磷酸浸蚀工艺在水冷却器防腐表面处理应用1

磷酸浸蚀工艺在水冷却器防腐表面处理应用

关键词：磷酸浸蚀、除锈原理、水冷却器、防腐1、概况碳钢冷却器采用油性涂料及Ni-P合金化学镀防腐施工技术，在化工装置生产中得到了广泛的应用，并取得了很好的经济效益和认可。近年来，为了进一步推广油性涂料及Ni-P合金化学镀的使用效果，我们对冷却器管束表面处理研究。冷却器是由几百根φ19×6000的碳钢管积累而成的管束,直径小到φ600大到φ1800，管与管之间呈三角形排列，结构紧密。采用机械法喷砂除锈，无论如何也无法使表面达到施工标准等级。只有采取化学浸蚀法，才可以达到施工要求。国内最普遍采用的盐酸浸蚀和硫酸等方法。这两种方法最大的缺点是易产生挂灰、氢脆和过腐蚀的危害，并且工艺繁锁，酸洗后容易在基体内留下缝隙腐蚀的隐患。对于结构较复杂的冷却器管束采用酸浸蚀进行表面处理，要达到完全冲洗干净残存盐（硫）酸液是很不容易的，因此，我们必须改变传统的酸浸蚀方法，采用磷酸浸蚀（也称磷化处理）技术来完成冷却器管束防腐表面处理问题。2、除锈原理通常用硫酸、盐酸和磷酸做为酸浸混合液。这些酸和铁的氧化物的反应是一个以化学还原溶解为主，包括化学溶解和剥离作用的复杂过程。电化学还原性溶解的机理是由于在钢铁表面上，锈层（氧化层）的不连边续处，产生的局部电池的阳极反应，把氧化铁还原成亚铁离子直接进入溶液中。可以把锈层的溶解过程看成是按下列反应进行的电化学溶解过程。硫酸浸蚀：FeO+H2SO4=FeSO4+H2OFe3O4+4H2SO4=FeSO4+Fe2（SO4）3+4H2OFe2O3+3H2SO4=Fe2（SO4）3+3H2OFe+H2SO4=FeSO4+H2↑盐酸浸蚀：FeO+2HCL=FeCL2+H2OFe3O4+8HCL=FeCL2+2FeCL3+4H2OFe2O3+6HCL=2FeCL3+3H2OFe+2HCL=FeCL3+H2↑磷酸浸蚀：FeO+3H3PO4=Fe(H2PO4)3+H2OFe3O4+8H3PO4=Fe(H2PO4)2+2Fe(H2PO4)2+3H2OFe2O3+6H3PO4=2Fe(H2PO4)3+3H2OFe+3H3PO4=Fe(H2PO4)3+H2↑存在于溶液中Fe(H2PO4)2+2Fe=Fe3(H2PO4)2+2H2↑不溶于水总反应:阴极反应：Fe2O3+６H＋-2ｅ=2Fe２＋+3H2O阳极反应：Fe＝2Fe２＋+２ｅ这种电化学作用还能沿着钢铁和氧化物的界面渗入到铁锈的底部，使氧化皮剥落离开金属表面。一般酸的浓度在40%-60%，温度在40℃-70℃之间，反应速度较快，当酸的浓度降低至6%的时候，溶解力下降，锈层不易除掉。当Fe２＋浓度超过250g/l时，浸蚀液需调整。３、磷酸浸蚀工艺在冷却器防腐表面处理的应用磷酸的化学性能较硫酸、盐酸、硝酸弱，但较醋酸、硼酸等弱酸强。无氧化能力，浓度在85％密度为1.78Kg/l无色透明，粘稠，无臭味。工业中用于配置磷化液，可对金属件进行表面磷化处理，增强耐蚀性，延长物件使用寿命。因此在生产中应用比较安全，劳动条件得到改善，并能减少缝隙腐蚀留下的隐患，经过不同条件下的对比实验，我们制定了适用冷却器管束表面状态的最佳工艺：磷酸浸蚀工艺设备如下：3．1脱脂槽：规格6500×1600×1600mm，δ=4mm普通碳钢、采用环氧防锈漆防腐。作用：用来清除管束表面油污，提高酸洗效果，采用水基清洗剂，代替传统的碱洗配方，一公斤清洗剂相当于50公斤汽油的除油效果。在15℃-60℃条件下有良好的除油效果，并且本身不含硝酸盐，对人体皮肤无刺激，无毒，配制方便省力。用过的清洗剂可循环使用，用时漂去悬浮物和过滤沉淀物再适应调整浓度就可继续使用。避免了常规碱洗配方会引起碱脆的危险，并且大大降低了成本。3．2酸浸蚀槽：规格6500×1600×1600mm，δ=4mm普通碳钢、采用衬胶防腐采用磷酸浸蚀代替硫（盐）酸浸蚀，完全可以除掉管束表面及间隙的氧化皮，除锈效果安全可靠。同时表面生成暗灰色钝化膜，保持管束短时间内不返锈。表面的一层黑膜，使用0.3-0.4Mpa压缩风吹除，即可进行涂料防腐。3．3活化槽：规格6500×1600×1600mm，δ=4mm普通碳钢、采用衬胶防腐采用磷酸浸蚀后的冷却器表面生成深灰色的钝化膜，若进行Ni-P合金化学镀，必须进行活化处理，露出物件金属本体颜色。3．4水槽（两个）分装热水、冷水。规格6500×1600×1600mm，δ=4mm普通碳钢、采用环氧防锈漆防腐。序号工序名称溶液浓度条件工艺要求及检查标准备注１脱脂水基清洗剂使用温度40-60℃使用浓度0.5%-1%物件浸入槽中保持1-2小时,宏观检查无油胀口管黄油应先用三氯乙烯擦除２水洗使用温度50-70℃物件浸入槽中水外溢３磷酸浸蚀磷酸液使用温度≤60℃使用浓度30%-50%物件浸入槽中保持3小时手指触黑膜下生成深灰色钝化膜终止４活化盐酸液+乌洛托品1%使用温度：常温使用浓度：5%-8%钝化膜去除，露出物体金属本体颜色，5分钟采用Ni-P合金化学镀时使用５压缩风吹除用0.3-0.4Mpa压缩风表面黑膜吹掉，露出深灰色钝化膜或本体金属颜色4．磷酸浸蚀与盐酸浸蚀工艺比较为什么抛弃成本低工艺的盐酸浸蚀而采用磷酸浸蚀工艺呢？这主要是和金属被腐蚀机理分不开的。盐酸浸蚀后盐酸或氯化物会残留在管件连接的缝隙中，产生缝隙腐蚀并扩散到管子中去。而磷酸浸蚀可以克服这一缺点，并生成钝化膜，还能提高漆膜和表面镀层的附着力，延长防腐层的使用寿命，因此磷酸浸蚀得到了普遍应用。（1）磷酸浸蚀与盐酸浸蚀相比具有以下优点：1）脱脂时间短，脱脂过程中能除去管子子上面的油污。2）工序少，占地面积小，盐酸浸蚀需5道工序，而磷酸浸蚀需3道工序。因此降低了机械费与人工费，降低了水电消耗，同时提高了工作效率。3）减少了钝化工序，避免亚硝酸盐工业污染及相应的环境保护措施。（2）磷酸浸蚀缺点：1）浸蚀液需加温使用。2）浸蚀后表面生成的黑膜需用0.3-0.4Mpa压缩风吹除。结束语通过上文的对比可以发现，磷酸浸蚀工艺的优越性仍大于缺点。它具有节省能源，降低成本