浅色、稠状液体。
磷酸酸洗无氢脆、无过腐蚀，还可形成防锈保护膜，对基体能有效保护。缺点是成本高，一般加温操作， 重锈难以除去，溶液酸洗能力下降快。常用于家电、汽车生产线上用于清除板材上少量的锈蚀物，或对基体材料质量要求较高的工件上，也可用于擦洗设备上局部的锈蚀物。
④氢氟酸主要成分: HF。含量:工业级40%或55%。氢氟酸是氟化氢气体的水溶液，为无色透明至淡黄色冒烟液体。有刺激性气味。有剧毒。
氨氟酸用于铝材的清洗比较常见，在钢铁除锈中很少使用。不过酸洗液中加进0.5% ~1.5%的氢氟酸或氟化物，可以加快除锈速度，因为氟离子对铁的络协力很强，对氧化铁、四氧化三铁具有良好的溶解性。
⑤添加成分缓蚀剂、表面活性剂、络合剂及溶剂等。这些物质的作用是多方面的，有些是重叠的，恕不一一赘述。总之，是为了保证基体表面光洁平整、减少基体消耗、避免氢脆现象、加速铁锈的溶解、改善作业环境。
溶剂有低分子量醇、胺，络合剂如草酸、酒石酸、柠檬酸、EDTA。这类成分只有精致生产或高档货品才会用得着，一般不添加也无大碍。
表面活性剂用得比较普遍的是十二烷基硫酸钠，它具有很好的发泡性能，阻碍酸气的逸出，通常加进槽量的0.2%~0.5%。同时它具备清洗油污功能，必要时再加进0.2%~0.5%非离子表面活性剂，清洗效果更佳。
常见缓蚀剂有乌洛托品(六亚甲基四胺)、 若丁(邻二甲苯硫腺)、食盐(氯化钠)。
氯化钠只在硫酸酸洗中加进，它能阻止硫酸对低碳钢、硅钢、铬镍钢的腐蚀，缩短酸洗时间，降低使用温度，同时有防灰的作用，添加量比较大，50~300g/L。
现在更广泛使用的是有机缓蚀剂，它的加入量一般占槽液总量的0.1%~0.5%。有机缓蚀剂或多或少会减缓除锈速度，有些甚至在基体表面形成黑层不易被水冲洗的灰黑色膜，所以应该留意用量和选用合适的缓蚀剂。不同的缓蚀剂适用于不同的酸，每种缓蚀剂的用量超过一定浓度，缓蚀效果不会更好，相反会带来弊端。胺类缓蚀剂(如乌洛托品)在盐酸中的缓蚀效果好过在硫酸中，所以盐酸洗液中常用乌洛托品等，而硫酸中的缓蚀剂常用若丁等。若丁在金属表面吸附较牢，需要彻底清洗，否则会影响涂是结合力、抑制磷化等成膜反应， 一般应严格控制用量， 加强水洗，自动生产线上尽量避免使用这类难清洗的缓蚀剂。
(3)控制和管理酸洗槽中的酸和添加物随着反应消耗和帶出损失，需要不断补加以维持在合适的浓度范围内。通常生产线操作工根据经验决定添加的频率和多少，更严格的是依据检测数据执行的。以溴酚蓝作指示剂，用标准氢氧化钠溶液滴定游离酸的点数，将酸的浓度控制在合适的范围即可。添加物的测定比较麻烦，但也是有数据的，一定量的缓蚀剂能够处理多大面积的工件，或者根据酸雾大小、处理的效果酌情补加，比如生产一天后再加开始量的1/4。从维持槽液参数的稳定或洗涤效果的均一来说，材料的补加应遵循勤加少加的原则。
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