防锈油性能的快速评价方法研究

防锈油性能的快速评价方法研究

赵兴丽 王培凌 易艳彤 王培群 易艳绥

航空工业陕西飞机工业有限责任公司 陕西汉中 723213

摘要：电化学方法研究快速评价防锈油性能可行性，并与湿热试验进行比较。结果表明循环伏和分段循环伏非常适合防锈油评价，数据可靠，易于快速测试其更快、更实用。

关键词：防锈油性能；循环伏－安法；分段循环伏－安法；防锈性能评价

自1980年代以来一直是腐蚀研究的中心课题。涂层的保护作用长期以来一直受到自然腐蚀测量，但这些方法周期长、分散、重复缺陷的实验。到目前为止，已经证明涂层下金属的腐蚀主要是一种化学过程，使用科学的检验方法腐蚀机器或利用化学指标评估金属层的腐蚀脆弱性变得越来越重要。目前研究的大多数涂料都是以黏度较高的涂料为基础，例如油漆或颜料，以及低粘度防锈油的电化学涂层研究较少。关于膜层下不均匀性防锈油报道很多。但是，大多数研究都是直流电阻和腐蚀性电信号的测量，其中其他电化学测试方法很少应用。此外，化学评价方法与化学加速试验之间的相关性缺乏实验先决条件。

一、防锈原理

1.金属腐蚀过程。金属腐蚀是指大气中的水和氧等腐蚀性气体对金属的腐蚀或变色。钢表面在大气中产生的氧化物或氢氧化物称为锈。锈蚀是金属表面局部孔隙形成引起的电化学反应。随着氧分压、温度、电解质浓度和pH值的降低，腐蚀反应速率在一定程度上增加。

2.防锈原理。为了防止生锈，通常防护措施：永久性和临时性。油漆、涂层或电镀通常用于永久防锈。防锈油主要用作临时防锈剂。防锈油是由基础油、防锈剂和其他辅助添加剂组成的临时防护材料。金属保护一般通过以下功能实现：吸附防锈剂。防锈剂是一种具有极性基团和较长碳氢链有机化合物。它由不对称极性和非极性两部分组成，极性基团通过化学键在金属表面形成定向吸附，降低金属表面活性中心的活性，防止水和氧分子的吸附，减缓腐蚀过程。非极性部件可在金属表面形成疏水保护膜，以防止腐蚀反应中电荷或材料的移动，从而降低腐蚀的可能性和速度。水置换和溶剂防锈剂。防锈剂是一种不对称表面活性剂。如果其分子极性大于水分子极性，与金属的亲和力大于水，则可以取代金属表面的水膜，减缓金属的腐蚀速度。防锈油的中和、置换和增溶。防锈油中的碱性防锈剂能中和酸性腐蚀介质。高分子羧酸皂中的部分游离羧酸能中和碱外，还可以与腐蚀性酸一起分解，形成新的盐和聚合物羧酸。因此，一些防锈油可以中和、置换和增溶极性物质。基础油的增效作用。基础油是防锈油的主要成分，主要起到载体和油效的作用。前者使各种功能性添加剂完全分散，在油品中发挥作用；后者在金属表面进行物理吸附，极性分子的吸附量低，防锈分子之间的直接吸附。借助范德华引力与防锈剂分子堵塞，使吸附膜更加完整和致密。此外，极性分子的吸附力不够强，不易脱落，这为金属提供了更有效地保护。

二、防锈油的组成与作用

防锈油的成分与工件的材料、工作环境和工艺过程有关。它由几种通用功能添加剂和防锈油组成。基础油由矿物、合成和植物油组成，可以增强和保护防锈膜。添加剂包括防锈、极压、耐磨、油性、分散剂等。防锈剂是防锈油的重要组成部分，防锈油通常与几种防锈剂一起使用，起到互补和兼容的作用。防锈剂是一种极性油溶性有机聚合物化合物。有数百种化合物，包括磺酸盐、羧酸、羧酸衍生物、酯、有机磷酸、盐、有机胺和杂环化合物。油溶性石油磺酸盐是应用最广泛的防锈剂，大气中的水和氧气等腐蚀性气体对金属的腐蚀或变色通常被称为生锈或锈蚀。防锈油能防锈，因为它可以物理或化学隔离导致金属腐蚀的腐蚀介质。其作用机理是在基本组分中加入各种防锈剂，在金属表面形成清洁致密的吸附膜，或捕获和分散油中的水、酸等极性物质，包溶于胶束或胶团中，并取代金属表面的水膜或水滴，以防氧化。空气中的水和酸性物质会腐蚀金属表面，起到防锈作用。

三、电化学分析法

电化学分析（electroanalytical methodes）是仪器分析的重要组成部分。一种仪器分析，根据溶液中物质的电化学性质和变化规律，根据电流、电功率、电位和实测物质量之间的测量比率对组分进行定量。也称为电化学方法。

1.类别。电化学分析系统分为不同的类别：①在一定条件下，根据化学电池的电极、电流、电压和电导率等物理尺寸与溶液密度之间的关系进行分析的方法。电位、恒电位库仑、极谱和电导法等。②化学电池中电极、电流、电量和电导率等物理量（指明终点的突变）。③检查液的测量部分是通过用金属或氧化材料测量电池质量的主动极上的电反应来测量的，以确定所确定的比例。

2.主要方法。电导法是用电导仪直接测量静电放电电子。电位滴定是测量离子时与标准溶液相结合的一种测量方法，表明极的电位偏差表示滴定到达。电解分析是直流电压应用于电解池两个极，根据极的增大质量计算测量量。采用VA、电解质电压波动（VA）进行分析的方法。是将伏安法，将恒电位电解结合的。电位溶出在恒定电位电解富集下测量的物质浓到工作电极上，然后关闭恒定电位补偿，解决氧化溶溶解富集的物质。它记录溶出，并根据曲线上求解度数的长度进行测量。此方法将简短P．S．A。

3.电化学分析方法具有以下特点：灵敏度高。检出分析的最小值可以是10至12 mol/L。精度高，库仑和电解方法很高精确度，特别适用于测量适合于测量高零件尺寸的微元件。范围测量宽。

四、实验方法

1.油样和电极制备研究。45#CO2钢电极材料，研究电子产品采用1 cm2工作面的电极用砂纸研磨，清洗无水乙醇，防锈油干燥均匀施用。在自然流体中，在NaCl溶液5℃温度下进行质量为3.5%的电化学实验。

2.循环伏。使用三电极系统时，镀铂钛网是辅助电极，与电极饱和电极（SCE）甘汞相比，采用“在线化学测试系统”对TD3690恒电位计的控制，以一定的采样速率（50 mV/s）在电位平衡（(-0.6～0.0 V）范围内循环扫描引入3.5%NaCl溶液，并通过比较周期与最大电流量来评估防腐性能，温度是25摄氏度。

3.分段循环伏。使用相同的仪器和测试系统，范围从Δ0.3 V，从－0.3 V到连续电压（-0.3～0.0 V)、(0～0.3 V)、(0.3～0.6 V)，如果电流在上一个区段开始流动。腐蚀防护的腐蚀性能是通过比较电流发生时的电压和电流大小与达到高电流之前的电位平衡来判断的，温度为25℃。

4.湿热测试。潮湿箱以C T-3型，采用防锈油（GB/T2631-92）进行高温腐蚀试验。实证温度为49±1℃，相对湿度超过95%。每24小时检查一次试验循环中的锈蚀情况，采用SH/T0217后无锈蚀点数，评定腐蚀性能。

五、结果与讨论

1.循环伏。测量了该区域各种防腐剂的金属电极，在相同条件下金属电极4种防锈油循环伏方法。循环扫描经过八次后，复涂覆的最大极化电流为1#油。为mA/cm2。4#石油最小极电流约为0.2 mA/cm2；2#和3#油中的电极具有相似的极流，腐蚀性能次序分为1#<2#<3#<4#。

2.分段循环伏。图1a、b、c和d所示的四种防锈油在相同条件下，分段循环伏测试金属电极。测试表明，涂覆油1#上的电极位于第一电压范围（-0.3-0-0.3v)，循环扫描经过两次无电反应，第二电位区通过2次循环扫为（0～0.3 V)20 mA/cm2，区域2#电极经过第二个电位区循环两次（0～0.3 V）后，电流响应，最大电流约为15 m A/cm2。3#油在前两个电位区域（-0.3~0.0v）和（0~0.3v）中，电流无响应，经过两次第三个电位循环（0.3~0.6v）后，电流停止响应，最大电流约为20mA/CM2，4#在前三个电位（-0.3~0v)、(0~0.3v）和（0.3~0.6v）中没有电流，然后达到第四个电位平衡（0.6~0.9v）中的循环扫描电流才有响应。因此防锈油四种耐蚀性能1#<2#<3#<4#。

图1涂油电极在3.5%NaCl溶液中的分段循环伏－安曲线

3.湿热试验。油1、2、3和4#金属电极应按照程序在高温潮湿箱试验。耐湿热实验结果最适用于4#油品样品，在经过5轮周期后仍停留在1级。2、3#油样的结果相似；最差的结果是1#油样，实验3个周期为2～3级。

采用电气法可以评估防锈油情况，类似于传统的化学加速方法一致性很好。几种价防锈油实验结果表明段循环伏性能评价中更加准确适用。

参考文献：

[1]张成,余大南.防锈油脂与乳化切削油[M].北京:国防工业出版社,2020.

[2]钟兰.防锈油膜下金属腐蚀的研究方法[J].材料保护,2020,28(12):6—7.