化学除锈的方法范例(3篇)
化学除锈的方法范文
摘要：青铜器以其极高的科学价值、艺术价值和历史价值成为馆藏文物中的重要收藏品之一。由于青铜器长期埋于地下，出土后受存贮条件等方面的限制，对腐蚀问题进行处理并采取防护措施是馆藏青铜器文物的基础。本文对青铜器腐蚀原因和机理进行了分析，并提出了防护青铜器文物腐蚀的具体措施。
关键词：青铜器文物；腐蚀；机理；防护；措施
1.前言
青铜器文物在出土前都已在地下埋藏数千年之久，一般都会存在不同程度的腐蚀和损坏现象，青铜病一直是其中危害比较大的特殊腐蚀现象，染上了青铜病的青铜器，其腐蚀的蔓延与发展常常难以控制，不仅可能造成青铜器的表面铭文与图案发生损坏，甚至还会使器物发生溃烂或穿孔，造成器物解体。故而，研究青铜器的腐蚀原理是保护青铜器文物的重要环节。
2.青铜器的腐蚀原因
青铜是一种合金，主要的成分是铜、锡、铅，同时含有极少量的铁、镍、锌、锰、硅、砷、磷等，中国青铜时代的青铜器文物，其成分以锡青铜和铅青铜为主[1]。青铜器的组成成分使青铜器会向低能位化合物态矿石转变，青铜器发生腐蚀是自然状态下的必然现象。
当环境发生变化以后，尤其是当温度和湿度改变以后，青铜器就很容易出现青铜粉状锈，外界环境一般是青铜器发生腐蚀的主要因素。故而，当出土的青铜器文物从缺氧状态进入富氧状态时，腐蚀会很容易发生。
3.青铜器腐蚀的机理
青铜器发生腐蚀的过程首先与外界环境相关，主要包括土壤酸碱度、水分、细菌、可溶性盐类的存在、以及大气中臭氧、氧气、一氧化碳的影响，甚至也包括近海盐雾、工业区有害气体如二氧化硫、硫化氢等的影响。其次，青铜器发生腐蚀还与本身集体组成相关，大多数青铜器是铅、铜、锡的合金，金相组织内存在共熔体与共析体，以及游离的、分布不均匀的铅，这使得每一微区内的电位不同，从而形成了多组微电池，当环境潮湿或盐碱性、富含氯离子时，很容易发生较为强烈的腐蚀。故而，即使青铜器文物的时代相同，但由于地区差别、青铜器内所含成分差别等原因，青铜器的锈蚀程度与锈蚀物颜色都会出现差异，这也为青铜器腐蚀研究增加了难度。
一般来说，金属腐蚀过程是由于介质内的粒子吸附于金属表面并与金属原子发生化合造成的。如果反应的产物不稳定，发生了挥发分解，那么金属就会不断发生腐蚀，直至穿孔溃烂。从腐蚀形态进行观察可以发现，青铜器文物主要存在小孔腐蚀与全面腐蚀两种形态。
3.1青铜器文物的全面腐蚀
全面腐蚀指的是金属表面皆发生了腐蚀现象，腐蚀分布的均匀性不存在固定的规律，腐蚀类型基本属于微点池腐蚀。青铜器发生腐蚀后，首先出现的腐蚀产物是氧化亚铜――Cu2O，反映机理如下，阳极：Cue+Cu+，阴极：2H2O+O2+4e4OH-。
当阳极和阴极的区域比较接近，铜离子和氢氧根离子就会发生化学反应，形成化合物氧化亚铜，覆盖在器物的表面。反应方程式如下：2OH-+2Cu+H2O+Cu2O。随着阴离子和阳离子的扩散，氧化亚铜下方，铜离子和电子穿过氧化层向外部流去，氧化物的表面，铜离子直接形成CuO，或可间接变为碱式碳酸盐，反应机理如下：Cu2OCu+CuO，Cu2e+Cu2+，CO32-+2OH-Cu2+-2eCu（OH）2CO3。
3.2青铜器文物的小孔腐蚀
小孔腐蚀指的是从青铜器表面上的某一点发生腐蚀，并集中向器物深处发展。一般发生青铜病的器物表面都会出现腐蚀产物瘤，堆积着硬质的腐蚀产物堆，蚀孔表面常有暗红色氧化亚铜层覆盖其上，蚀孔的底部则会出现白色氧化亚铜。小孔腐蚀的作用原理如下：
在青铜器的表面层，当某一部位存在过量的氧气和水进入氯化亚铜层时，会和氯化亚铜发生反应，生成碱式氯化铜，反应方程式为4H20+O2+4CuCI2HCI+CuCl2・3Cu（OH）2。此外，当铜和环境中的氯离子间产生电化学反应时，也会直接生成白色的氯化亚铜腐蚀物和盐酸，盐酸又与氯化亚铜发生反应，产物为碱式氯化铜，与碱式碳酸铜发生反应，产物也为碱式氯化铜。故而，器物的表面会出现粉状的锈蚀，为水与氧气的进入提供了进一步的便利条件，导致锈蚀不断深入扩展，直至将器物毁坏。当青铜器物表面在铸件中存在裂纹、缩孔、表面不均及小孔洞等缺陷时，都有可能导致点状腐蚀的发生。且锈层或沉积物把阴阳两极间的电子通道封闭以后，这种腐蚀就可以在结痂层或锈蚀的掩盖下保持暂时稳定。
4.馆藏青铜器文物的保护措施
采取预防性保护为主，对于青铜器文物的保护与现代器物的防腐蚀不同，重点在于腐蚀的阻止及有害腐蚀物的去除[2]。对馆藏青铜器文物表面锈蚀的处理要分情况进行，当表面的锈蚀有害时，可以采用除锈法等方式进行处理。主要包括物理除锈法和化学除锈法两类。
4.1采用物理方法除锈
物理方法除锈不能将器物深部有害锈祛除，且需要严格把握工艺，不伤害到器物本体。主要包括机械法、超声波法和激光法。机械法主要是指使用凿子、刻刀及锤子等工具，将青铜器表面粉状锈与下面灰白色的氯化亚铜剔挖出去，这种方法虽然不能对有害锈进行根除，但它是对腐蚀青铜器文物进行处理时不可缺少的步骤之一，要求除锈过程不可在器物表面造成刮痕。超声波去锈法则是指利用超声波的单向力与空化作用，通过共振的原理产生的高压力去掉青铜器表面的锈蚀物。激光除锈法则是利用激光机在发射激光束的瞬间释放的能量是青铜器的表面温度迅速升高，利用产生的光热效应除去器物表面的锈化物。
4.2采用化学方法除锈
化学方法除锈主要是指利用化学试剂配制出除锈液，通过器物和除锈液的接触所发生的化学反应将有害锈蚀物除去。一般是将锈蚀的祸根――氯化亚铜中的氯离子除去，转化为稳定性较高的产物，如碱式碳酸铜或是氧化铜等。这种反应比较平和，故而费时较长，同时，采取化学方法容易伤及文物本体，影响文物的外观。目前，采用化学手段除锈主要包括三种方法：水洗法、药物法和电化学还原法。水洗法是指将腐蚀的器物放在蒸馏水内浸洗，能够成功清除器物表面污垢，溶解腐蚀层中可溶性无机盐，冷热蒸馏水交替清洗，直到清洗液中不含氯离子。清洗后，应立刻对器物进行干燥处理。药物法包括倍半碳酸钠法、过氧化氢法及氧化银局部封闭法。电化学还原法的作用对象则为局部的腐蚀物，采用电化学还原法进行处理后，腐蚀层可以被全部出去，但是往往也会造成青铜器历史价值受到损害。这三种方式都是采用不同的化学物质替换或封闭锈蚀中的氯离子，从而阻止青铜器文物进一步腐蚀。此外，还可以采取缓蚀防护技术等等。
5.结语
博物馆工作人员对锈蚀的青铜器文物进行处理时往往需要极大的耐心、审慎的态度、准确的判断和熟练的操作经验。掌握青铜器文物的腐蚀原理是做好青铜器文物收藏和保护的基础与前提。其次，博物馆库房环境因素是直接影响青铜器文物寿命的主要条件，故而，在对青铜器文物进行收藏时，应做到防潮湿、防干燥、防污染、防光辐射、防腐蚀等等技防工作。
青铜器具有千年辉煌历史的瑰宝，我们博物馆人应尽职责做好馆藏青铜器文物的收藏、防护、研究等工作。（作者单位：浙江省丽水市博物馆）
参考文献
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气提塔在酸洗钝化后母材表面出现浅黑色云状斑块。分析原因：筒体对接时，采用钢丝绳吊装，使母材表面沾染了油污。而操作者在酸洗钝化前没有用碱性溶剂将油污彻底清除。
真空闪蒸罐在水压试验后，复层的焊缝及焊缝附近出现褐色锈迹。分析原因：热切割或焊接时有熔渣溅在复层表面上，酸洗钝化结束时没有将酸性残液完全清楚干净。这四台产品皆因酸洗钝化环节没有掌握好，而造成产品最终检验时表面质量不合格。
不锈钢制设备的表面质量对不锈钢的抗腐蚀性影响极大。所有不锈钢制设备根据使用条件的不同都有不同程度的表面质量要求。表面质量一般包括表面光洁度和表面钝化两个方面。表面光洁度可以通过机械表面处理得到。而表面钝化则要通过化学氧化的方法才能使不锈钢制设备表面形成致密的钝化膜，从而达到抗腐蚀的目的。光洁度的处理在此不做赘述，只对表面钝化处理做详细说明。
表面钝化处理一般包括脱脂、酸洗、钝化几个工序。
一、脱脂
脱脂的目的是除去钢板上的各种油脂，使钢板在酸洗和钝化过程中能与酸液充分接触。如果油脂去除不彻底，酸洗钝化后的不锈钢制件表面不能形成致密的钝化膜，而且制件表面颜色不均匀。当不锈钢制件表面较清洁时，可省去碱洗工序。根据制件的不同，常用的有浸渍法和喷涂法两种。
1.浸渍法
将不锈钢制件浸没于氢氧化钠水溶液中，在30～40℃时，浸没时间约为10～20分钟，然后用清水洗净。该法适用于小件产品。
2.喷涂法
用1：4的氢氧化钠水溶液喷雾（或涂刷）不锈钢制件表面，充分浸润后再刷洗表面，然后用清水冲洗。此法一般用于较大设备的碱洗。氢氧化钠水溶液也可换成洗洁精。
二、酸洗和钝化
由于场地和化学试剂管理的限制，近些年来各压力容器生产厂都不再采用传统酸洗和钝化分步进行的配方，而是使用简便易操作的酸洗钝化膏。其配方有两种：
1.硝酸20%，氢氟酸10%，其余为水，室温浸洗时间15～30分钟。俗称快法。
2.硝酸10～15%，其余为水，室温浸洗时间1～1.5小时。俗称慢法。
化学腐蚀和电化学腐蚀都能使钢铁生锈。铁锈是铁与氧进行化学反应的产物，如焊接后的不锈钢焊道及热影响区呈棕色状，就是一种锈。钢铁表面的锈会促进大气对钢铁的腐蚀作用。这是由于铁锈有较大的吸潮性，而锈本身也会降低金属表面的临界相对湿度，使生锈的钢材表面被腐蚀的速度远远高于光亮的钢材表面，所以不锈钢要酸洗除锈就显得非常重要。不锈钢表面的锈（热加工件和焊接范围），主要是三氧化二铁、四氧化三铁和少量的二氧化硅等。
由此可见，锈的成分主要是金属氧化物，而采用机械方法除锈不但耗时耗力，还会损失金属。所以不锈钢的除锈采用酸洗的方法进行。前已述及，为了简化工艺过程，人们常采用酸洗-钝化膏一次完成。酸洗-钝化一次进行过程中，一定要按规定的配方和反应时间进行，否则不能形成可靠的钝化膜。
不锈钢的钝化膜是氧化物。当铁中含有铬后，则钝化膜中也含有铬，铁中含铬量越高，则膜中铬含量也随之升高。对于含铬量超过12%的不锈钢，则钝化膜的成分是Cr2O3。不锈钢含镍时，耐腐蚀性有所改善。是因为镍较难氧化，故膜中含镍较少，而膜下金属富集了镍，由此而改善了不锈钢的耐腐蚀性。
在实际操作中，先将容器表面冲洗一遍，然后用抹布或毛刷将酸洗-钝化膏均匀涂抹在容器表面，用抹布、毛刷或钢丝刷不断擦洗。对焊缝处应反复用力多刷几遍，其目的是使反应后生成的盐与容器本体脱离，继续与下层的氧化物起反应，直至所有的氧化物都被反应掉。待容器表面呈白色光亮颜色时，说明容器表面的氧化皮已经全部转变为盐和水，同时在光洁的表面上生成坚硬致密的钝化膜（Cr2O3），此时应用流动的清水迅速将容器表面冲洗干净，以免已形成的钝化膜继续与硝酸起反应而生成新的盐和水，从而破坏了钝化膜，前功尽弃。
酸洗-钝化过程中，要注意如下几点：
1.涂刷酸洗-钝化膏时，切忌为了追求速度而大面积涂刷。因为涂抹面积过大，操作者不能及时擦洗和冲洗，会造成酸洗-钝化不均匀，从而影响了容器表面的酸洗-钝化质量。
2.对于一般的氧化铁和锈迹，可用抹布擦涂几次后，用钢丝刷来回擦刷，经几次循环后遍可除掉，然后用清水冲洗。
3.对于焊道的严重发黑，可将蘸有酸洗-钝化膏溶液的拖布置于待刷部位上方，在上方溶液徐徐流下的同时，用钢丝刷用力擦刷。这样做的独到好处是随时将生成的盐和废液带走，而换上新溶液继续反应。能大大提高酸洗-钝化效果。若效果不明显，可将拖布上的溶液浓度加大后以同法处理，然后用清水冲洗，定能见效。
4.不能干刷涂过酸洗-钝化膏溶液的表面，应在溶液的覆盖下，最好是在溶液的流动下刷洗。这是因为干刷只能刷去表面已反应生成的盐，而不能除去下层的氧化铁。
5.在用流动的清水冲洗时，由于反应生成的盐附着在钢板表面上，单纯用水管冲洗不容易将盐除掉。应边冲边刷。焊缝处用钢丝刷，其他部位用毛刷或抹布，才能将其彻底清除，显露出钝化膜本色。
6.酸洗-钝化后要求用流动清水冲洗至呈中性。因为酸易溶于水，只要用流动清水多冲洗几遍，是不会有酸液残留的。
三、结束语
化学除锈的方法范文篇3
关键词：工业厂房；钢结构；防腐处理
前言
冶金化工行业单层厂房的钢结构相对而言质量轻、强度高，同时塑性和韧性较好，而且施工周期短，因此在冶金化工单层工业厂房、大型的工厂、大跨度空间结构、交通能源工程、住宅等冶金化工单层工业厂房中得到广泛的应用。然而，随着钢结构冶金化工单层工业厂房的日益增多，钢结构的保养与维护工作显得尤为重要其中，冶金化工单层工业厂房钢结构的防腐处理更是重中之重。
据统计，国内每年因腐蚀造成的经济损失在400亿人民币以上，每年9000万t钢产量中，约30％被各种形式的腐蚀消耗掉，可见钢结构的防腐工作是多么重要钢材受大气中水、氧气与其他污染物的作用而被腐蚀大气中的水分吸附在钢材表面形成水膜，是造成腐蚀的决定因素。当大气相对湿度小于60％时，腐蚀相当轻微；而大于60～70％时钢材的腐蚀速度会突然升高。
1、冶金化工单层工业厂房的钢构件的腐蚀
钢构件的腐蚀不可避免，只有在其制作过程中采取措施，加以控制。钢铁的腐蚀是自发的，不可避免过程，但却是可控制的处于稳定状态的铁矿石，经过消耗能源冶炼成钢铁，在腐蚀环境中钢铁有着自然的向着低能位稳定态转化，最终回到它的稳定态氧化铁与铁锈铁矿石(氧化矿)一钢铁一(腐蚀)一铁锈氧化铁，这就是钢铁的腐蚀过程如果对钢铁采取有效的防护措施，就可以减缓钢铁的生锈腐蚀过程，延长钢构件的使用寿命。
1.1钢铁腐蚀的原电池
电化学腐蚀是钢铁腐蚀的主要形式，电化学腐蚀是钢铁和介质发生电化学反应而引起的腐蚀，在腐蚀过程中有隔离的阳极区和阴极区，电流可以通过金属在一定的距离内流动在金属表面形成原电池是电化学腐蚀最主要的条件。当两种不同的金属放在电解质溶液中，并以导线联结，可以发现导线上有电流通过。这种装置称之为原电池流中所产生的电化学反应。在阳极进行的是氧化反应，在阴极进行还原反应。
1.2钢铁腐蚀的微电池
在大气环境中，钢铁表面吸附有氧气水分等，加上溶有其它腐蚀性介质，就会形成电解溶液，由于金属表面化学性的不均匀，这样就连通了能够发生电化学腐蚀的微电池的两极。
钢铁在大气环境腐蚀中产生的微电池表面为：Fe／O1(阳极)H2O／C(阴极)电极反应过程以方程式来表达阳极：铁原子失去电子，被氧化为Fe+；阴极：氧原子获得电子，与水分子结合形成OH-：
O2+2H2O+4e――4OH
腐蚀电池的总反应为：
2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)2
4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)2
2Fe(OH)3=2FeO2O3+3H2O
这里的Fe2・H2O及其脱水化合物Fe2O3就是人们常见的铁锈的主要成分。
1.3大气腐蚀机理
大气腐蚀是金属处于表面水膜下的电化学腐蚀过程是钢结构的主要腐蚀环境。大气环境下的金属腐蚀，由于表面水膜很薄氧气很容易达到阴极表面，氧的平衡电位较低，因此，金属在大气中腐蚀的阳极为氧去极化作用。见金属在大气中的腐蚀表在大气中腐蚀的阳极过程随水膜变薄会受到较大阻碍，此时阳极易钝化，金属离子水化作用会受阻可以看出，大气腐蚀在潮湿环境中，腐蚀速度主要由阴极过程控制；当金属表面水膜很薄或气候干燥时，金属腐蚀速率变慢，起腐蚀速度主要受阳极化过程控制。
1.4大气腐蚀的破坏形式
大气腐蚀见表1所示，其主要破坏形式可分为两大类，即全部腐蚀和局部腐蚀、全部腐蚀又称为均匀腐蚀，局部腐蚀则又可以分为点蚀缝隙腐蚀电偶腐蚀、晶间腐蚀、选择性腐蚀，应力腐蚀和腐蚀疲劳等。
2、冶金化工单层工业厂房的钢构件防腐措施
首先进行基层清理，将涂装部位的铁锈、焊缝药皮、焊接飞溅物、油污、尘土等杂物清理干净。基面清理除锈质量的好坏，直接关系到涂层质量的好坏。目前构件除锈方式主要分为抛丸除锈，喷砂除锈，酸洗除锈，人工除锈四种。
2.1抛丸除锈
抛丸除锈工艺是近几年发展起来的新工艺，H型钢构件焊接完成后进入抛丸除锈封闭空间，可以对钢构表面的中锈以下程度构件进行抛丸除锈，抛丸除锈工艺除具有除锈作用本身以外，还可以消除H型钢构件焊接完成以后产生的残余应力，改善钢构件施加荷载后的受力状态。我公司具有进行抛丸除锈的车间与设备，与传统的手工除锈、喷沙除锈相比，具有抗腐蚀年限更长、改善构件应力状态的特点。
2.2喷砂除锈
喷砂除锈是利用压缩空气的压力，连续不断地用石英砂或铁砂冲击钢构件的表面，把钢材表面的铁锈、油污等杂物清理干净，露出金属钢材本色的一种除锈方法。
2.3酸洗除锈
酸洗除锈是把需涂装的钢构件浸放在酸池内，用酸除去构件表面的油污与铁锈。采用酸洗工艺效率也高，除锈比较彻底，但是酸洗以后必须用热水或清水冲洗构件，如果有残酸存在，构件的锈蚀会更加厉害。
2.4人工除锈
人工除锈是由人工用一些比较简单的工具，如刮刀、砂轮、砂布、钢丝刷等工具，清除钢构件上的铁锈。这种方法工作效率低，劳动条件差，除锈也不彻底。我公司生产基地有专门的钢结构抛丸机(见右图)对钢构件进行抛丸除锈，保证钢构件除锈等级达到设计要求。抛丸这种工艺与喷砂工艺的根本区别是抛射，而不是喷射，抛射的不是砂，而是钢丸。钢丸直径远大于喷砂直径。他的原理是根据具体要求将不同粒径的钢丸高速射到板材表面，冲击力巨大的钢丸迅速把钢材表面剥蚀成立体感很强的表层。用这种方法加工出来的产品，不但质量稳定，外表美观没有盲区，而且加工速度快，成本低。
3、冶金化工单层工业厂房钢构件涂装流程图及防腐措施(见图1)
3.1采用全自动机械抛丸除锈方式
利用钢制弹丸由高速旋转的叶轮产生离心力加速达到70-80rigs速度而产生的动能轰击到构件表面，将构件表面上的氧化皮或锈蚀层清除掉，同时也消除了由于焊接产生的构件内应力。
3.2钢构件基层表面处理的质量标准与质量等级
抛丸除锈的质量等级必须达到《涂装前钢材表面锈蚀等级与除锈等级))GB8923-88中规定的Sa2.5级标准。抛丸除锈后，用肉眼检查钢构件外观，应无可见油脂、污垢、氧化皮、焊渣、铁锈与油漆涂层等附着在构件表面，表面应显示均匀的金属光泽。检验钢材表面锈蚀等级与除锈等级应在良好的散射日光下或在照度相当人工照明条件下进行，检查人员应具有正常的视力。待检查的钢材表面应与现行国家标准《涂装前钢材表面锈蚀等级与除锈等级》GB8923-88规定的图片对照观察检查。
3.3钢构件基层表面抛丸除锈后的处理措施
用压缩空气或毛刷、抹布等工具将工件表面的浮尘与残余碎屑清除干净。钢构件基层表面抛丸除锈施工验收合格后必须在6h内喷涂第一道防锈底漆。待第一道防锈底漆表面干燥后，再喷涂第二道防锈底漆。
3.4钢构件防腐涂装
构件涂装必须在焊接质量检验合格后，且涂装前应将构件进行喷砂达到Sa2.5级除锈等级后方可进行。涂装材料按设计及甲方要求，不得随意改换品种，涂装时工作温度在5～35℃之间，相对湿度应符合规范规定，构件表面结露时不宜作业，涂装后4h内严防雨淋，安装焊缝30～50mm宽的范围均不应涂刷。
3.5构件涂装
底漆涂装：调和防锈漆，控制油漆的粘度、稠度，兑制时充分的搅拌，使油漆色泽、粘度均匀一致。喷第一层底漆时涂刷方向应该一致，接茬整齐。喷涂漆时采用勤移动、短距离的原则，防止喷漆太多而流坠。待第一遍干燥后，再喷第二遍，第二遍喷涂方向与第一遍方向垂直，这样会使漆膜厚度均匀一致。喷涂完毕后，在构件上按原编号标注，重大构件还需标明重量、重心位置和定位标号。
成品保护：钢构件涂装后加以临时维护隔离，防止踏踩，损伤涂层。钢构件涂装后，应在车间内留滞6h，防止存放露天粘染尘土和水气，影响涂层。涂装后构件需要运输时，注意防止磕碰，防止在地上拖拉，使涂层损坏，涂层后的钢构件勿接触酸类液体，防止损伤涂层。