酸洗的目的在于去除钢材表面的锈和氧化皮,而同时使用抑制剂作为酸洗抑制剂,是为了防止钢材的过度溶解。实际上,在防止铁溶解的同时,抑制剂还起到防止氢脆的作用。
在没有添加抑制剂的盐酸酸洗工艺中,会发生如下所示的化学反应。
Fe2O3 + 6HCl → FeCl3 + H2O(铁锈的溶解反应) Fe + 2HCl → FeCl2 + 2H(钢铁的溶解反应)
也就是说,盐酸溶解钢材表面的氧化铁皮、红锈等铁氧化物而生成氯化物,但不会产生氢(铁锈溶解反应)。最终,当氧化膜溶解,露出钢铁基材时,铁开始溶解,发生(钢铁的溶解反应)而产生氢。此时,吸收了所生成的原子氢的钢材发生氢脆。
而抑制剂的作用在于,抑制此时发生的铁的溶解,并防止氢的产生。如【图1】所示,抑制剂选择性地吸附在除铁锈后的铁的表面,切断与酸溶液的接触,抑制铁的溶解,防止氢的产生。
在酸洗中使用抑制剂,可以有效抑制氢的产生,防止发生氢脆,但是市面上销售的产品大部分并未公开其化学成分,所以使用前必须先进行试验。这是因为其中的一些产品对某些种类的钢材几乎没有任何效果,有些甚至可能加重氢脆现象。
对于硫酸、盐酸、磷酸等酸洗浴来说,二乙基硫脲和二丁基脲是效果相对较好的有机化合物。
虽然市售抑制剂的化学成分尚未公开,但根据文献记载,以下物质可有效抑制氢的产生。
(1) 含氮有机化合物、胺类
(2) 含氧有机化合物、羧酸等。
(3) 含硫有机化合物、硫脲等。
(4) 乙炔化合物、炔丙醇等
但是使用市售的抑制剂也会存在一些问题。那就是由于化学成分不明,所以很难精确进行浓度管理。在低浓度下,无法发挥出防止脆化的效果,而在高浓度下会被带入酸洗的后道工序中,会造成不良影响。