植酸在金屬表面處理中的現(xiàn)狀

李青竹

摘要：植酸是一種新型的防護(hù)金屬腐蝕的螯合物。植酸與金屬絡(luò)合后，易在金屬表面形成一層致密的單分子保護(hù)膜，能有效阻止氧氣與金屬基體接觸，從而達(dá)到耐蝕的目的。同時(shí),該保護(hù)膜中的羥基、磷酸基等活性基團(tuán)，能與有機(jī)涂層發(fā)生化學(xué)作用，因此，經(jīng)植酸處理后的金屬表面與有機(jī)涂層有良好的附著力。對(duì)環(huán)境友好的植酸化合物自組裝修飾于銅基電極表面，進(jìn)行了電化學(xué)極化曲線實(shí)驗(yàn),獲得了最佳組裝實(shí)驗(yàn)條件。

關(guān)鍵詞：植酸金屬處理

植酸是從糧食作物中提取的天然的無毒化合物，它的化學(xué)名稱為環(huán)己六醇六磷酸酯，由于它的分子中有6個(gè)磷酸基，是一種少見的金屬多齒鰲合物。植酸與金屬絡(luò)合后，易在金屬表面形成一層致密的單分子保護(hù)膜，能有效阻止氧氣與金屬基體接觸，從而達(dá)到耐蝕的目的。同時(shí)，該保護(hù)膜中的羥基、磷酸基等活性基團(tuán)，能與有機(jī)涂層發(fā)生化學(xué)作用，因此，經(jīng)植酸處理后的金屬表面與有機(jī)涂層有良好的附著力。

一、植酸在鎂-鋰合金上的應(yīng)用

鎂-鋰合金是一種新型的、最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，除了具有一般鎂合金的高比剛度、高沖擊韌度、良好切削加工性等優(yōu)點(diǎn)外，還具有密度小、塑性高、優(yōu)良的電磁屏蔽及抗震性等特點(diǎn)。鎂-鋰合金最初用在宇宙飛船、航天飛機(jī)、火箭等重要裝備上，上世紀(jì)90年代以來，才被廣泛應(yīng)用在汽車、醫(yī)療器械和3C電子產(chǎn)品等方面。然而，鎂-鋰合金的耐蝕性能很差，限制了它的進(jìn)一步應(yīng)用。因此，研究提高鎂-鋰合金耐蝕性具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。將植酸加入到陽(yáng)極氧化過程使用的基本電解液中，在鎂-鋰合金表面制得了陽(yáng)極氧化膜。討論了植酸的質(zhì)量濃度對(duì)氧化膜表面形貌和耐蝕性能的影響。

采用浸漬法，室溫下在以植酸為主要成分的水溶液中制備了鎂表面的耐蝕性轉(zhuǎn)化膜，膜層制備后自然瀝干，不需水洗。整個(gè)工藝過程中無廢水及廢氣排放。利用正交試驗(yàn)分析了多因素對(duì)鎂植酸轉(zhuǎn)化膜耐蝕性影響，探明了膜層形成的最佳條件。結(jié)果表明，在處理液中主要成分植酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%、pH值2.5~3.5、反應(yīng)時(shí)間7 min的條件下制備的膜層具有最佳的性能，并對(duì)膜層的微觀形貌進(jìn)行了表征。環(huán)境友好型防腐蝕植酸處理技術(shù)有望成為新的鎂表面防腐處理技術(shù)。

二、植酸對(duì)銅表面的緩蝕作用

植酸具有特殊的分子結(jié)構(gòu)和很強(qiáng)的螯合作用及一定的成膜性且無毒無污染，是一種少見的金屬多齒螯合劑，當(dāng)與金屬絡(luò)合時(shí)，易形成多個(gè)螯合環(huán)，所形成的絡(luò)合物穩(wěn)定性極強(qiáng)，即使在強(qiáng)酸性環(huán)境中，植酸也能形成穩(wěn)定的絡(luò)合物。因此植酸易在金屬表面形成自組裝膜，能有效地阻止腐蝕介質(zhì)與金屬表面接觸，從而阻止金屬的腐蝕。但植酸分子的剛性大、空間位阻也相對(duì)較大，影響了分子在表面的緊密排列，所形成的膜有一定的缺陷。以銅基(純銅與黃銅)材料制備電極，將植酸分子通過自組裝技術(shù)修飾于電極表面，形成有序的單層.在0. 1 mol/LNaCl介質(zhì)中，對(duì)植酸修飾層進(jìn)行電化學(xué)極化曲線實(shí)驗(yàn)和交流阻抗觀察，重點(diǎn)考察了組裝濃度、時(shí)間以及pH等自組裝因素，系統(tǒng)比較與評(píng)價(jià)組裝條件與銅基材料上植酸層緩蝕性能的關(guān)系，通過實(shí)驗(yàn)的類比，優(yōu)化了成膜方法。

植酸在較低濃度下組裝，對(duì)于純銅與黃銅均提高了緩蝕性能，尤其對(duì)于合金如黃銅成效顯著.同時(shí)，在腐蝕液環(huán)境中，經(jīng)交流阻抗分析，解析了植酸組裝層的緩蝕機(jī)理。

三、植酸在鍍鋅鈍化中的應(yīng)用

植酸由于含有六個(gè)磷酸基，對(duì)金屬具有較好的鰲合性，如在pH3-4時(shí)對(duì)鋅的絡(luò)合常數(shù)是15.5，因此，國(guó)外正將其用作金屬的緩蝕劑，如用作熱交換器的冷凝水的抗腐蝕劑，用作鋼的底漆的抗腐蝕劑圖，用作鋁和鋁合金的表面處理劑及作為鋅與鋅合金鍍層的表面處理劑。由于鍍鋅層鉻鈍化中的鉻酸鹽的毒性和價(jià)格的昂貴，八十年代以來人們紛紛開始對(duì)鍍鋅層進(jìn)行無鉻鈍化的研究，并采用加入合成的烴基膦酸(如HEDP)提高其緩蝕作用。我們按曾報(bào)道的方法從米糠中提取植酸鬧，將其用于鍍鋅的無鉻鈍化中，比較它們與烴基膦酸對(duì)鈍化膜的緩蝕性能，我們發(fā)現(xiàn)植酸對(duì)鈍化膜的緩蝕性能優(yōu)于其他的烴基膦酸。 過去鍍鋅層鈍化一般采用鉻酸法，價(jià)格昂貴，環(huán)境污染嚴(yán)重.近年來許多人紛紛探討研究對(duì)鍍鋅層進(jìn)行無鉻鈍化，并采用加入各種有機(jī)合成磷酸，提高其防腐性能，但效果一直不令人如意，然而將植酸用于鍍鋅的無鉻鈍化中，防腐性能優(yōu)于各種烴基膦酸。

植酸的加入能延緩鈍化膜的腐蝕，并且其抗腐蝕能力優(yōu)于其他烴基膦酸，這可能是由于植酸有六個(gè)氧和六個(gè)磷酸基，它們能與多個(gè)鋅離子鰲合，附集于鈍化膜的表面增加了鈍化膜的抗腐蝕性能。

四、植酸在鋁合金上的應(yīng)用

將Al及其合金放入含Ti、Zr、Fe離子二種或兩種以上、pH值=9的堿性水溶液中進(jìn)行處理后水洗干燥，再用含植酸的酸性水溶液處理。特點(diǎn)是防腐性好、涂膜致密、外觀優(yōu)良。

H2TiF60.2 g/L，ZrSO40.2 g/L，F(xiàn)e(OH)30.2g/L，Na5P3O100.2 g/L，C5H6O71 g/L，NaOH適量；pH值11.5~13.8，溫度70℃，將Al或其合金材料在上述堿性水溶液中浸漬6 s，用水洗凈后，放入含植酸20 g/L的水溶液中(pH=3.5)，60℃浸漬6 s，用去離子水清洗干凈，干燥即可。

結(jié)論

植酸以其獨(dú)特的理化性能，可在金屬表層形成堅(jiān)固致密的單分子保護(hù)膜，抑制金屬的氧化腐蝕，可廣泛地應(yīng)用于金屬防護(hù)處理中，雖然我們?cè)谥菜嵘a(chǎn)與應(yīng)用方面做了一些工作，并取得了較大的成績(jī)，但與目前國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家相比，還有相當(dāng)?shù)牟罹唷Ｖ菜嵩诮饘俜雷o(hù)處理中的廣泛應(yīng)用，能大幅度提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本，減少環(huán)境污染，對(duì)提高經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益有著不可估量的價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

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