什么是金属表面处理剂?

[拼音]：jinshu biaomian chuliji

[外文]：metal surface treatment chemicals

指对金属表面进行各种处理的化学药剂的总称。主要包括清洗剂、防锈剂两大类。金属表面处理技术分机械处理（如喷砂、抛光、高压水冲洗等）与化学处理两大类。至于涂料、电镀等技术已独立发展为一门金属防腐蚀技术，其所用的化学药剂通常不包括在这里所指的金属表面处理剂的范畴内。

金属及其制品在加工过程中常会在表面沾染各种污物和杂质。清洗是金属表面处理中极其重要的一环。以去油脱脂为主要目标的常用清洗剂有石油系清洗剂、氯代烃系清洗剂、碱性清洗剂和含有表面活性剂的清洗剂等。

主要有溶剂汽油、煤油或轻柴油等。它的作用原理主要是利用其对金属表面油脂的溶解作用。由于这类溶剂渗透力强、脱脂性好，故一般用于粗清洗，以除去大量的油脂类污物。但在实际使用时，往往加入某种合成的表面活性剂，使它具有清洗水溶性污物的能力，有时也加入少量防锈剂，使清洗后表面具有短时间的防锈能力。这类石油系清洗剂，特别是汽油，由于易燃，使用时必须有充分的防火安全措施。

常用的是三氯乙烯和四氯化碳。这类溶剂的特点是对油脂的溶解能力强，但沸点低，一般为不易燃物。而且比热小、蒸发潜热小，因而温升快、凝缩也快。它的密度一般比空气大，因而存在于空气下部。由于这些特点，故可用于蒸气脱脂。由于这类溶剂价格较贵，一般需循环使用或回收使用。有些溶剂如三氯乙烯有一定的毒性，在有光、空气和水分共存时，分解产生氯化氢，易引起金属腐蚀；与强碱共热时，易产生爆炸等；使用时应加以注意。

主要有氢氧化钠、碳酸钠、硅酸钠、磷酸钠等，溶于水成为碱性清洗剂。它们的作用原理是能和油污中的脂肪酸甘油酯发生皂化作用形成初生皂，使油污成为水溶性的而被溶解去除。其中氢氧化钠和碳酸钠还有中和酸性污垢的作用。磷酸钠、三聚磷酸钠、六偏磷酸钠等既具有清洗作用，又有抑制腐蚀的作用。硅酸钠则有胶溶、分散等作用，清洗效果较好。碱性清洗剂由于价格较低、无毒性、不易燃等原因，使用较为广泛。但在使用碱性清洗剂时要注意被清洗金属的材质，选择适当的pH的碱液。此外，在使用碱性清洗剂时，通常加入表面活性剂构成复合配方，以加强清洗作用。

这类清洗剂的作用原理与表面活性剂的增溶、润湿、吸附、乳化、分散等性质有关。它们首先润湿金属表面，进入金属与污物连接的界面，使污物被拆开；或者使油脂类污物以球状聚集在金属表面上，然后逐渐从金属表面脱落、分散或悬浮成细小粒子。这种细小粒子在清洗剂的胶囊中溶解为溶液，或吸附在胶囊表面，与水形成乳化液或分散液，而不至于凝集或吸附在金属表面上，从而完成使油脂或固体污粒离开金属表面、进入清洗液中的清洗过程。这类含有表面活性剂（尤其是非离子表面活性剂）的清洗剂，因在水溶液中不离解，受酸碱、硬水、海水等影响较小，去脂能力强，清洗效果好，无毒，不易燃，因而有着广阔的应用前景。

以金属防锈为目的而加入到各种介质如水、油或脂等中去的一类化学药剂。目前，习惯上分水溶性防锈剂、油溶性防锈剂、乳化型防锈剂和气相防锈剂等。

可溶解在水中形成水溶液，金属经这种水溶液处理后能防止腐蚀生锈。它们的防锈作用可分为三类。

（1）金属与防锈剂生成不溶而致密的氧化物薄膜，因而阻止了金属的阳极溶解或促进金属的钝化，从而抑制金属的腐蚀。这类防锈剂又称为钝化剂，如亚硝酸钠、重铬酸钾等。在使用时，应保证足够的用量。用量不足时，不能形成完整的氧化物薄膜，在未被遮盖的很小的金属表面上，腐蚀电流密度增大，易造成局部腐蚀严重。

（2）金属与防锈剂生成难溶的盐类，从而使金属与腐蚀介质隔离，免于锈蚀。例如：有的磷酸盐能与铁作用生成不溶性的磷酸铁盐；有的硅酸盐能和铁、铝作用生成不溶性的硅酸盐等。

（3）金属与防锈剂生成难溶性的络合物，覆盖在金属表面而保护金属免于腐蚀。例如：苯并三氮唑与铜能生成螯合物Cu(C6H4N3)2，既不溶于水也不溶于油，因而能保护铜的表面。

又称油溶性缓蚀剂。大多数为具有极性基团的长碳链有机化合物。其分子中的极性基团依靠电荷作用紧密地吸附在金属表面上；非极性基团长碳链烃则向着金属表面的外侧，并能和油类互溶在一起，从而使防锈剂分子定向排列在金属表面，形成吸附性保护膜，使金属不受水和氧的侵蚀。按其极性基团可分为五类：

（1）磺酸盐类，化学通式为 (R—SO3)


。一般使用的是石油磺酸的碱金属或碱土金属盐类，如石油磺酸钡、石油磺酸钠、二壬基萘磺酸钡等。

（2）羧酸及其皂类，化学通式为R—COOH及(R—COO)nMm。作为防锈剂的羧酸有动植物油的脂肪酸，如硬脂酸、油酸等，另有氧化石油脂、烯基丁二酸等合成的羧酸，还有石油产品环烷酸等。羧酸的金属皂的极性比相应的羧酸强，故防锈效果较好，但油溶性较小。且遇水会水解，在油中分散时安定性较差，有时从油中析出。

（3）酯类，化学通式为RCOOR′。羊毛脂、蜂蜡是天然的酯类化合物，也是较好的金属防锈封存材料。多元醇的酯类防锈效果很好，例如单油酸季戊四醇酯、山梨糖醇酐单油酸酯（斯盘－80），都是较好的金属防锈剂，应用较为广泛。

（4）胺类，化学通式为R—NH2，例如十八胺等。但单纯的胺类在矿物油中的防锈效果不够好，而常用的是胺类和有机酸生成的胺盐或其他复合物，如油酸十八烷胺、硬脂酸环己胺等。

（5）硫、氮杂环化合物，系含硫或含氮的杂环及某些衍生物，也是较好的金属防锈剂，例如咪唑啉的烷基磷酸酯盐、苯并三氮唑和 α－巯基苯并噻唑等。咪唑啉类可用于黑色金属与有色金属防锈，苯并三氮唑等则主要用于铜材等有色金属防锈。

乳化型防锈剂有两种：一种是油的微粒在水中的悬浮液，即水包油型乳化液，通常呈乳白色；另一种是水的微粒在油中的悬浮液，即油包水型乳化液，通常是透明的或半透明的液体。乳化型防锈剂既具有防锈性能，又具有润滑性能和冷却性能，因此常用作金属切削加工的润滑冷却液。乳化型防锈剂中的乳化剂过去常用植物油脂（如菜油、蓖麻油等）经皂化加工而成，近年来则使用油酸三乙醇胺、磺化油或非离子表面活性剂等。为了加强防锈性能，在加水调配成乳化液时，还可加入一定量的水溶性防锈剂，如亚硝酸钠与碳酸钠、亚硝酸钠与三乙醇胺等。此外，为了防止和减缓乳化液发臭变质，还可加入少量防霉剂，如苯酚、五氯酚、苯甲酸钠等。

又称气相缓蚀剂，是靠常温时缓慢挥发出来的气体在金属表面形成保护层，达到防锈目的。用于钢铁防锈的有氨水、碳酸铵等无机化合物，以及尿素、乌洛托品、碳酸环己胺等；用于铜防锈的则有苯并三氮唑等。在实际应用防锈剂时，常常将几种防锈剂构成复合配方使用，以加强其防锈作用。