第二章 防锈包装技术.docx
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第二章 防锈包装技术.docx
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第二章防锈包装技术
第二章防锈包装技术
金属由于受到周围介质的化学作用或电化学作用而发生损坏的现象叫金属锈蚀。
按腐蚀介质的不同,可分为大气锈蚀、海水腐蚀、地下锈蚀、细菌锈蚀等。
在包装工程中遇到最多的是大气锈蚀。
锈蚀对于金属材料和制品有严重的破坏作用。
据试验,钢材如果锈蚀1%,它的强度就要降低5%~10%,薄钢板就更容易因锈蚀穿孔而失去使用价值。
金属制品因锈蚀而造成的损失远远超过所用材料的价值。
所以为了减轻因金属锈蚀带来的损失,研究金属制品的锈蚀规律及其防护技术是非常重要的。
第一节金属制品锈蚀原理除了少数贵重金属(如金、铂)外,各种金属都有与周围介质发生作用的倾向,因此金属锈蚀现象是普遍存在的。
按照金属锈蚀的机理,锈蚀可分为电化学锈蚀和化学锈蚀两种类型。
而一般金属制品的锈蚀主要是电化学锈蚀。
一、金属电化学锈蚀原理1.电化学锈蚀原理:
金属电化学锈蚀的进行必须同时具备三个条件:
①金属上各部分(或不同金属间)存在着电极电位差;②具有电位差的各部分要处于相连通的电解质溶液中;③具有电极电位差的各部分必须相联。
造成电化学锈蚀的原因主要是在具备上述三个条件下的原电池作用。
当将两种金属放在电解质中,并以导线联接之,导线上便有电流流过,这种装置就叫做原电池。
众所周知的伏特电池的装置便是原电池。
在伏特电池中,导线将两极板联接起来,成为自由电子流动的通道。
电解质溶液(硫酸溶液)使两极板维持各自的电极电位,同时成为阳离子流动的通道。
即使是一块金属,不与其他金属接触,把它放在电解质溶液中,也会产生与上述类似的锈蚀电池。
因为一般工业用的金属都不是同一种金属元素组成的,常含有少量的杂质。
另外在金属表面上一般也分布着很多杂质,当它与电解质溶液接触时,每一颗粒杂质对于金属本身来说都成为阴极,所以在整个表面就必然有很多微小的阴极和阳极存在,因而在金属表面就形成了许多微小的原电池,这些微小的原电池称为微电池。
由此可见,金属电化学锈蚀的产生是由于金属与电解质溶液相接触时,金属表面的各个部分的电极电位不尽相同,结果形成锈蚀电池,其中电位较低的部分成为阳极,容易遭受锈蚀;而电位较高的部分则成为阴极,只起传递电子的作用,而不受锈蚀。
当金属与比金属表面温度高的空气接触时,在空气中所含的水蒸气就可以形成液态的水,在金属表面凝聚,使金属表面润湿成形成水膜。
当金属表面上存在着水膜时,由于大气中的某些气体,如二氧化碳、二氧化硫、二氧化氮或盐类溶解进去,这种水膜实际上就是一种电解质溶液。
在这种情况下,金属表面很自然地就会进行电化学锈蚀,引起金属制品锈蚀。
2.极化作用使金属材料发生电化学锈蚀是锈蚀电池作用的结果,锈蚀过程中产生的电流叫做锈蚀电流,它的大小是锈蚀速度的函数,根据欧姆定律,可以计算出锈蚀电流强度I式中:
I——锈蚀电流强度E——阳极电极电位Ec——阴极电极电位R——锈蚀电池的总电阻(包括内阻与外阻)知道锈蚀电流强度以后,根据法拉第定律可以计算出锈蚀量W与锈蚀速度,由式中:
W——锈蚀量(g)I——电流强度(A)t—锈蚀时间(s)F——法拉第常数n——金属在锈蚀电池中具有的阶数A——金属的原子量锈蚀速度即每小时每平方米的锈蚀量,即式中:
T——时间(h)S——阳极区的表面积(m2)
计算出的锈蚀速度同实际锈蚀速度相比较要大几十倍到几千倍。
由实验证明,这是由于锈蚀过程的总电阻虽然没有改变,但阴极和阳极电位差减小而造成结果。
因为当锈蚀开始时,阳极电位向正的方向移动,阴极电位向负的方向移动,因而电位差减小了。
电极电位的改变大多是在锈蚀开始的短时间内完成的,这种电极电位的改变叫做极化作用。
极化作用可以降低金属的锈蚀速度,所以研究极化作用及其产生的原因对防止金属制品锈蚀具有一定的实际意义。
(1)阴极极化:
阴极电位向负的方向转移的现象叫阴极极化。
阴极极化的原因,是由于在锈蚀电池的阳极反应过程中,金属离子溶入电解液,而在阳极区留下了多余的电子,互相连接的阳极区和阴极区之间又有电位差存在,于是多余的电子便从阳极区流入阴极区。
如果在阴极周围,吸收电子的阴极反应速度小于电子进入阴极区的速度,电子就要在阴极表面上积累起来,结果使阴极电位逐渐变负。
并且通往阴极的电流越大,阴极电位也就变得越负。
同时使阴阳两极的电位差逐渐变小,以致近于零,这时金属的锈蚀就停止了。
(2)阳极极化:
阳极电位变正的现象叫阳极极化。
阳极极化的原因,在某些金属中主要是由于金属表面形成钝化膜,阻碍了阳极过程引起阳极电位向正的方向移动;另外如果阳极金属溶人溶液的金属离子不能很快扩散,而积累在阳极表面附近,使阳极附近金属离子的浓度逐渐增加,使阳极电位变正,从而阻滞了阳极过程的进行,这叫浓度极化。
3.金属表面的钝化与活化如果金属在某些条件下,化学稳定性非常高,但它在相近条件很活泼。
我们把化学稳定性非常高的状态称之为钝化状态。
如金属锈蚀生成的锈蚀产物,具有致密的结构,并紧密的覆盖在金属的表面上,阻止金属进一步腐蚀,就说金属表面钝化了,这个覆盖层叫做钝化膜。
差不多所有的金属在适当的条件下都能转变为钝化状态,其中铁族金属(铁、铝、镍)以及铬、钽、铌、钼等金属的钝化情况最有代表性。
钝化的金属在干燥状态下,能在真空干燥的空气或干燥的氧气中,长期保持钝化状态。
但是在潮湿的空气中,特别是空气中没有清除二氧化碳、二氧化氮、二氧化硫等杂质时,能很快使钝化的表面活化。
钝化状态的稳定性决定钝化的条件、金属表面的结构、状态及钝化剂作用的时间。
金属钝化后,电极电位增高,即电位向正方向移动,因此电化学腐蚀速度大大下降几乎到零。
当外部条件变更时,钝化金属重新转变成活化状态称为去钝化或活化。
二、化学锈蚀原理化学锈蚀是指金属在外界介质中发生直接化学作用而引起的锈蚀。
其特点是在锈蚀过程中没有电流产生,并且锈蚀产物沉积在金属表面上。
这种锈蚀产物薄膜即氧化膜盖住金属的表面之后,即能在—定程度上降低金属与介质的反应速度,如果形成的膜很紧密,很完整,就能使金属和介质隔离开,阻碍它们互相接触,保护金属不遭受进一步的锈蚀,例如铝同氧化合生成的Al2O3薄膜比铁同氧化合生成的Fe3O4,薄膜厚度薄得多,但由于紧密完整,因此保护性能好。
像这样由一层锈蚀产物组成的,能把金属表面遮盖起来,从而降低金属锈蚀速度的薄膜,我们称之为表面保护膜。
金属在高温下氧化或在常温干燥环境中受气体如氧、二氧化碳、硫化氢、氯、氯化氢、二氧化碳、氢等的作用以及金属与酸、碱、盐的作用,都属于化学锈蚀。
在常温下,化学锈蚀不是主要的,但在高温时,化学锈蚀就比较显著。
化学锈蚀生成的膜可以分为五种情况:
(1)化学锈蚀后不形成保护膜,而是形成挥发性产物。
这种情况锈蚀速度只决定化学反应的速度,即氧化物的升华速度。
锈蚀量与时间成直线关系。
属于这类情况的金属有钼、锇、钌、铱等。
(2)在金属表面上形成不完整的膜,如膜中有许多裂缝或较大的气孔,这种膜不具有保护作用。
锈蚀量与时间也是直线关系。
属于这类情况的金属有钾、钠、钙、镁等。
(3)在金属表面形成完整的膜,锈蚀速度决定扩散速度和化学反应速度,可用图6—2表示。
图中曲线基本为抛物线,开始表示锈蚀速度由化学反应速度决定,呈直线关系,因开始时间很短,故直线形状并不明显,接着表示锈蚀速度由扩散速度决定,曲线成抛物线,最终表示锈蚀速度由化学反应速度与扩散速度二者决定的。
属于这类情况的金属有钨、铁、钴、铜、镍、锰、铍、钴、钛等。
(4)有一些金属锈蚀形成的膜对扩散的阻力更大,锈蚀速度与时间成对数关系,属于这类情况的金属有锌、硅、铝、铬等。
铁在较低温度下的氧化,也服从对数曲线关系。
(5)很多金属与空气中的氧作用,都会在金属表面形成一层氧化膜的保护薄膜,这一层膜的厚度取决于金属的性质、表面状态、氧化温度和介质的组成。
金属在常温状况下,干燥空气中形成的膜非常薄。
有些金属如银、铜及铜合金在含硫化物的干燥空气中形成的氧化膜表面变暗,通常称这种现象为失泽。
经实验证明,金属表面在空气中氧化成膜,或在溶液中钝化成膜,其保护的成长过程如为直线规律,则表面保护膜不具有保护性能,它将不断受到破坏而剥落。
如果表面保护膜的生长遵从对数规律,则此种保护膜有良好的保护性能。
因此研究表面膜的形成过程,对进一步研究金属的耐蚀性能也是极有益的。
第二节影响金属制品锈蚀的因素影响金属制品锈蚀的因素有许多,既有金属制品本身的特征因素也有金属制品的储存环境因素的影响。
现将主要方面分述如下。
一、金属制品本身的特征对锈蚀的影响1.与金属制品种类有关一般来说电极电位负值越大的金属在大气中越容易锈蚀。
例如铁与铜的标准电极电位分别是—0.44V和+0.33V,显然铁的电极电位比铜低,因此在大气中铁比铜容易锈蚀。
2.与金属制品的杂质和所加其他金属成分有关一般常用的金属材料及其制品都不是纯金属而是多种成分的合金,在成分、组织、物理状态、表面状态等方面都存在着各种各样的不均匀性,这就更增加了被锈蚀的可能性。
同时工业用金属材料中都含有一定量的杂质。
如工业锌中含有铁等。
金属中杂质对锈蚀的影响情况也不完全相同,纯金属在大气中或电解液中都是比较稳定的,但是只要有少量的杂质存在,也可使锈蚀速度增加几百倍甚至几千倍。
不同杂质对同一种金属制品影响情况也不同。
若在某一金属中加入一定量的其他金属元素,就可以改变基体金属的电极电位。
例如在铁中加铬达到重量比为11.7%时,其合金的电极电位将提高到十0.2V,这时就可以有效地抵抗空气,水蒸气和其他酸碱盐的锈蚀。
总之,金属制品中有电位高于金属本身的成分或杂质时,就容易加速商品的锈蚀;金属中如果加入容易钝化的元素(如钢中加入铝、铬、硅等),则可提高金属的耐锈蚀性。
3.与金属制品表面的镀层有关有些钢铁制品为防止锈蚀,在其表面上常镀有具有保护作用的金属镀层。
金属镀层基本有两种类型:
一种是阳极镀层,即镀层金属的电极电位较铁为负(如镀锌)。
另一种是阴极镀层,即镀层金属的电极电位较铁为正(如镀镍、铜等)。
这两种镀层的保护作用也不完全—样。
因为阳极镀层的锌层上如果有孔隙或局部破坏现象,则在大气中对钢铁仍有保护作用,因为当发生锈蚀时,锌是阳极而铁是阴极,结果被锈蚀的是锌,而铁受到保护。
阴极镀层金属的电极电位较铁高,所以当镀层有孔隙或局部破坏时发生锈蚀的结果是基体金属钢铁受到锈蚀。
所以严格说来,阴极镀层只有在没有孔隙和镀层不受破坏保持完整的情况下才能防止钢铁锈蚀。
因而对有镀层的金属制品在储存过程中也不能忽视对它的防锈蚀工作。
4.与金属制品的状态有关金属制品物理状态的不均匀性也是影响电化学锈蚀的因素。
金属在机械加工过程中常常造成金属各部分形变不均匀性及内应力的不均匀性,一般情况下变形极大的部位是阴极。
例如在铁板弯曲处及铆钉头的锈蚀,就是由于这个原因引起的。
另外由经验证明,受应力的部位也常为阳极,最容易受锈蚀。
金属表面状态也会对电化学锈蚀产生影响。
金属表面膜不完整,有孔隙,则孔隙下的金属表面电位就较低,成为微电池的阳极。
在大多数情况下,表面粗加工零件比表面精加工零件的锈蚀速度要大些。
表面粗糙度对锈蚀的影响在大气中比在电解液中明显得多,这主要是由于粗糙的表面有较大的吸附能,容易吸附水分与灰尘,并且容易形成氧的浓差电池。
有些金属如铝、铅、铜、锡、锑等在大气中能在表面上生成一层组织致密、性能稳定的保护膜,而使金属不继续锈蚀。
钢铁在大气中表面上生成的锈蚀产物,组织疏松,具有多孔结构,没有保护作用,同时还具有毛细管吸附作用,因此钢铁在大气中很容易锈蚀。
有些金属的锈蚀产物具有吸湿性,如在含有二氧化硫的大气中铜表面上可能生成硫酸铜,铁表面可能生成硫酸亚铁;在含氯离子的大气中金属表面会有金属氯化物生成,这些产物的吸湿点较低,因而更易锈蚀。
二、金属制品的储存环境因素对其锈蚀的影响储存环境因素是商品在储存中能否发生锈蚀的决定因素,因而也是防止储存中的金属制品锈蚀的主要控制因素。
所谓环境因素是指储存环境的空气温度、湿度以及空气中的有害气体和杂质,如二氧化碳、二氧化硫、氯化物等,还有与金属制品相接触的酸、碱、盐等物质都属于环境因素。
1.空气的湿度金属制品在储存中的锈蚀主要是潮湿大气锈蚀。
潮湿大气锈蚀是在金属制品表面形成的水膜下发生的电化学过程。
这种过程的速度与水膜厚度有一定的关系。
图中区域I(水膜厚度二1~l0nm)相当于吸附水分的起始阶段,金属表面仅有极薄的吸附膜(仅几个到几十个分子层),这时属于干燥的大气锈蚀,锈蚀速度最小。
区域Ⅱ(水膜厚度二10~l00nm)相当于金属表面存在不可见的水膜的锈蚀(10~100个分子层),从化学历程过渡到电化历程,锈蚀速度迅速增大。
在区域Ⅲ(水膜厚度二100—1000nm),金属表面有明显可见的水膜,但随水膜厚度的不断增加,氧穿过水膜向金属表面扩散逐渐困难(阴极控制成了主要因素),因而锈蚀速度开始下降。
当水膜厚度增至区域Ⅳ(水膜厚度>lmm)时,便相当于金属全浸在水中的锈蚀情况。
金属制品在空气中,表面水膜的厚度与空气相对湿度有直接关系。
只有空气相对湿度超过临界湿度时,在金属表面所形成的水膜才能满足锈蚀电化学过程的需要,从而使锈蚀速度明显加快,并且湿度越高,锈蚀速度越快。
一般金属锈蚀的临界湿度在70%左右。
金属制品表面粗糙,结构复杂,表面吸附有盐类、尘埃及有害气体等,都能降低锈蚀的临界湿度。
图6-4是铜在含二氧化硫空气中锈蚀速度与空气湿度的关系曲线。
在超过临界湿度的条件下,金属锈蚀的电化学过程之所以随空气湿度的升高而加快,是与锈蚀电池的极化作用有关。
在相对湿度较低时,阳极极化程度较高,随着相对湿度的升高,阳极极化程度愈来愈小因而锈蚀速度愈来愈大,如图6-5所示:
1和5相对湿度为100%;2和4相对湿度为75%;3相对湿度为50%。
当空气相对湿度从50%增加到100%时,锌的阳极极化率会降低1000倍。
阳极极化程度在可见水膜下随水膜的减薄而降低;在不可见水膜下,则随水膜的增厚而降低。
也就是说空气湿度增高,阴极极化程度会减小,于是锈蚀速度会加快。
在超过临界湿度的条件下,金属锈蚀的电化学过程之所以随空气湿度的升高而加快,是与锈蚀电池的极化作用有关。
在相对湿度较低时,阳极极化程度较高,随着相对湿度的升高,阳极极化程度愈来愈小因而锈蚀速度愈来愈大,如图6-5所示:
1和5相对湿度为100%;2和4相对湿度为75%;3相对湿度为50%。
当空气相对湿度从50%增加到100%时,锌的阳极极化率会降低1000倍。
阳极极化程度在可见水膜下随水膜的减薄而降低;在不可见水膜下,则随水膜的增厚而降低。
也就是说空气湿度增高,阴极极化程度会减小,于是锈蚀速度会加快。
钢铁锈蚀速度与空气湿度的关系是一种对数关系,可表示如下
V—在该湿度下的锈蚀速度V0—在饱和湿度下的锈蚀速度H—在该温度下的实际湿度h——在该温度时的饱和湿度公式表明在相对湿度较低时,随相对湿度的增加,锈蚀速度增加并不快,然而在接近饱和湿度时,即使相对湿度增加得不多,锈蚀速度也增加得相当快。
可见相对湿度是影响储存的金属制品锈蚀的重要因素,只要将储存环境的相对湿度控制在金属制品锈蚀的临界湿度以下,就能有效地防止锈蚀的发生。
2.空气的温度温度对锈蚀的影响并不是孤立的,同时也受到相对湿度的影响。
一方面储存环境气温的升高会加速金属制品的锈蚀速度,因为热能可加速化学反应的进行,同时温度升高能减轻阴极的极化作用,但是这种作用只有在温度很高时并且这种温度的升高并不至使金属制品表面水膜干涸的情况下才能表现出来。
在大气锈蚀中气温的作用可以从大气锈蚀的速度公式看出:
式中:
V——大气锈蚀速度H——空气相对湿度(%)t——空气温度当相对湿度超过65%时,空气温度升高对锈蚀速度才表现出促进作用;但当气温升至80℃时,由于氧在水膜中溶解度的明显下降,锈蚀反而受到抑制。
另外气温的骤变,对金属制品锈蚀的影响也比较大。
当气温骤然降低时,在绝对湿度较大的情况下就可能在金属制品的表面发生结露现象。
将温度较低的金属制品移入气温较高的环境中时,如冬季运输的金属制品,其本身的温度常与库内的温度相差较大,入库后就很容易出现结露现象。
结露后会严重加速金属制品的锈蚀,因此必须引起注意。
空气温度在5~50℃的范围内相对湿度达到65%~75%,当气温骤然下降6℃时,就可能产生结露现象。
气温变化的温度越大,可能发生结露的相对湿度也就越低。
我国各地区的昼夜温差都超过6℃,有的地区昼夜温差可达15℃以上。
在这种情况下,即使空气相对湿度较低,也可能出现结露现象。
因此,应使储存金属制品的库内温度保持相对稳定,避免出现结露现象对防锈是有实际意义的。
3.空气中的氧的作用氧气和水一样,是金属在大气中锈蚀的必要因素,缺少其中之一,金属就不会被锈蚀。
一方面氧气能溶解并渗透金属表面的水膜,以铁为例,在金属表面将发生下面的锈蚀反应:
O2+H20十2e→20H—Fe2++20H→Fe(OH)2//2Fe(OH)2十O2+H20→2Fe(OH)3另一方面,在大气锈蚀过程中,阴极去极化作用主要是氧的去极化作用。
也就是说,氧是主要的去极化剂。
阴极去极化剂不断地从阴极取走电子,而使阴极可以不断接受由阳极给出的电子,使阴极过程继续进行,金属不断被溶解。
所以在大气锈蚀过程中,氧和水一样是促进锈蚀的重要因素。
4.空气中的有害气体与杂质
(1)二氧化硫空气的暴露试验,钢铁、铜和锌等金属的锈蚀速度与空气中二氧化硫含量近似地成正比关系。
图6-7所示为二氧化硫含量对钢铁锈蚀速度的影响,空气中的二氧化硫含量对铝的影响比较特殊,干燥空气中影响很小,而在湿度较高时(如相对湿度在98%以上),空气中只要含有微量二氧化硫(0.01%),锈蚀速度就会剧烈上升,如果二氧化硫浓度增加到0.1%,铝的锈蚀速度可增大4~10倍;二氧化硫浓度再增大到1%时,锈蚀速度的增大又缓慢下来。
空气中的二氧化硫含量一般都超过0.15%,许多比较耐蚀的金属制品在这种环境下储存都有被严重锈蚀的可能。
二氧化硫对金属制品锈蚀的影响作用主要是二氧化硫溶解在金属表面水膜中生成亚硫酸,加强了锈蚀的电化学作用。
酸能溶解多种金属表面具有保护作用的氧化膜,使电化学锈蚀的阴极过程变得容易;同时酸的氢离子又能使阴极过程加速。
虽然二氧化硫在空气中的含量远远小于氧的含量,但是由于二氧化硫在电解液中的溶解度要比氧大1000倍以上,因此当空气中二氧化硫含量为0.015%,电解液中二氧化硫的浓度就等于氧的浓度。
(2)硫化氢在干燥空气中硫化氢只能引起部分金属表面变色(铜、黄铜、银和铁比较明显),但在潮湿大气中,由于使液膜酸化而对铜镍特别是铁和镁锈蚀的促进作用较大,同时可能引起不锈钢的锈蚀。
(3)氯化物工业大气中的氯化氢、氯这两种气体都对金属制品具有较强的钥蚀作用,因为它们溶解在水膜中都能形成盐酸。
海洋大气中常含一定量的食盐微粒,能促进钢铁以及铜、铝等的锈蚀。
食盐的作用主要是氯离子的作用,由于氯离子的体积很小,能穿透金属表面的保护膜,同时氯离子容易吸附在金属氧化膜上,取代金属氧化膜中的氧生成中溶性氯化物。
空气的成分与污染物性质与地区有关,因此按照对金属锈蚀的影响,把空气分为工业大气、城市大气、海洋大气与农村大气。
其中工业大气中因含二氧化硫、氯化氢等有害气体较多,对金属锈蚀的影响最大;海洋大气中含有食盐微粒且湿度较大,对金属锈蚀的促进作用也很明显,海洋大气中食盐含量随着与海岸距离的增加而减少,所以金属锈蚀速度也常随储存场所与海岸距离的增加而减小。
农村大气的影响最小。
除了上述因素对储存的金属制品的锈蚀具有影响之外,还有其他一些因素,例如包装材料,特别是与金属制品直接接触的包装材料对金属的锈蚀有一定的影响,有些包装纸的成分中含有相当量的氯离子和酸,有的还含有还原性硫。
包装纸的毛细管的凝聚作用,还能降低金属制品锈蚀的临界相对湿度。
此外某些微生物对金属的锈蚀具有促进作用。
在潮湿的条件下,铁细菌可以在钢铁上生长繁殖,并促进钢铁的锈蚀。
少数霉菌,如思曲霉菌能促进铝的锈蚀,在湿热条件下,仪器仪表也常因微生物(主要是霉菌)的繁殖而引起严重的锈蚀。
微生物对金属商品的锈蚀,主要是由于微生物新陈代谢产物的作用,以及沉积物的影响所致。
第三节防锈蚀包装技术金属制品的锈蚀主要是由电化学锈蚀造成的,电化学锈蚀主要由于金属表面的电化学不均匀性,当它和介质接触时,形成锈蚀电池。
据此,我们即可研究防止金属锈蚀的有效的包装技术和方法。
显然为了防止金属制品免遭锈蚀,最有效的防锈蚀包装技术与方法就是要设法消除产生锈蚀电池的各种条件。
防锈的方法很多,根据防锈时期的长短可分为“永久性”防锈和“暂时性”防锈。
“永久性”防锈方法,如改变金属内部结构;金属表面合金化;金属表面覆层(电镀、喷镀、化学镀);金属表面施非金属涂层(搪瓷、橡胶、塑料、油漆等涂层)……。
这此方法都能较好地达到防锈的目的,但它们是“永久性”的,防锈层不能除去,因而这些方法在金属产品的防锈包装中不能普遍采用;而“暂时性”防锈并不意味防锈期短,而是指金属产品经运输、储存、销售等流通环节到消费者手中使用这个过程的“暂时性”,以及防锈层的“暂时性”。
“暂时性”防锈材料的防锈期可达几个月、几年甚至十几年。
“暂时性”防锈包装技术是本章的主要研究对象。
“暂时性”防锈包装的工艺过程有三个方面的内容:
即防锈包装的预处理技术(包括清洗、除锈、干燥等)、各种防锈材料的防锈处理技术以及防锈包装后处理技术。
一、金属制品包装的预处理技术由于种种原因,生产的金属制品表面上常生成或附着各种物质,如油脂、锈蚀产物以及各种灰尘等。
这些都是产生电化学锈蚀的因素,所以对金属制品进行防锈包装时,必须对它们进行清洗、除锈、干燥等预处理。
1.金属制品的清洗金属制品常用的清洗方法主要碱液法、表面活性剂法和有机溶剂法等。
(1)碱液法碱的水溶液可以洗去金属表面上的油污,这是常用的清洗方法之一。
可以用于金属清洗的碱类有氢氧化钠、碳酸钠、磷酸三钠、焦磷酸钠以及六偏磷酸钠、水玻璃等。
对不起皂化反应的矿物油如用苛性碱清洗效果不好,多采用硅酸钠、磷酸钠及碳酸钠等弱碱为主要成分配合以表面活性剂的碱洗净液。
碱液法清洗,对所用碱的种类,一般要根据金属材料和所附着的油脂种类进行选定。
碱液法清洗的主要优点是洗油效果好,即使油污较重的制品也能洗净,非油脂类污物也能同时洗掉,碱液还可反复使用,比较经济。
缺点是如果控制不好可能引起金属制品的锈蚀或变色。
(2)表面活性剂法表面活性剂是指在分子结构上具有亲水基与憎水基两个部分的—类有机物质,这种特殊结构,使它们在水溶液中具有特殊的分散性——较集中定向地吸着在溶液的表面或界面(如油与水的界面)上,并能降低表面张力与界面张力。
因此,它们具有润湿、渗透与乳化、洗净等作用。
表面活性剂的品种很多,如肥皂等脂肪酸盐类、合成洗涤剂烷基磺酸钠等磺酸盐类、烷基三甲基氯化胺、6501清洗剂、平平加清洗剂、TX-10清洗剂、6503清洗剂、105(R-5)清洗剂、664清洗剂等。
表面活性剂法清洗的特点是操作安全,洗油效果好,同时也能洗净非油脂性污物,并且对金属无明显锈蚀作用,因而更适用于金属精密制品。
(3)有机溶剂法有机溶剂法是应用对油污有较强溶解能力的有机溶剂洗净金属制品表面的方法。
常用的溶剂有石油系列溶剂,如汽油(主要是200#业汽油或1609#120#油)、煤油等,其次是氯化烃类溶剂,如三氯乙烯、四氯乙烯等。
溶剂法清洗的优点是效果好,少量金属制品清洗时不需加热,用浸泡或擦洗即可洗净,并且对金属无锈蚀性。
但清洗大批金属制品要有必要的设备(如清洗机等)。
缺点是石油系列溶剂容易燃烧起火,同时由于在金属表面挥发时吸收大量热量可能使金属温度明显下降,在高湿环境中洗过的制品表面会出现结露现象,从而引起生锈。
(4)其他清洗液络合物清洗液。
用上面三种方法都难以清除的污物可以采用络合物清洗液。
常用氨羧络合剂:
乙二胺四乙酸或乙二胺四乙酸二钠盐,它们都可以与污物生成可溶性螯合物,而使污物脱离金属表面。
人汗清洗液。
人汗沾污可用热甲醇或人汗置换型防锈剂清洗。
还有超声波净化、蒸汽净化、电解净化等,这些都是比较先进的净化方法。
清洗是整个防锈包装的基础工序,清洗两种或多种清洗液联合清洗。
2.金
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