碳钢酸洗缓蚀剂应用研究

摘要

本应用研究报告系统对比了碳钢酸洗缓蚀剂维克乐®IR-90与竞品在不同酸液对不同型号碳钢基材的缓蚀性能，以期为工程选型提供数据支撑。

1 引言

在工业清洗中，酸洗是一种利用酸性溶液去除金属表面氧化层、锈蚀和污垢的核心工艺，广泛应用于金属加工、设备维护等金属表面预处理领域。然而，酸液在溶解垢层的同时也会对基体金属造成腐蚀损伤，带来设备维修、停产、产品报废等高额经济损失。因此，选用适宜的酸洗缓蚀剂成为平衡酸洗效率与金属基体安全的关键手段。

常见的酸洗体系有：无机酸洗液，如盐酸、硫酸、硝酸、磷酸、氢氟酸等；有机酸洗液有氨基磺酸、柠檬酸、酒石酸、羟基乙酸、草酸及螯合剂类型等有机酸。各种酸对金属的腐蚀（溶解）能力不同，用于清洗时对金属基材的适应性也不同。常见的酸洗溶液对金属基材的适应性如附表1。

碳钢作为工业清洗中的大类金属材料，开发高效的缓蚀剂产品对其基材的保护至关重要。本应用研究报告系统对比了碳钢酸洗缓蚀剂产品维克乐®IR-902与竞品在不同酸液对不同型号碳钢基材的缓蚀性能，以期为工程选型提供数据支撑。

实验部分

实验材料

金属基材：20号碳钢、45号钢；

缓蚀剂：维克乐®IR-902、竞品（各产品典型参数指标如下表2）；

表2 试验用缓蚀剂参数表

项目	维克乐®IR-902	竞品
外观	红棕色均匀透明液体	棕黄色透明液体
密度（20℃）	0.95~1.05g/cm³	1.06~1.08 g/cm³
固含量	32%~36%
pH值	3.0-4.0	≥7
溶解性	易溶于水/醇，与酸液互溶	易溶于酸液
耐温性	≤90℃	≤90℃
适配酸介质	适用于各种无机酸、有机酸及混合酸酸洗	适用于各种无机酸、有机酸及混合酸酸洗

无机酸洗体系：10%HCl溶液、10%H₂SO₄溶液、10%H₃PO₄溶液、10%氨基磺酸溶液；

有机酸洗体系：3%柠檬酸溶液、3%柠檬酸铵盐溶液（pH=3~4）、10% EDTA溶液。

评价方法

配液：先将计量的缓蚀剂加入计量的水中，搅拌均匀配成0.3%水溶液。然后，将计量的酸液缓慢加入到上述缓蚀剂溶液中，搅拌均匀即可。

准备试验用试片，并按照HG/T3523进行处理。试片型号为20#碳钢、N80钢片、XT45钢片。

进行静态挂片测试腐蚀情况。

评价标准

腐蚀速率

式中：

V——腐蚀速率，单位mm/a；

m₀——试片前称重质量，单位g；

m₁——腐蚀实验后试片称重质量，单位g；

87600——计算常数；

S——试片表面积，单位cm²；

ρ——试片材质密度，单位g/cm³;

t——试验时间，单位h；

缓蚀率的计算

式中：

V0——未添加缓蚀剂后的腐蚀速率，单位mm/a；

V₁——添加缓蚀剂后的腐蚀速率，单位mm/a;

V₀——未添加缓蚀剂时的腐蚀速率，单位mm/a;

评价标准

基材腐蚀性试验评级标准如下表2。

表2 金属腐蚀性试验评级标准

金属基材	级别	试片变化情况
		外观	质量变化（单位：mg）
钢和铸铁	0级	表面无腐蚀点，无明显变色	＜2
	1级	表面无腐蚀点，轻微变色或失光	＜2
	2级	表面明显变色失光	≥2
	3级	表面有可见腐蚀点	≥2

注：摘自JB/T4323-2019《水基金属清洗剂》标准。

结果与分析

20#碳钢腐蚀结果分析

图1 不同酸液中，20号碳钢腐蚀速率比较图

图2 不同酸液中，缓蚀剂对20号碳钢的缓蚀率对比

20号碳钢属于低碳钢，韧塑性和焊接性好，可用于焊接结构件、管件、法兰、轻载齿轮/链轮、螺栓、低载轴类等。从图1，2数据显示，维克乐®IR-902缓蚀剂在各酸液的腐蚀控制效果优于竞品。在各酸洗液中腐蚀速率均低于1 g/(m².h)，缓蚀率均＞99%。基材表面评级为0级。说明该缓蚀剂具有广谱适用性，可用于控制这类碳钢的均匀腐蚀，提高清洗效率。

45号钢腐蚀结果分析

图3不同酸液中，45碳钢腐蚀速率比较图

图4 不同酸液中，缓蚀剂对45号碳钢的缓蚀率对比

45号碳钢属于中碳钢，具有较高的强度和硬度，可用于曲轴、主轴、齿轮、连杆、活塞销等承载件。图3，4数据显示，维克乐®IR-902除在盐酸酸洗场景中缓蚀效果弱于竞品，其余场景中均表现出更优的缓蚀效果，综合缓蚀率＞99%。基材表面评级为0级。说明该缓蚀剂能有效降低氢脆或过腐蚀风险，保护基材。

结论

维克乐®IR-902缓蚀剂可有效控制腐蚀，提高酸洗效率。产品具有以下特点：

广谱性：适用于各种有机酸和无机酸洗场景，并且清洗工艺窗口更宽；

适用场景：可用于酸洗除锈、工业设备循环清洗、开车前清洗、机加工短时浸泡清洗、高精密工业有机酸温和清洗、工件焊渣清除等场景。

附件

附表1 常见酸液对金属基材的适应性

酸液类型	适用材质	核心适用场景	特点
盐酸 (HCl)	碳钢、铜及铜合金	碳钢、铜及铜合金的除锈、除氧化皮；以碳酸盐垢为主的锅炉、换热器清洗。	溶解能力强：对氧化铁和碳酸钙水垢溶解速度快。 效果好：酸洗后工件表面光洁，残渣少。 成本低：价格便宜，是酸洗的“经济之选”。 强挥发性：易产生酸雾，污染环境，腐蚀设备。 材料限制：严禁用于不锈钢（易引发孔蚀和应力腐蚀）和铝材。
硫酸 (H₂SO₄)	碳钢、不锈钢、铝合金	碳钢、不锈钢、铝合金的酸洗；去除含硅酸盐的难溶垢。	适用广：可用于盐酸不适用的不锈钢和铝材。 价格低廉：成本优势明显。 不易挥发：便于加热操作，无酸雾困扰。 反应慢：常温下效果差，通常需加热至50-60℃使用。 易结垢：可能生成微溶的硫酸钙等二次沉淀。
硝酸 (HNO₃)	不锈钢、铝及铝合金	不锈钢、铝及铝合金的酸洗；作为氧化性酸用于钝化处理。	不伤不锈钢：对不锈钢无腐蚀致脆作用，是盐酸的绝佳替代品。 氧化性强：能有效溶解多种金属氧化物和有机物。 不稳定：遇光和热易分解，产生有毒的氮氧化物气体。 对碳钢腐蚀极快
氢氟酸 (HF)	不锈钢、铸件（需严格管控）	硅垢的特效清洗；不锈钢、铸件的酸洗（常与其他酸混合使用）。	除硅特效：是少数能有效溶解硅酸盐垢的酸。 溶解快：对氧化铁垢溶解效率高。 剧毒：对人体和环境危害极大，操作要求极高。 腐蚀性强：对高合金钢的腐蚀性很强。
磷酸 (H₃PO₄)	：碳钢、不锈钢、铜合金等大多数金属	精密零件、机械加工件的酸洗；对腐蚀要求高的场合。	温和：酸性较弱，不易产生“过腐蚀”和“氢脆”现象。 有保护膜：清洗后表面会形成磷酸盐保护膜，可防返锈。 速度慢：除锈效率远低于无机强酸。 成本高：价格较贵。
氨基磺酸 (NH₂SO₃H)	不锈钢、铜及铜合金、碳钢	对氯离子敏感的不锈钢、铜及合金的除锈除垢；食品、电子等高洁净要求行业；锅炉、换热器清洗。	固体形态，易储存运输，不挥发，操作环境好。 不含氯离子，对不锈钢无应力腐蚀风险，是盐酸的安全替代品。 反应温和，对设备基体腐蚀性低，不易引起氢脆。 清洗废液易处理，环保性好。 除铁锈能力弱，对氧化铁垢效果不佳。 价格高于盐酸、硫酸。 温度超过60℃时易分解失效。
柠檬酸 (C₆H₈O₇)	不锈钢、碳钢、铜合金	不锈钢、精密零部件的酸洗；去除钙、镁水垢；食品、医药设备清洗。	安全无毒，生物降解性好，对环境和操作者友好。 对不锈钢腐蚀性低，是盐酸的绿色替代品。 通过螯合作用，能有效溶解和络合金属离子，防止二次沉淀。 酸性较弱，清洗效率低，通常需要加热或延长浸泡时间。 与钙离子反应可能生成柠檬酸钙沉淀，需控制浓度和pH。 价格相对较高。
EDTA (乙二胺四乙酸)	作为辅助添加剂适用于几乎所有金属基体	螯合剂，非主力酸。用于处理含难溶硫酸钙、铁垢的复合垢；常作为盐酸、柠檬酸清洗液的添加剂。	螯合能力极强，能“抓住”并溶解常规酸无法处理的金属离子（如Ca²⁺, Fe³⁺），防止二次沉淀。 显著提升主力酸的清洗效果和适用范围。 本身酸性很弱，不能单独作为酸洗主剂。 价格昂贵，通常只作为辅助添加剂使用。 需要控制pH值，且高温下会分解。
柠檬酸铵盐	碳钢、不锈钢、铜合金等	石油管道清洗；电镀液络合剂；作为清洗剂中的缓冲剂和络合剂。	清洗能力并非其主要优势，更多是作为功能性添加剂。 在主流工业酸洗领域作为主清洗剂的应用较少。