CN100567573C - 一种环保型多功能钢铁表面处理剂 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种集除锈、除油、磷化和钝化于一体的“四合一”多功能环保钢铁处理剂及其施工工艺。本处理剂的重量配比如下：浓磷酸(85%)含量20-25%；磷酸二氢锌2-5%；柠檬酸2-5%；硫酸镍1-5%；表面活性剂0.5-3%；多聚磷酸钠2-4%；钼酸铵1-3%；硝酸锌2-3%；去离子水加至100%。本发明生产的表面处理剂除锈、除氧化皮能力强，无毒、无害、无有机挥发物、不刺激皮肤、无三废排放、操作工艺简单、省工、省时、省水，减排节能，是一种新型的环保产品。

Description

一种环保型多功能钢铁表面处理剂

本发明涉及一种钢铁表面处理技术，具体地说是一种多功能环保型表面处理剂。

众所周知，在钢铁、金属加工、造船，建筑和汽车等涉及到钢铁的企业，都要用到钢铁表面处理液(膏、粉)对钢铁表面进行除锈、除油和钝化工艺，传统的钢铁表面除锈，除油和钝化是采用强酸除锈，肥皂除油，重铬酸钾等六价铬盐钝化，而且是单一功能，这种方法处理工序长，要浪费大量水漂洗，对人的皮肤有刺激性，三废排放困难。到20世纪80年代，出现了磷化技术这是钢铁表面处理技术的一大提高。如“低温磷化”、“中温磷化”、“冷磷化液”等，除此以外又出现了集除锈、除油、磷化和钝化“四合一”磷化液。国外的磷化液如美国的RDP产品、德国汉高公司的磷化液、日本夏普公司的磷化液在中国市场上都有出售，国内各大企业都有供自己使用的多功能型磷化液。可以说这些磷化液的技术都不完善，尤其不能适应当今社会对环保和节能的要求，具体地说：液体本身就有刺激性气味、都含有有毒原料如铬酸盐，亚硝酸盐等；同时磷化工况要求加温，这些产品名为“四合一”但实际还是分步进行工作，酸洗-清洗-磷化；功能一多，产品性能就弱，在除锈时只能用浸泡法完成除锈，常用的喷淋法、涂刷法效果不明显。

公开号为CN1916236专利公开了一种“新型环保金属表面处理液及处理工艺”，其中配方组成含有亚硝酸钠且处理温度为40-60℃，还不能称为真正环保节能产品。专利号为ZL92102593和88105272中所述的磷化液都含有亚硝酸盐等有害物质，液内有大量沉渣，当被磷化设备加热时就会很快地腐蚀设备，同时要排放大量废液，且防锈能力差。

本发明提供了一种环保节能集除锈、除油、磷化、钝化于一体的“四合一”钢铁表面处理剂。这种处理剂采用的原料不含重铬酸钾、亚硝酸盐、氟化物、双氧水和甲醛等有毒有害物质，做到了无毒、无味、无刺激性、无有机挥发物(VOC)；四步功能一次完成；本处理液工作环境是常温不需要加热；操作方法不仅可以用浸泡法也可以用涂刷法和喷淋法除重锈和除氧化皮。经过处理后的钢铁工件，磷化膜结晶致密、耐冲击、与钢铁基层和面漆结合度达到一级，因此可以作为底漆，直接可以在处理工件上涂刷面漆。处理工艺简单，节省用水，节省时间和节省劳动力；溶液可以反复使用，由于沉渣少不需要排放。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案，各组份配比如下：

磷酸(浓度85％)    20-25％(重量比)；

磷酸二氢锌        2-5％；

柠檬酸            2-5％；

草酸              2-4％；

硫酸镍            1-5％；

多聚磷酸钠        2-4％；

表面活性剂        0.5-3％；

钼酸铵            1-3％；

硝酸锌或氧化锌    2-3％；

去离子水          加到100％。

上述组份的原理是：磷酸是一种中等强度的酸，不如盐酸、硫酸和硝酸强，但既可以除锈又是磷化主要原料：用草酸和柠檬酸联合使用，可以提高总酸度和游离酸度，这对于除锈和除氧化皮有作用；磷酸二氢锌和硫酸镍是磷化的主要原料；多聚磷酸钠(三聚磷酸钠)、钼酸铵起成膜作用和钝化作用；硝酸锌或氧化锌或硫酸锌起促进作用；柠檬酸不仅增强酸度也有对铁离子起到络合作用。

所说的表面活性剂可以是OP-10、烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠或十二烷基硫酸钠等，它们起到抑制剂作用、渗透剂作用和除油作用。资料介绍：多聚磷酸盐在酸性介质中会解聚形成正磷酸根可以与钢铁基体表面产生坚硬的磷酸铁膜，从而起到钝化作用，这就是不再用重铬酸盐作为钝化的理论依据。

所说的硫酸镍也可以是硝酸镍，不论是含六个或七个结晶水都可以用。

作为本发明的实施例子1、配制100kg的“四合一”多功能钢铁表面处理剂操作方法如下：在容量为260L的带有38-56转/分电动搅拌器的常温反应罐中(塑料耐蚀制)加入已经准确称量的磷酸20kg，加入10kg去离子水，开动搅拌，将5kg磷酸二氢锌用3kg去离子水，在10kg容量的塑料桶中调成糊状边搅拌边缓慢倒入磷酸溶液中去；在另一个10L带电搅拌反应罐中(防腐)将已经称好柠檬酸3kg，草酸2kg混合用5kg去离子水溶化，草酸不溶化没关系就悬浮在水中；在10kg容量的塑料桶中加入已经称好的硫酸镍1kg多聚磷酸钠2kg，用5kg去离子水溶解；在5kg塑料桶中加入已经称好的钼酸铵0.5kg，硝酸锌2kg，用2kg去离水溶解；在10kg容量的塑料桶中称3kgOP-10加入5kg去离水不断搅拌至全部溶化待用。

以磷酸溶解反应罐为主罐，边搅拌边依次加入上述在塑料桶中溶解的原料，依次是：磷酸二氢锌、柠檬酸+草酸、硫酸镍+多聚磷酸钠、钼酸铵+硝酸锌、最后加OP-10，边搅拌边加直到加完，用10kg水冲所有容器，全部倾入磷酸罐中，剩余的21.5kg去离子水全部倒入磷酸反应罐中，搅拌两小时反应全部完成，过滤，即得到成品100kg。

实例2制备100kg的多功能钢铁表面处理剂，除磷酸和磷酸二氢锌外的辅部组合称为母料，1)先配制300kg母料：在400L的耐腐蚀的反应罐中(带电动搅拌器)加入柠檬酸20kg、草酸20kg、多聚磷酸钠30kg、硫酸镍10kg、氧化锌20kg、钼酸铵5kg加入去离子水195kg大力搅拌得到母料300kg。

在200L耐腐蚀反应罐(带78转/分钟的电动搅拌器)中加入磷酸25kg，磷酸二氢锌3kg，加入去离水30kg，大力搅拌，直到全部溶解。

将3kgOP-10溶解5kg去离子水中不断搅拌直到全部溶化与水成一体。

取上述母料的十分之一加入到磷酸反应罐中，OP-10同时加入，补充水量4kg，大力搅拌两小时，过滤得到成品100kg。其它母料待用。

用本发明制做的钢铁表面处理剂技术指标如下：

1)外观    淡绿色透明液体；

2)粘度    ≥10；

3)pH值    0.8-1.2；

4)密度    1.2-1.3；

5)游离酸  250-300(点)；

6)总酸度  600-750(点)；

7)附着力    1级；

8)除锈率    99％以上；

9)除油能力 水膜连续，不破裂；

10)耐冲击性50kg/cm；

11)耐油性(10#机油)24h不起泡，不起皱；

12)耐汽油(93#汽油)4h不起泡，不起皱；

13)耐盐水性(3％NaCl 24h)无锈蚀。

参照标准为GB/T12612-2005《多功能钢铁表面处理液通用技术条件》。

本产品和国外产品对比见下表：

理化性能	德国汉高磷化液	日本夏普磷化液	美国RDP磷化液	本发明处理剂
					pH值	2.0～2.5	0.9～1.5	0.8～1.2	0.8～1.2
除锈能力	50度10-20min可以去除轻锈	无	室温除轻锈10min，50度除重锈40min	室温除轻锈5-10min，35度除重锈，氧化皮20min
					除油能力	无	无	轻油脂	轻油脂
磷化膜厚度	10-20μm	10-20μm	10-20μm	2-29μm
					耐冲击性能	＞30kg/cm	＞30kg/cm	＞35kg/cm	≥50kg/cm
附着力	2级	2级	2级	1级
					防锈期(湿度70％，室温)	＞5天	＞5天	＞5天	＞360天
耐蚀能力(25℃3％NaCl溶液)	1h取出吹干无返锈	1h取出吹干无返锈	1h取出吹干无返锈	24h取出吹干无返锈
					外观及感观	透明，有刺激性气味	绿色透明，有刺激性气味	无色透明，有刺激性气味	淡绿色透明无刺激性气味

本发明的钢铁表面处理剂可以在常温下，浸泡、喷淋、涂刷，对不同材质不同厚度的钢件都适用。

以下是本发明与传统除锈、除油、磷化、钝化的工艺流程：

1)本发明工艺路线为：清洁；脱脂、除锈、磷化、钝化；干燥；喷面漆、喷塑、镀锌、电镀、涂装。

2)传统的钢铁工件在涂装前的表面处理工艺路线为：清洁工件；预清洗2分钟，60℃；除油2分钟，60℃；热水洗2分钟，70～80℃；冷水洗2分钟；酸洗1～15分钟，40～60℃；清水洗2分钟；中和2分钟，60℃；清洗2分钟，60℃；磷化15分钟，80～90℃；清洗2分钟；钝化10分钟，50～70℃；清水洗2分钟；后处理；干燥；喷底漆；干燥；涂装。

可以看出用本发明处理钢件省工、省水、省时间。极大地节约了劳动力减轻了劳动强度；是一种节能环保型产品。

本发明已经成功地应用于：湖北晨光石化设备公司、航天集团机械工业公司、湖北众泰激光有限公司等，受到好评。

Claims (4)

1、一种集除锈、除油、磷化和钝化于一体的多功能钢铁表面处理剂，其特征是：本发明的原料配比是：

85％浓磷酸        20-25％；

磷酸二氢锌        2-5％；

柠檬酸            2-5％；

草酸              2-4％；

硫酸镍            1-5％；

多聚磷酸钠        2-4％；

表面活性剂        0.5-3％；

钼酸铵            1-3％；

硝酸锌或氧化锌    2-3％；

去离子水          加量至100％。

2、根据权利要求1所述的表面处理剂，其特征在于：所述的表面活性剂是OP-10、烷基磺酸钠、烷基苯磺酸钠或十二烷基硫酸钠。

3、根据权利要求1所述的表面处理剂，其中采用硝酸镍代替所述的硫酸镍，带6个或7个结晶水。

4、根据权利要求1所述的表面处理剂，其中用硫酸锌代替所述的硝酸锌。