CN1025684C - 带锈钢材表面处理液 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种带锈钢材表面处理液。其特征是它的化学成分(重量%)为：水40～70%，磷酸15～60%，氧化锌0.3～4.0%，硝酸钾0.2～10%，重铬酸钾0.1～1.0%，有机酸0.05～0.5%，活性剂0.01～1.0%，磷酸盐≤0.2%，铁粉0.2～0.8%，渗透剂≤2.0%。本发明既能化锈除锈，又有防锈的功能，经其处理的钢材表面可形成一层耐蚀性优异的防护膜。本发明可广泛用于带锈钢材或钢结构的表面处理。
Description
本发明属于表面与介质反应的金属材料表面化学处理领域。主要适用于带锈钢材的表面处理。
表面处理是保证涂装质量的重要环节。通常在涂装前，都要对钢材表面进行除锈处理。常用的除锈方法有人工打磨、机械除锈、化学除锈等。这些方法虽都能够达到一定的效果，但都有如下共同的缺点：劳动强度大，操作条件恶劣，环境污染严重，有的还投资大能耗高，有的除锈不彻底，效率低。
目前，现有技术中，已开发出带锈涂料，这类涂料可以直接涂覆在生锈的钢材表面，通过对锈层的渗透、转化或稳定的功能，起到保护作用，从而省去除锈工作。这类涂料的缺点是对锈层的厚度、均匀性要求严格;涂料绝大部分为有机溶剂，成本高。由于两个方面的不足，使其应用范围受到了限制。
中国专利申请CN89106642·X提供了一种铁锈转化剂及其使用方法。它是一种由固、液两相组成的带锈金属材料表面处理剂，用于处理不必预先完全脱锈的钢板。该转化剂存在如下缺点：
①只能对铁锈产生作用，不能保证被处理后形成的表面保护层的连续性。
②它由两相组成，使用不方便，且不能用在带油污的表面。
③溶剂采用去离子水，成本较高。
本发明的目的在于提供一种既能化锈除锈，又能防锈的带锈钢材表面处理液。
为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是以磷酸为主和以水为基的，并含有氧化锌、硝酸钾、重铬酸钾、有机酸、活性剂、磷酸盐、铁粉和渗透剂的处理液。
本发明带锈钢材表面处理液的具体化学成分（重量%）为：
水40～70%，磷酸（H3PO4，85%），15～60%，氧化锌（ZnO）0.3～4.0%，硝酸钾（KNO3）0.2～10%，重铬酸钾（K2Cr2O7）0.1～1.0%，有机酸0.05～0.5%，活性剂0.01～1.0%，磷酸盐≤0.2%，铁粉0.2～0.8%，渗透剂≤2.0%。
其中水为工业用水。
有机酸为酒石酸或柠檬酸中任一种或两者之和。
活性剂为十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、石油磺酸钠、十二醇硫酸钠、烷基聚氧乙烯磷酸脂、十二烷基醇酰胺磷酸脂中的任一种或任两种以上之和。
磷酸盐为磷酸钠、三聚磷酸钠、焦磷酸钠中的任一种或任两种以上之和。
渗透剂为丙三醇，山梨糖醇、聚乙二醇中的任一种或任两种以上之和。
铁粉中的含碳量＞1.5%。
在上述成分中，磷酸不仅可与钢材表面锈层发生反应，使其转化为稳定的保护膜层，而且可对未生锈部分产生磷化作用，从而保证了保护膜层的连续性和整体性。因此，对均匀的或不均匀的生锈表面均可处理。
所含的重铬酸盐在酸性介质中的强氧化作用，可使钢材未锈的表面钝化，同时也能封闭磷化膜缺陷，并促进磷化膜的沉积，从而提高了防护膜层的
耐蚀性。另外，处理液中的磷酸盐类具有缓蚀作用，也增强了膜层的防锈效果。
有机酸对三价铁的络合作用，可以促进磷化过程的进行。
渗透剂的作用在于可使处理液对锈层的作用更强烈、彻底。
处理液中的活性剂可以改善与钢材表面的亲润性，并能处理表面存在的少量油污，给实际操作带来方便。
本发明处理液以水为基，可使干燥过程不挥发有机物，不污染环境。
按照上述化学成分范围进行配料，经充分混合反应后，即成为本发明带锈钢材表面处理液。
本发明处理液可广泛用于带锈的（包括全锈或部分锈）的各种钢材表面的处理。
本发明不仅能化锈除锈，而且还有显著的防锈作用，经本发明处理液处理后的钢材表面形成一层防护膜。X射线衍射试验表明，该膜层中含有多种晶形的铁和锌的磷酸盐、铬酸盐。
经盐雾试验和湿热试验表明，处理后钢材表面所形成的防护膜具有优异的耐蚀性。
在35℃温度和pH＝7的条件下，对经本发明处理液处理后的钢材表面，以5%NaCl溶液连续喷雾20小时（试验按ASTM B117进行），表面形成的防护膜仍无锈，也不松动脱落。而一般磷化膜耐盐雾时间只有1～2小时。
在相对湿度RH＝100%，温度为49℃的条件下，对经本发明处理液处理后的钢材表面，按照ASTMD1735进行湿热试验，经72小时试验后，其防护膜仍不起泡，无返锈。
而且，经本发明处理液处理后的钢材表面与环氧类、醇酸类、酚醛类、橡胶类、沥青类、聚氨脂类等涂料具有良好的相容、配套性。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
1.不仅能化锈除锈，而且经处理后还有防锈功能。
2.处理后钢材表面所形成的防护膜耐蚀性好。
3.进行处理的干燥过程中，不挥发有机物，不污染环境。
4.工艺简单，成本低，原材料来源广泛。
5.使用范围广，除了用于通常的钢材表面处理外，还可用于船舶、码头、车辆、桥梁、管道、各种贮罐、建筑物等钢铁结构在涂漆前的表面处理。
实施例
根据所述的化学成分范围，配制了五批本发明带锈钢材表面处理液，其具体的化学成分如表1所示。将五批处理液分别涂覆在不同锈蚀情况的普通钢板表面，待其干燥后，再分别对所处理的表面进行盐雾试验和湿热试验，所得结果如表2所示。另外，在经处理的钢材表面，涂覆环氧漆，然后根据划圈法，测量漆膜与基体的结合力，所得结果也列入表2。
为了对比，根据中国专利申请CN89106642.X所提供的成分配置了一批对比转化剂，其具体化学成分也列入表1。并同时进行了盐雾试验和湿热试验，结果列入表2。
上述试验中，盐雾试验按ASTMB117标准进行，湿热试验按ASTMD1735标准进行。（表1、表2见文后）。
表1 实施例和对比例带锈钢材表面处理液的化学成分（重量%）
批号
1 2 3 4 5 对比例
组分
水 44.0 59.5 59.7 51.0 65.0 43.0
磷酸 52.0 30.0 30.1 40.0 20.0 40.5
氧化锌 0.5 2.5 1.5 3.0 3.5
硝酸钾 0.38 6.5 5.0 3.0 9.0
重铬酸钾 0.50 0.4 0.2 0.85 0.90
酒石酸0.20 柠檬酸 柠檬酸 酒石酸 酒石酸 乙酸
有机酸
柠檬酸0.20 0.20 0.15 0.10 0.20 9.0
十二烷基磺 十二醇硫酸钠 石油磺酸钠 十二烷基苯磺 石油磺酸 碳酸锰
活性剂
酸钠0.50 0.20 1.0 酸钠0.65 0.10 1.5
磷酸钠0.1 三聚磷酸钠 磷酸钠 焦磷酸钠
磷酸盐
焦磷酸钠0.1 0.1 0.05 0.1
铁粉 0.32 0.25 0.25 0.35 0.80 6
丙三醇 丙三醇 山梨糖醇 丙三醇0.4 聚乙二醇
渗透剂
1.40 0.25 2.0 聚乙二醇0.6 0.4
表2 实施例和对比例经处理液处理后膜的性能试验结果
试验 耐盐雾性 耐湿热性 漆膜与基体
项目 钢板原始表面状态 时间 时间 的结合力
批号 （小时） （小时） （等级）
严重锈蚀，锈层厚度
1 30 120 二级
＞80μm
中等锈蚀，锈层厚度
2 26 120 一级
50μm
不均匀锈蚀，锈层厚度
3 25 100 二级
10～60μm
轻度锈蚀，锈层厚度
4 21 100 二级
＜30μm
锈层不均匀，表面有少
5 21 100 二级
量油污
不均匀锈蚀，锈层厚度
对比例 14 75 二级
10～60μm
Claims (6)
1、一种带锈钢材表面处理液，其特征是化学成分(重量%)为：水40～70%，磷酸(H3PO4，85%)15～60%，氧化锌0.3～4.0%，硝酸钾0.2～10%，重铬酸钾0.1～1.0%，有机酸0.05～0.5%，活性剂0.01～1.0%，磷酸盐≤0.2%，铁粉0.2～0.8%，渗透剂≤2.0%。
2、根据权利要求1所述的处理液，其特征是有机酸为酒石酸或柠檬酸中任一种或两者之和。
3、根据权利要求1所述的处理液，其特征是活性剂为十二烷基磺酸钠、十一烷基苯磺酸钠、石油磺酸钠、十二醇硫酸钠、烷基聚氧乙烯磷酸酯、十二烷基醇酰胺磷酸脂中的任一种或任两种以上之和。
4、根据权利要求1所述的处理液，其特征是磷酸盐为磷酸钠、三聚磷酸钠、焦磷酸钠中的任一种或任两种以上之和。
5、根据权利要求1所述的处理液，其特征是渗透剂为丙三醇、山梨糖醇、聚乙二醇中的任一种或任两种以上之和。
6、根据权利要求1所述的处理液，其特征是铁粉中的含碳量＞1.5%。
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