1、4.1概述 金属表面上因大天腐蚀而产生了锈蚀产物一般此锈蚀产物为命属的氧化物及氢氧化物，大气腐蚀的产物疏松而具有吸潮性，在其下面更易继续发生腐蚀，即使涂覆防锈剂，也难以阻抑此过程的继续进行。 金属制品在热加工过程中，如热轧、铸造或热处理时，表面上因为高温氧化致化学腐蚀而产生的腐蚀产物，称为氧化皮，是金属的氧化物，虽然氧化皮较致密，附着力亦较强，但由于氧化膜成长时的内应力，膜本身的机械性能或制成工件时的机械应力等，氧化膜可能产生裂纹或剥落，这也常常是使保护层过早失效的原因。 因此，无论是大气腐蚀还是高温氧化腐蚀，他们的腐蚀产物，在进行除锈前都需要去除。,防锈工艺第4章除锈及除氧化皮,沈阳理工大学
2、应用化学教研室,各种金属的腐蚀产物如下： （1）钢铁， 在大气中开始锈蚀时，表面发暗，轻锈呈暗灰色，进一步发展会变成褐色或棕黄色，重者呈棕色或褐色疤痕甚至锈坑。Fe2O3为红色，Fe(OH)3为黄色，Fe3O4为黑色，FeO（OH）为棕色，铁锈是其氧化物与氢氧化物以及含水分子的氢氧化物的混合物。钢铁的氧化皮则是氧化物的多层组成，愈在外层氧愈多，最内层为FeO，其间为FeO，Fe2O3，Fe3O4，最外层是Fe2O3 。 （2）铜合金，氧化铜为黑色，氧化亚铜为红棕色，在空气中常见的铜绿是氧化物吸收了水分和二氧化碳而生成的Cu(OH)2，CuCO3。 （3）镁合金、铝合金，它们的氧化物和氢氧化物均
3、呈白色，在腐蚀初期金属表面出现灰白色斑点，发展后出现会白色粉末。,防锈工艺第4章除锈及除氧化皮,沈阳理工大学应用化学教研室,（4）锡，镉，锌镀层，这些金属的氧化物、氢氧化物和碳酸盐均呈白色，腐蚀后出现白色、灰色或黑色斑点或白色粉末薄层。如果基体金属锈蚀，则出现基体金属的锈蚀产物。 （5）铅及铅合金，氢氧化铅、碳酸铅为白色，氧化铅为黄色，过氧化铅为棕褐色，而四氧化三铅为鲜红色，腐蚀时一般呈现白色或黑色薄层，也有呈红棕色或棕色的。 （6）钢铁发蓝，发蓝锈蚀时，表面有黄褐色层锈或点状、斑状锈。,防锈工艺第4章除锈及除氧化皮,沈阳理工大学应用化学教研室,清除锈蚀产物或氧化皮的方法可分为化学法与机械法。
4、 化学法是:使用化学药品溶液使锈蚀产物发生化学变化而溶解。化学法又分为化学除锈法及电化学除锈法。 机械法主要是物理方法：包括打磨、喷砂、喷丸、滚光等。 无论用哪种方法清除锈蚀产物，都会对基体金属产生或多或少的损害。故应选择完全除去锈蚀产物而又尽量少损害基体金属的方法。 无沦用哪种方法清除锈蚀产物，都要及时继续以防护处理，以免再度锈蚀,防锈工艺第4章除锈及除氧化皮,沈阳理工大学应用化学教研室,4.2化学法除锈及除氧化皮 4.2.1一般化学法 化学法除锈及除氧化皮最常使用的是酸洗法，碱法亦有采用。 4.2.1.1酸洗 酸洗可用于除锈及除氧化皮，用酸清除锅炉水垢亦称酸洗。 对钢铁的酸洗是最常见的，一
5、般使用无机酸如盐酸、硫酸及磷酸，并常同时使用酸洗缓蚀剂以减少基体金属的溶解。特殊钢或非铁会属则常使用混合酸或草酸，铬酸，柠橡酸等。钢铁的氧化物中的FeO易溶于酸，但Fe2O3及Fe3O4不易溶解。,防锈工艺第4章除锈及除氧化皮,沈阳理工大学应用化学教研室,（a）钢铁酸洗除锈及除氧化皮的机理，钢铁的酸洗中有单纯的化学溶解作用，也有电化学溶解作用。,防锈工艺第4章除锈及除氧化皮,沈阳理工大学应用化学教研室,在图中（a），为钢铁在575以上高温所生成的氧化皮的组成，FeO层中有分散的Fe与Fe3O4微粒，酸洗时，当酸从裂缝中渗入时，形成Fe酸液 Fe3O4电池，Fe为阳极而溶解。但FeO在酸液中为化
6、学溶解，其他部分剥落后做化学溶解。 在图（b）中，为钢铁在575以下生成的氧化皮的组成，只有Fe2O3及Fe3O4两层氧化物。酸洗时，当酸从裂缝中渗入到氧化皮及基体间时，形成Fe酸液 Fe3O4电池，Fe为阳极而溶解。氧化皮剥落，而后进行化学溶解。或成为锈渣。,对于铁锈，当较厚时，其离开金属表面的情况与氧化皮的离开金属表 面相似。一般不太厚时，大部分是化学溶解。使用盐酸酸冼时，能使 高级氧化物Fe2O3、 Fe3O4还原成FeO而促进其化学溶解作用。使用 硫酸或磷酸酸洗时，因发生的氢气使高级氧化物还原成低级氧化物而 易于溶解，或因氢气之逸出而促使氧化物剥落，则块锈落到溶掖中。使用盐酸时，酸液中
7、不会有块状锈渣。,防锈工艺第4章除锈及除氧化皮,沈阳理工大学应用化学教研室,（b）硫酸酸洗，硫酸价格便宜，钢铁酸洗中常用。其除锈能力与使用浓度（一般为511%）有关，但温度影响更大，一般使用温度6080为宜。 硫酸酸洗因连续使用而致铁离子浓度增加时，酸洗能力下降，当金属表面有硫酸盐析出时，酸洗能力大减。称为酸液的老化。在10%硫酸中，Fe离子浓度不能超过80120gL。 硫酸较其它的酸更易引起渗氢现象。温度愈高基体金属析氢速度愈高。酸的浓度高亦增加渗氢倾向。当酸中存在有微量As2O3、Sb2O3、H2S时，铁上渗氢显著增强。有时加入硝酸、铬酸等氧化剂25%以防止这些物质产生不良的渗氢影响。 硫
8、酸酸冼后，将物品加热100 x 2小时或2000.5小时以去氢，消除可能因渗氢而导致的影响。,防锈工艺第4章除锈及除氧化皮,沈阳理工大学应用化学教研室,（c）盐酸酸洗，盐酸也是酸洗中常用的酸。常用浓度为515%，一般在室温下作业，即使加热也不能超过40。温度高有多种不利，氯化氧气体挥发造成酸的损耗，有害人体，污染环境，在温度高时渗氢作用增强。虽然Fe2+在盐酸中有缓蚀作用，但当溶解铁量增至100l20g/L时，为保持酸洗能力，需追加酸量。盐酸除锈较硫酸除锈快，渗氢影响亦较小，溶液中又无残渣、酸泥等，作业比较方便。,防锈工艺第4章除锈及除氧化皮,沈阳理工大学应用化学教研室,（d）磷酸酸洗，磷酸的
9、价格较硫酸、盐酸高得多，故虽然具有很多优点，酸冼中并不常用。而且酸洗作用甚慢，故不用于除氧化皮，而仅用于除薄锈。在除锈后，形成有保护作用的磷酸盐膜，故常用于涂装及防锈油涂覆的前处理。 磷酸用于酸冼时，浓度常为520，温度为4080。酸液中铁离子溶解度小，为4050gL。到达了此限度的酸液已无使用价值，需要更新。 渗氢问题在磷酸酸冼中很小，可以不用考虑。 （e）化学除锈膏除锈，在化学除锈酸液中加一些惰性填料如白土、硅藻土等，配制成半流动状的稠厚膏体，使用于不便浸泡入酸液槽中的大型部件上除锈，或部件的局部陈锈。除锈膏中使用的酸亦包括硫酸、盐酸或磷酸或混合酸，亦加入酸洗缓蚀剂等。配成的膏体于常温涂覆
10、在部件上，涂覆厚度约为15 mm，经一定时间作用后检查，如果锈未除尽，将膏体翻动待锈除尽。,防锈工艺第4章除锈及除氧化皮,沈阳理工大学应用化学教研室,下表为除锈配方及方法示例,防锈工艺第4章除锈及除氧化皮,沈阳理工大学应用化学教研室,（f）酸洗法一般的工艺，在腐蚀的金属表面上，往往除了腐蚀产物，还有其它污染，油脂是其中最需注意的，油脂会妨碍酸液在金属表面的浸润，使金属表面与酸液接触不好。故一般酸洗前要先除油。在酸洗完成后，需要去除酸液，进行中和及防锈。如果使用除锈膏除锈，其中和及防锈过程亦采用相应的膏体。 酸洗法工艺流程简示如下： 除油热水洗冷水洗酸洗除锈或除氧化皮水洗中和（用35碳酸钠中和残
11、酸）流动水冼钝化（用NaN02或铬酸盐溶液钝化）干燥防锈处理。,防锈工艺第4章除锈及除氧化皮,沈阳理工大学应用化学教研室,4.2 碱法除锈及除氯化皮 碱法主要使用苛性钠。在除锈及除氧化皮过程中，无发生氢脆的危险，而且没有酸渣产生，空气不会被酸雾污染。故可不必隔离作业，基体金属损伤少，作业后的水洗、中和问题也较简单易行，在生产线上使用方便。 但使用碱法一般要将溶液加热至90一100，溶解作用较慢，且浓碱与皮肤接触时，伤害皮肤强烈。 （a）碱液法，用于钢铁除锈及除氧化皮。用苛性钠溶液，当加入葡萄糖酸钠时，可使溶解较易，温度也可稍低。 （b）熔融碱法,在苛性钠熔融槽中添加金属钠，吹入氢气生成NaH，
12、 NaH具有强还原作用，可以使氧化物还原。NaH的浓度以1.52为宜。 在此熔盐中除锈及除氧化皮，只需数秒钟。主要用于耐热钢、工具钢、合金钢、不锈钢、铸铁、铜合金等氧化皮的去除。,防锈工艺第4章除锈及除氧化皮,沈阳理工大学应用化学教研室,4.3 电化学除锈 （1）阳极除锈 将要除锈的物品放在电解池中作阳极，当通上直流电时，阳极上金属溶解以阳极上的析氧作用。促使锈层分离脱落，用此方法时，基体金属同时迅速溶解，除非用较大的阳极电流密度使金属建立钝态才可避免或减缓此种现象，放较少采用。,防锈工艺第4章除锈及除氧化皮,沈阳理工大学应用化学教研室,（2）阴极除锈 电化学除锈主要用阴极除锈法，将物品作为阴极，在酸性溶液或碱性溶液中作电解处理。阴极上在电解中产生氢气，使锈层剥离阴极金属是不会溶解的。但当不通电时，如果使用的是酸性溶液，金属还是会溶解的，因此要避免在不通电时将物品浸入溶液，量好在酸液中也加入酸洗缓蚀剂。 如使用碱液，钢铁和锈皮即使在不通电情况下也不会溶解，碱性电解除锈特别适用于大型件局部或容器内壁除锈。 阴极除锈时要注意渗氢，特别是高强度钢材，对氢脆最敏感，故仍宜采用适当的缓蚀剂以抑制渗氢作用。,防锈工艺第4章除锈及除氧化皮,沈阳理工大学应用化学教研室,
