总前言
材料是人类赖以生存和发展的物质基础,是人类社会进步的标志和里程碑,是社会不断进步的先导,是国家实现可持续发展的支柱。然而,地球上的矿藏是有限的,而且需要投入大量的能源,进行复杂的提炼、处理,产生大量污染,才能生产成为人类有用的材料,所以,材料是宝贵的,需要科学利用和认真保护。
半个多世纪特别是改革开放三十多年来,我国材料的研究、开发、应用有了快速的发展,水泥、钢铁、有色金属、稀土材料、织物等许多材料的产量多年居世界第一。我国已经成为世界上材料的生产、销售和消费大国。“中国材料”伴随着“中国制造”的产品,遍布全球;伴随着“中国建造”的工程项目,遍布全国乃至世界上很多国家。材料支撑我国国民经济连续30多年GDP年均10%左右的高速发展,使我国成为全球第二大经济体。但是,我国还不是材料强国,还存在诸多问题需要改进。例如,在制造环境、运行环境和自然环境的作用下,出现过早腐蚀、老化、磨损、断裂(疲劳),材料及其制品在使用可靠性、安全性、经济性和耐久性(简称“四性”)方面都还有大量的工作要做。
“材料延寿”是指对材料及其制品在服役环境作用下出现腐蚀、老化、磨损和断裂而导致的过早失效进行预防与控制,以尽可能地提高其“四性”,也就是提高水平,提高质量,延长寿命。目标是节约资源、能源,减少对环境的污染,支持国家可持续发展。
材料及制品的“四性”实质上是材料及制品水平高低和质量好坏的最终表征和判断标准。追求“四性”,就是追求全寿命周期使用的高水平、高质量,追求“质量第一”,追求“质量立国”,追求“材料强国”、“制造强国”、“民富、国强、美丽国家”。
我国在“材料延寿与可持续发展”方面,做过大量的研究,取得了显著的成绩,积累了丰富的实践经验,凝练出了一系列在材料全寿命周期中提高“四性”的重要理论、原则、技术和措施,可以总结,服务于社会。
“材料延寿与可持续发展”丛书的目的就在于:总结过去,总结已有的系统控制材料提前损伤、破坏和失效的因素,即腐蚀、老化、磨损和断裂(主要是疲劳与腐蚀疲劳)的理论、原则、技术和措施,使各行业产品设计师,制造、使用和管理工程师有所启示、有所参考、有所作为、有所贡献,以尽可能地提高产品的“四性”,延长使用寿命。丛书的目的还在于:面对未来、研究未来,推进材料的优质化、高性能化、高强化、长寿命化,多品质、多规格化、标准化,传统材料的综合优化,材料的不断创新,并为国家长远发展,提出成套成熟可靠的理论、原则、政策和建议,推进国家“节约资源、节能减排”、“可持续发展”和“保卫地球、科学、和谐”发展战略的实施,加速创建我国“材料强国”、“制造强国”。
在中国科协和中国工程院的领导与支持下,一批材料科学工作者不懈努力,不断地编写和出版系列图书。衷心希望通过我们的努力,既能对设计师,制造、使用和管理工程师“材料延寿与可持续发展”的创新有所帮助,又能为国家成功实施“可持续发展”、“材料强国”、“制造强国”的发展战略有所贡献。
中国工程院院士
中国工程院副院长
前言
金属材料及其制品制造过程中需要清除污垢和锈蚀产物,进行工序间的防锈;制成成品之后,在交货、待命或使用过程中要防锈,进行清洗、除锈,再进行防锈。唯如此,才能达到延长制品使用寿命、减少维修、减少污染、节约经费的目的。
绿色清洗就是在圆满完成清洗任务的同时不危害环境,就是将物体表面受到的物理、化学或生物作用而形成的污染物或覆盖物(称为污染)去除干净,而使其恢复原表面状况的过程中符合环保要求。
清洗(污垢的去除)、除锈(锈蚀产物的清洗去除)、防锈(防锈材料的施加)的过程是一个复杂的物理、化学、电化学过程。清洗,需要彻底去除污垢和锈蚀产物,但又不能损伤金属零部件本身,要达到这个目的,需要研究清洗液和除锈剂,使其能清洗污垢去除锈蚀产物,遇到洁净的金属表面时这个化学或电化学过程就应该停止。办法就是在清洗剂或除锈剂中加入适量的缓蚀剂,根据清洗液或除锈剂的酸性或碱性,选用不同成分和用量的缓蚀剂。
清洗、除锈、防锈的环保既包括生产全过程的控制,又包括最终产品的控制,还包括清洗剂、除锈剂和防锈剂本身的绿色行动和“绿色工艺”的应用,排除重金属和挥发性物质的排放,以求实现清洗、除锈和防锈全过程“绿色行动”。
一百多年来,人们研究了成千上万种清洗污垢缓蚀剂、清洗除锈缓蚀剂,以及为了防止进一步生锈的防锈缓蚀剂,已经广泛应用的也达到了成百上千种。本书主要介绍多年来形成的这些清洗剂、除锈剂、防锈剂及其所用的缓蚀剂,其中许多还是目前行业标准所推荐的内容。
在清洗、除锈、防锈领域及其相应的缓蚀剂的研究中,许许多多科学家做出了巨大贡献,其中我国有华保定、彭道儒、叶康民、杨文治、司徒振民、曾兆民、肖怀斌、张康夫、郑家燊等。譬如彭道儒教授五十多年来研究成功了“02-钢铁酸蚀缓蚀剂”、“锅炉酸洗除垢剂”、“BY-2电接触固体薄膜润滑剂(简称BY-2)”、“DJB-823电接触固体薄膜保护剂(简称DJB-823)”、“PF钢铁纳米防蚀剂”、“PF钢铁防锈润滑剂”、“PDR-纳米抗磨剂”、“MA-铝合金防蚀剂”等,其中“BY-2”、“DJB-823”荣获国家发明二等奖,为国家多个五年计划推广的重点项目,为国家创造了百亿元计的经济效益,彭教授成为国内外著名的发明创新之星、全国政协委员、国务院突出贡献专家。借此机会,向防锈战线上为国家做出了贡献的著名专家和默默无闻的专家和科技工作者表示崇高的敬意!
本书主要内容曾于2010年1月以《清洗剂、除锈剂与防锈剂》出版,颇受欢迎,2011年1月第二次印刷,仍供不应求。修订再版过程中,适逢我们正进行中国工程院《材料延寿与可持续发展战略研究》重大咨询项目的研究,课题组办公室主任袁训华博士在导师张启富教授的指导下,对涂镀层钢板工程化过程中钢板的清洗、除锈和防锈技术进行了深入的研究,并有许多的资料积累,欣然同意参加修订。为此补充了许多新的内容,以此敬献给对这个领域有兴趣、并愿使用这些知识延长材料及其制品使用寿命的读者。
在中国工程院和中国科协指导和帮助下,由中国腐蚀与防护学会、中国航发北京航空材料研究院、中国钢研科技集团有限公司和化学工业出版社联合组织了几十位科学家和工程技术人员共同编著《材料延寿与可持续发展》丛书,计划编著出版30册。作为国家出版基金项目,2014年出版了19册专著,其余部分拟近年出版,经商,将本书纳入该丛书。
由于编著者水平有限,书中难免存在不足之处,敬请批评、指正。
李金桂
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