[发明专利]将基于硫的腐蚀抑制剂用于镀锌的金属表面的方法

说明书

技术领域

本发明通常涉及在镀锌的金属表面上抑制腐蚀。更具体地说，本发明涉及一种用于在镀锌的表面上抑制白锈腐蚀(white rust corrosion)的方法。本发明与通过在工业用水系统中的镀锌的金属表面上使用基于硫化物的化合物来抑制白锈腐蚀特别相关。 

背景 

镀锌是一种化学键合到金属(通常是铁或钢)表面的保护性锌涂层。锌涂层用在多种应用中，并通过对元素和环境提供机械屏障以及电化学抗腐蚀性来对下面的金属提供某种程度的腐蚀防护。存在若干种镀锌的方法，诸如电镀、连续镀锌和热浸镀锌。诸如冷却水循环系统(在本文中有时候称为“冷却塔”)的许多工业用水系统具有这样的镀锌的表面。 

所有种类的镀锌涂层共有的问题是“白锈”，白锈本身表现为白色的、似蜡的、松软的或粉状的非保护性且多孔的沉积物，当表面暴露于潮湿的和/或湿润的条件时，所述沉积物迅速在镀锌的表面上形成。白锈可以对锌涂层造成相当大的损害，且对涂层的外观也是不利的。如果未观察到白锈，那么白锈就将会继续腐蚀受到影响的镀锌的表面且最终导致涂层的早期失效。就镀锌的表面上的这种非保护性的、多孔的沉积物而言，表面对将来的白锈的形成是非“钝化的”且可以迅速地继续腐蚀。 

高碱度的、无需pH控制的水处理程序(water treatment program)的日益普及已经导致更加频繁且严重的白锈腐蚀问题，在冷却塔应用中尤其如此。如果在“碱式碳酸锌”保护屏障形成之前，用pH大于8.0的水操作新的冷却塔延长的时间段，那么白锈通常会形成。为了确保长使用寿命，在 开始操作或启动之前，冷却塔中的镀锌的表面通常必须被允许“钝化”或形成保护屏障。合适的水处理和启动程序也是必须的。钝化表面的一种方式是在开始启动冷却塔的过程中，允许锌涂层发展成自然的、非多孔的碱式碳酸锌表面。这种自然的化学屏障有助于防止或减缓环境以及通常的冷却塔操作对锌涂层的进一步的迅速的腐蚀。 

通常在用中性的pH(即，pH 6.5到8.0)且中等硬度的水环境中的水开始操作冷却塔八周内，形成了被认为是碳酸锌/氢氧化锌化合物的碱式碳酸锌屏障(正如在“Guidelines for Treatment of Galvanized Cooling Towers toPrevent White Rust(处理镀锌的冷却塔以防止白锈的指南)”中所论述的，由冷却塔协会于1994年6月出版)。通常的溶质含量范围将是以碳酸氢盐碱度计的100ppm到300ppm的钙(CaCO₃)含量和约100ppm的CaCO₃硬度。对冷却塔来说，形成保护性的碳酸锌屏障以抵抗进一步的腐蚀是重要的。不存在屏障将导致严重的白锈形成并对冷却塔的使用寿命具有明显负面的影响。 

白锈也是碳酸锌的形式，此碳酸锌的多孔结构、形成速率和密度与上述保护性的碳酸锌屏障不同。如果由CaCO₃硬度测量的水的硬度水平达到低于50ppm(即，软水)的水平，那么通常导致锌腐蚀加快。水中的诸如硫酸盐、氯化物和硝酸盐的某些离子含量在大于约250ppm的水平时也可以促进锌腐蚀加快。因而，日常检查冷却塔加上对水化学足够的控制有助于防止白锈形成。 

目前的白锈腐蚀预防程序包括使冷却塔预钝化与进行中的水化学管理相结合以维持钝化层的耐久性。除了如上所述的碱式碳酸锌保护层之外，白锈预防措施包括用无机磷酸盐预处理和铬酸盐钝化。这种无机溶液具有有限的效果且因环境顾虑而固定成为联邦法规和地方法规的对象。 

预防白锈的其他解决方法包括使用选择性的硫代氨基甲酸盐、有机磷化合物和鞣酸(tannin)来钝化表面。例如，美国专利第5,407,597号提供了一种制剂，其包括有机磷化合物、硫代氨基甲酸盐化合物和可溶性金属盐化合物的混合物。此制剂的各组分以组合形式使用，且单独试验的各成分通常并不能控制白锈的形成。美国专利第6,468,470B1号中的制剂包括有机磷化合物、鞣酸化合物和可溶性金属盐的多组分系统。

而且，在正常的操作条件下，冷却塔有相当多的蒸发水损失。因此，大量的“补充”水被引入到通常含有诸如钙、镁、硫酸盐和氯化物的离子种类的系统中。增大的碱度(如，碳酸盐、碳酸氢盐和氢氧化物离子)也可以造成白锈腐蚀。特别地，碳酸盐碱度的累积，伴随pH的增加会产生理想的形成白锈的环境。此累积是白锈的主要原因之一。过多阴离子和/或软水的存在可以通过，如与锌涂层反应以生成氢氧化锌来加剧白锈的形成程度。