常温脱水性防锈油的研究与应用
摘要：论述了常温脱水性防锈油的配方,用煤油和10号机油混合为基础油,缓蚀剂磺酸钡和氧化石油脂钡皂质量分数的最佳值为12%～14%。采用辛酸二环已胺为防锈剂。通过腐蚀实验和水置换性试验,研究了常温脱水性防锈油的防锈性能和脱水性。常温脱水性防锈油具有优良的防锈效果和脱水性。
1、前 言
在机械制造和维修过程中,发蓝等表面处理是零件不可缺少的重要工序,这些工艺不可避免的接触到水或水溶液,零件接触到水或水溶液后,在零件的沟、槽、缝、孔、结合面、手接触面、停放面或是产品较粗糙表面等,很容易存在微量的水,涂油后这部分水分被油脂遮盖在里面,必然引起零件锈蚀。
笔者选用了合适的基础油添加防锈剂、缓蚀剂等物质组合,研制成零件脱水性防锈油。缓蚀剂对金属的吸附力,远远高于水分对金属的吸附力,选用适当的缓蚀剂就能把水分从金属表面置换出,在重力作用下沉积在脱水油的底部,通过人工方法进行分离。防锈剂在金属表面形成疏水致密层,可阻止水、氧和腐蚀性盐穿透到金属表面,防止锈蚀。
在项目中我们采用多种缓蚀剂,利用缓蚀剂之间的加合效应,产生协同效应,形成多层次分子吸附膜,共同堵塞相互之间的空隙,使吸附膜更加完整,水分置换更加彻底,起到更好的防锈效果。为发蓝等工艺后,零件的脱水防锈,提供了优良的后处理脱水性防锈油。
2、实 验
2.1 常温脱水性防锈油的配制
将石油磺酸钡和氧化石油脂钡皂溶于煤油和机油混合的基础油中,加入添加剂,搅拌均匀制成样品,油液外观深棕色、不透明。具体配方见表1。
2.2 金属试片的表面处理
试片采用100mm×50mm×3mm的45#钢片,表面粗糙度Ral.25,用汽油和无水甲醇彻底清洗,再经水洗预处理工艺,用滤纸吸去零件表面的水滴,缓慢地将试片浸入油中,20min后将试片缓慢提起,浸油完毕后,挂入沥干箱中沥干1h。
2.3 耐蚀性试验
耐蚀性试验见表2。
2.4 水置换性试验
水置换性试验,是为评定防锈油对金属表面附着水分的置换能力。将经过预处理的试片浸入水中清洗,用滤纸吸去边缘和底部的滴液,把试片水平浸置于样品油中,搅拌20min,取出试片,待残油流尽后,移置于(25±1)℃的干燥的密封容器内,利用湿度指示纸监测密封容器内湿度的变化情况。因湿度指示纸是利用二氯化钴在100℃以下,在不接触金属的条件下,会因接收不同分子数量的结晶水而显示不同颜色,二氯化钴的结晶水含量和其对应的颜色见表3。
定期观察湿度指示纸的色圈的颜色变化,色圈的颜色无变化为合格。
3、结果讨论
3.1 基础油的选择
作为脱水性防锈油基础油,其粘度以低为好,以便有优良的渗透性。为降低基础油的粘度,改善其调制性和低温下的流动性,故选用流动性好、粘度低、渗透性强的煤油和10号机油混合为基础油。油液外观均较好,长期放置无沉淀物析出,长时间使用后,也无乳化现象,外观效果好。
3.2 缓蚀剂的选择
缓蚀剂因与油共存,对防锈和脱水作用影响极大。由于金属表面的吸附膜中,油分子与添加剂分子亲油基交缠在一起,进而形成坚韧的疏水性膜。若使用的缓蚀剂分子的亲油基与基体油分子的长度相同,可显著提高防锈和脱水作用。
石油磺酸钡是具有极性基团及较长碳链的有机化合物,一端是极性基团,一端是憎水的碳链,其中碳链和油类分子相似,易溶于油,极性基团通过化学键紧密地吸附在金属表面,使缓蚀剂分子定向排列在金属表面上形成疏水致密层,所形成的吸附保护膜可阻止水、氧和腐蚀性物质穿透到金属表面,消除了锈蚀。
根据缓蚀剂的矿物油对水的置换能,一般极性分子对金属的吸附力大于水对金属的吸附力,当金属表面有水时,极性愈强的缓蚀剂置换水的能力也愈强,它抗水特性随其浓度增大而加强。只用石油磺酸钡一种缓蚀剂,因其浓度较低,在金属表面不能形成稠密的排列膜,分子间空隙较大,水分子较易侵入到金属表面。
因此需要加入油溶性较强的氧化石油脂钡皂作为另一种缓蚀剂,通过二者的协同作用,形成多层分子吸附膜,共同堵塞孔隙,使吸附膜更加完整,并且吸附物相互作用还能提高吸附层的稳定性。石油磺酸钡与氧化石油脂钡皂在其协同作用机理中还存在下述情况:若金属表面存在微量水,石油磺酸钡虽有能力置换水分子,但油膜中还会有水存在,这必定会严重破坏单分子吸附层的保护作用。
氧化石油脂钡皂在油中可形成胶束,若在油中有水存在,则氧化石油脂钡皂可将水包在中间形成胶束,从而有效地防止了水的侵入。石油磺酸钡和氧化石油脂钡皂组合使用,缓蚀剂具有更强的抗水性,用少量的缓蚀剂即可获得较好的保护效果。
3.3 缓蚀剂质量分数对防锈及水置换性的影响
将浸入不同质量分数缓蚀剂的脱水性防锈油的试件沥干,在3%NaCl溶液中浸泡40h,缓蚀剂质量分数(w)对水置换性及防锈油性能影响如图1。
由图1可见,缓蚀剂质量分数高或低,水置换性及防锈性能均比较差,其最佳值为12%～14%,在此数值下,缓蚀剂具有较高的水置换能力,并形成最紧密牢固的吸附膜,达到较好的防锈效果。如果缓蚀剂质量分数高,油液粘度较大,导致缓蚀剂分子吸附到金属表面的速率降低,影响水置换速度,水置换性较差,并且在相同的吸附时间内形成的吸附膜不完整,防锈性降低。缓蚀剂质量分数低,缓蚀剂分子无法在金属表面形成紧密牢固的吸附膜,防锈性能较差,同时较低的质量分数也使其水置换能力降低。
3.4 防锈剂的选择
本研究采用辛酸二环己胺[(C6H11)2NH·HOOC(CH2)6CH3]为防锈剂。合成时,将18.5g二环己胺在不断搅拌下慢慢加到14g辛酸中(注意:反应放热),搅拌到反应物呈白色固体状,再在水浴上加热熔化,继续搅拌冷却,呈白色蜡状固体,即为辛酸二环己胺。辛酸二环己胺防锈的作用机理,为物理吸附与化学吸附防锈。辛酸二环己胺反应生成的胺烷基阳离子与金属接触时,被金属表面带负电荷的部分所吸引,形成单分子的吸附层,由于这种吸附是异电荷相互吸引形成的,故称物理吸附,吸附时能抑制金属表面的化学反应,起到防锈作用。化学吸附是辛酸二环己胺分子中的极性基(NH2-)的中心原子N含有独对电子,它可与Fe的d电子空轨道进行配位结合,发生化学吸附,起到防锈作用。辛酸二环己胺可很好的溶于常温脱水性防锈油中。
4、结 论
1)脱水性防锈油组合使用石油磺酸钡和氧化石油脂钡皂,通过二者的加合效应产生协同作用,形成多层分子吸附膜,共同堵塞孔隙,使吸附膜更加完整,脱水性显著提高并具有优良的防锈效果。
2)缓蚀剂质量分数的最佳值为12%～14%,在此比值下,缓蚀剂具有较高的水置换能力,并形成最紧密牢固的吸附膜,达到较好的防锈效果。
3)选用流动性好、粘度低、渗透性强的煤油和10号机油混合为基础油,外观均较好,长期放置无沉淀物析出,长时间使用后,也无乳化现象。
4)采用辛酸二环己胺为防锈剂,通其物理与化学吸附,较好的抑制金属表面的化学反应,具有优良的防锈作用。
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