酸洗的相关知识

酸洗的相关知识酸洗的相关知识 不锈钢酸洗钝化的必要性: 奥氏体不锈钢具有良好的耐蚀性能， 抗高温氧化性能， 较好的低温性能及优良的机械与加上 r 生能。因此广泛用于化工、石油、动力、核工程、航天航空、海洋、医药、轻工、纺织等 部门。其主要目的在于防腐防锈。 不锈钢的耐腐蚀主要依靠表面钝化膜， 如果膜不完整或有 缺陷， 不锈钢仍会被腐蚀。 工程上通常进行酸洗钝化处理， 使不锈钢的耐蚀潜力发挥得更大。 在不锈钢设备与部件在成形、组装、焊接、焊缝检查 (如探伤、耐压试验)及施工标记等过 程中带来表面油污、铁锈、非金属脏物、低熔点金属污染物、油漆、焊渣与飞溅物等，这些 物质影响了不锈钢设备与部件表面质量， 破坏了其表面的氧化膜， 降低了钢的抗全面腐蚀性 能和抗局部腐蚀性能(包括点蚀、缝隙腐蚀)，甚至会导致应力腐蚀破裂。 不锈钢表面清洗、酸洗与钝化，除最大限度提高耐蚀性外， 还有防止产品污染与获得美观的 作用。在 GBl50一1998《钢制压力容器》规定， “有防腐要求的不锈钢及复合钢板制造的容 器的表面应进行酸洗钝化”。这一规定是针对石油化工中使用的压力容器而言的，因为这些 设备用于直接与腐蚀介质相接触的场合，从保证耐蚀耐蚀性出发，提出酸洗钝化是必要的。 对其他工业部门，如并非出于防腐目的，仅基于清洁与美观要求，而采用不锈钢材判·的则 无需酸洗钝化。但对不锈钢设备的焊缝还需要进行酸洗钝化。 对核工程、某些化工装置及其 它使用要求严格的，除酸洗钝化外，还要采用高纯度介质进行最终精细清洗或进行机械、 化 学与电解抛光等精整处理。 2．不锈钢酸洗钝化原理 不锈钢的抗腐蚀陛能主要是由于表面覆盖着一层极薄的 (约1nm)致密的钝化膜，这层膜1n 腐蚀介质隔离，是不锈钢防护的基本屏障。 不锈钢钝化具有动态特征， 不应看作腐蚀完全停 止，而是形成扩散的阻挡层，使阳极反应速度大大降低。通常在有还原剂 (如氯离子)情况下 倾向于破坏膜，而在氧化剂(如空气)存在时能保持或修复膜。 不锈钢工件放置于空气中会形成氧化膜， 但这种膜的保护性不够完善。 通常先要进行彻底清 洗，包括碱洗与酸洗，再用氧化剂钝化， 才能保证钝化膜的完整性与稳定性。酸洗的目的之 一是为钝化处理创造有利条件， 保证形成优质的钝化膜。 因为通过酸洗使不锈钢表面平均有 10μm 厚一层表面被腐蚀掉，酸液的化学活性使得缺陷部位的溶解率比表面上其它部位高， 因此酸洗可使整个表面趋于均匀平衡， 一些原来容易造成腐蚀的隐患被清除掉了。 但更重要 的是，通过酸洗钝化，使铁与铁的氧化物比铬与铬的氧化物优先溶解， 去掉了贫铬层，造成 铬在不锈钢表面富集，这种富铬钝化膜的电位可达+1．0V(SCE)，接近贵金属的电位，提 高了抗腐蚀的稳定性。不同的钝化处理也会影响膜的成分与结构， 从而影响不锈性，如通过 电化学改性处理，可使钝化膜具有多层结构，在阻挡层形成CrO3或 Cr2O3，或形成玻璃态 的氧化膜，使不锈钢能发挥最大的耐蚀性。 国内外学者对不锈钢钝化膜的生成进行了大量研究。以近几年北京科大对316L 钢钝化膜光 电子能谱 (xps)研究为例作简述[1]。不锈钢钝化是表面层由于某种原因溶解与水分子的吸 附，在氧化剂的催化作用下，形成氧化物与氢氧化物，并与组成不锈钢的 cr、 Ni、Mo 元 素发生转换反应，最终形成稳定的成相膜，阻止了膜的破坏与腐蚀的发生。其反应历程为： Fe·H20+O*≒[FeOH·O*]ad+H++e [FeOH·O*]ad≒[FeO·O*]ad+H++e [FeO·O*]ad+H2O≒FeOOH+O*十 H++e [FeO·O*]ad≒FeO+O* FeOOH+Cr+H2O≒CrOOH+Fe·H20 2FeOOH≒Fe203+H20 2CrOOH≒Cr203+H20 MO+3FeO+3H2O≒MOO3+3Fe·H2O Ni+FeO+2H20≒NiO+Fe·H20 (其中 Os 表示钝化过程中的催化剂， 且在钝化迪陧中浓度不变， ad 表示吸附中间体。 )[page] 可见， 316L 钝化膜最表层存在Fe2O3、 Fe(OH)3、 或 γ -FeOOH、 Cr203、 CrOOH或 Cr(OH)3、 MO 以 MOO 形式存在，钝化膜主要成分为CrO3、FeO 与 NiO。 3．不锈钢酸洗钝化的方法与工艺 3．1酸洗钝化处理方法比较 不锈钢设备与零部件酸洗钝化处理根据操作不同育多种方法，其适用范围与特点见表1。 表1不锈钢酸洗钝化方法比较 方法 适用范围 优缺点 浸渍法 用于可放入酸洗槽或钝化槽的零部件， 但不适于大设备 酸洗液可较长时间使用， 生 产效率较高、成本低；大容积设备充满酸液浸渍耗液太大 涂刷法 适用于大型设备内处表面及局部处理 物工操作、劳动条件差、酸液无法回收 膏剂法 用于安装或检修现场，尤其用于焊接部处理 手工操作、劳动条件差、生产成本高 喷淋法 用于安装现场，大型容器内壁 用液量低、费用少、 速度快，但需配置喷枪及扦环系 统 循环法 用于大型设备，如换热器、管壳处理施工方便，酸液可回用，俚需配管与泵连接循 环系统 电化学法 既可用于零部件， 又可用电刷法对现场设备表面处理 技术较复杂， 需直流电源或 恒电位仪 3．2酸洗钝化处理配方举例 3．2．1一般处理[2] 根据 ASTMA380—1999，仅以300系列不锈钢为例， (1)酸洗 药剂 HNO36％～25％+HF0．5％～8％(体积分数)； 温度21～60℃；时间按需要； 或药剂柠檬酸铵5％～10％(质量分数)； 温度49～71℃；时间10～60min。 (2)钝化 药剂 HNO320％～50％(体积分数)； 温度49～71℃；时间10～30min； 或温度2l～38℃；时间30～60min； 或药剂 HNO320％～50％+Na2Cr207H2022％～ 6％(质量分数)； 温度49～54℃； 时间15～30min； 或温度21～38℃；时间30～60min。 (3)除鳞酸洗 药剂 H2SO48％～11％(体积分数)； 温度66～82℃；6寸间5～45min； 及药剂 HNO36％～25％+HF 0．5％～8％(体积分数)； 温度21～60℃； 或 HNO315％～25％+HFl％—8％(体积分数)。 3．2．2膏剂法处理 (1)以广州石化尿素不锈钢新设备内表面焊缝及母材钝化和维修表面打磨焊缝的局部钝化为 例[3] 酸洗膏： 25％HNO~+4％HF+7l％冷凝 水(体积分数)与 BaSO，调至糊状。 钝化膏： 30％HNO3或25％HNO3+1％(质量分数)K2Cr207与 BaSO7调至糊状。 涂覆表面5～30min， 用冷凝水冲洗至 pH=7， 对单台设备也可采用喷洒双氧水的化学钝化法。 (2)以上海大明铁工厂专利m 为例。 酸洗钝化膏： HN038％～14％(作钝化剂)； HFl0％～15％(作腐蚀剂)； 硬月 S 酸镁2．2％～2．7％(作增稠剂) 硝酸镁60％～70％(作填料，提高粘附力与渗透性)；[page] 多聚磷酸钠2．3％～2．8％(作缓蚀剂)； 水(调节粘度)。 3．2．3 电化学法处理 以厦门大学专利[5]为例，其处理方法是：将待处理的不锈钢