CN101086062A - 强酸性金属表面磷钝化防锈剂及生产方法 - Google Patents

Abstract

强酸性金属表面磷钝化防锈剂及生产方法，其原料组分及重量份为：磷酸22－66份，添加剂8－12份，酸式磷酸铁猛15－45份，还包含有金属盐类如硝酸锌、铝、镍或硫酸镍、硫酸钙或氯酸钙、二氧化硅，占12－22份，OP或清洗剂2－3份，净水14－60份。本产品生产方法是：1)先将蒸馏水或软水投入反应釜中；2)将酸式磷酸铁锰撒配进去，搅拌溶完后再将硝酸锌、硝酸镍或硫酸镍、二氧化硅、氯化钙等逐种逐项加入，反应成半固体糊状；3)将磷酸滴配进去，再加入添加剂、OP或清洗剂，反应成清亮液体时得成品。本产品在120℃以下或常温下浸、喷、刷涂无气味，全脱脂、全除磷，表面全面磷钝化，提高成材率3％以上，防锈6个月以上。可直接喷刷油漆涂料，结合力均在一级以上，全面取代酸洗、喷砂、喷淋、喷丸工艺，节约能耗80％以上，降低成本70％以上，无三废排放，安全无毒，产品用途广。

Description

强酸性金属表面磷钝化防锈剂及生产方法

技术领域

本发明涉及一种强酸性金属表面磷钝化防锈剂，用于金属表面取代酸洗、喷砂、喷淋、喷丸、打磨工艺，全除鳞脱脂。本发明还涉及该产品的生产方法。

背景技术

各种金属材料(板、线材)不管是热轧还是冷轧深加工前，各种金属制品涂装油漆涂料、电镀、热镀锌、喷塑、喷铝、冷拉丝等等，均须进行金属表面前处理工艺，即脱脂、除鳞、磷化防锈、热镀锌、镀锡、镀铬、镀镍、镀钢、镀金、镀银、喷铝、喷塑，目前国内外所采取的金属表面前处理工艺是用硫酸、盐酸、氢氟酸、混酸、王水酸洗，浓碱高温1300爆破或进行喷砂、喷淋、喷丸、打磨等方法，脱脂、除鳞后再水洗中和、烘干、钝化、磷化、热处理；再电镀、涂防锈油、涂油漆、涂料、喷塑、喷铝等等诸多道繁琐工艺，大量消耗能源、资源、金属损耗，成本昂贵消耗大，金属制品质量差，使用寿命短，更严重的造成“三废”排放，污染环境，且易发生安全事故。国内外一直无法解决改变这种状况。中国专利93111741.0公开了一种水溶性金属防锈剂，是以硼酸钠及硼酸铵的复盐为主要成分，加入六次甲基四胺和OP-10乳化剂制备而成，涂于金属材料表面成膜时不与金属表面原子形成化学键，形成致密的保护膜，具有防锈效果、防锈期长的特点。该产品没有脱脂除鳞、磷化钝化的效果，更没有转化成磷钝化膜层。使用时要先酸洗、水洗，洗净后才能防锈。

发明内容

本发明的目的是提供一种强酸性金属表面磷钝化防锈剂，用于金属表面处理，取代酸洗、喷砂、喷淋、喷丸、打磨等工艺，全除鳞脱脂。本发明另一目的是提供该产品的生产方法。

本发明的目的是通过如下技术方案实现的：

强酸性金属表面磷钝化防锈剂其原料组分及重量份为：磷酸22-66份，添加剂8-12份、金属盐类8-22份，酸式磷酸铁锰15-45份，清洗剂或乳化剂2-3份，蒸馏水或处理过的软水15-50份：

金属盐类包括：硝酸锌或硫酸锌、硝酸镍或硫酸镍各2-5份；硝酸铝、氯酸钙或硫酸钙、二氧化硅各1.5-4份。

金属盐类还包括：氯化镁、硫酸铝、硫酸锰、硫酸钴。

添加剂由冰醋酸49％、三氯化磷37％、净水14％组成。利用原材料特性控制酸值，促使酸液脱脂，氧化皮转化成磷酸铁盐，在酸化反应中使各种金属离子与金属表面积相互间得到边螯合边铬合边钝化。

本发明产品其较佳的原料组成重量份为：磷酸22份，酸式磷酸铁锰15份，净水50份，添加剂8份，金属盐类12份，其中硝酸锌、硝酸镍各3份，硝酸铝、二氧化硅、氯酸钙各2份，洗涤剂3份。

本发明的生产方法是：1)先将净水投入反应釜中；2)边搅拌边缓慢地将酸式磷酸铁锰撒配进去，搅拌溶完后，再将氯酸钙、硝酸铝、硝酸锌、硝酸镍、硝酸钴或硫酸镍、硫酸钴、硫酸锌、硫酸铝、氯化镁、硫酸锰、二氧化硅逐种逐项搅拌溶完后加入。各种金属盐搅拌溶完后为混合糊状半成品；3)再将磷酸在不断搅拌中逐渐滴配进去，酸化反应10分钟后成液体物时，再将添加剂在不断搅拌中逐渐滴配进去，搅拌反应10分钟后，再加入洗涤剂或乳化剂，成清亮半透明稍粘稠型液体物得成品，包装。

本发明产品有下列积极效果：浸泡加温80-100℃或常温浸泡、喷、辊刷涂或循换冲刷涂，均能100％达到脱脂除鳞、磷钝化防锈。可烘干、吹干也可自然干燥，不需水洗，不需排放，无三废污染，无毒无味、无烧伤烫伤、无刺伤、不燃烧。金属表面积脱脂、脱鳞、磷化钝化工艺一步完成，彻底减除环境污染，减除能耗、资源消耗与金属表层消耗。降低综合成本70％以上。彻底减除因强酸、碱烧伤、氢氟酸和强酸危害人身安全、房屋设施、仪表的腐蚀，损伤产品表面质量、表面光洁度、影响油漆、涂料的结合力。本发明产品使金属表面处理由常规七道工序减为一道工艺(一步完成)，产品质量还能提高一个等级，耐腐蚀性与防锈性能均可提高一倍以上。以上各项数据，均系各钢厂、各机械厂及产品监督检测部门检测、使用试验本发明产品的结论。

具体实施方式

一、强酸性金属表面磷钝化防锈剂用于脱脂、除鳞、磷化钝化防锈的机理探讨

1、研究油脂乳化分散、氧化铁皮转化成磷钝化机理；采用有机酸和活性剂与无机酸相结合乳化油脂。磷酸与氧化铁皮接触，产生化学反应，转化成磷酸铁盐履膜，以共价结合即化学吸附为主，以离子结合即物理吸附为副相结合的磷钝化路线；精配添加剂，其主要作用是金属离子表面发生磷钝化并持续保持磷钝态，达到防腐蚀的目的，以复反应控制为工艺关键，组合配方，确定工艺方法。

2、采用混合型金属盐，可形成较厚的转化成磷化钝化膜层，在阳极与阴极区均量沉淀沉积吸附，成为保护性磷钝化膜层，阻滞铁锌的腐蚀溶解，亦阻滞氧接近金属。

3、利用这些混合型金属盐和有机磷钝剂的极性基，大部分只含有氧、氮、磷或硫等各类型元素，这些元素具有共用的电子对，能与金属体配值结合而形成强固的化学吸附磷钝膜层，达到防锈的目的。

4、磷钝膜层结构。从混合磷钝膜的结构情况看，沉积化学吸附型磷钝膜层，主要构成物是金属间化合物Fe、ZI、AI、Sn、Pb、Ai所组成，故又称为金属间化合物层，这些金属间化合物的形成，是由于硅、铝、镍、锌和基体中的铁相互扩散与结合的结果。它们的存在是磷钝化膜层与基体之间成为冶金结合，具有很强的结合力，因而磷钝化层不易脱落与腐蚀，在该膜层上涂刷上油漆，涂料结合力最强、最牢靠。

5、耐腐蚀性能。磷钝膜层对钢基体提供了耐大气腐蚀的防护作用。硅铝镍锌镁锰磷钝层重要的防腐功能为：①阻挡铁锌基体与其周围环境隔绝，使其免遭腐蚀；②磷钝化膜层的自身表面又是自然地形成一层，由多种氧化物构成的致密无渗透性的保护磷钝膜，使磷钝层始终处于磷钝状态，免遭连续的氧化消耗，从而大大延长了磷钝化层对基体的服役寿命。③在海洋大气等含有氧化物的环境中，磷钝化膜层即使受到溶解而对基体仍会产生电化学防护作用，仍具有优异的防腐蚀功能。

二、本发明产品的配方

配方一：本产品其原料组分及重量份为：磷酸25份，添加剂8份、金属盐类10份，酸式磷酸铁锰20份，洗涤剂或乳化剂3份，蒸馏水或处理过的软水50份；

金属盐类包括：硝酸锌、硝酸铝、硝酸镍或硫酸镍、硫酸钙或氯酸钙、二氧化硅，各2份。

添加剂的原料组分及重量比是：冰醋酸48-50％，三氯化磷36-38％，净水13-15％。

配方二：磷酸22份，添加剂8份，洗涤剂3份，酸式磷酸铁锰15份，软水40份，金属盐类15份，其中硝酸锌、硝酸镍或硫酸镍各3份，硝酸铝或硫酸铝、硝酸钴、二氧化硅、氯化镁、氯酸钙、硫酸锰各1.5份。

配方三、磷酸30份，添加剂10份，洗涤剂2份，金属盐类12份，其中锌、铝、镍、钴、钙、镁、锰盐和二氧化硅各1.5份，酸式磷酸铁锰25份，软水30份。

配方四：磷酸44份，添加剂12份，洗涤剂3份，酸式磷酸铁锰40份，金属盐类19份，其中锌、镍盐各5份，铝、钴、钙、镁、锰盐和二氧化硅各1.5份，净水30份。

三、本发明产品的生产工艺

1、先将配方中的净水投入反应釜中。2、边搅拌釜中水边缓慢地逐渐将配方中的酸式磷酸铁锰撒配进去搅拌溶完后，再将配方中的氯酸钙、硝酸铝、氯化镁、硫酸锰、硝酸锌、硝酸镍、硝酸钴、二氧化硅逐种逐项加入，每配放一种搅拌溶完后再配放另一种，待各种金属盐全部配放完，并搅拌溶完后成为混合糊状型半成品；3、将配方中的磷酸在不断搅拌中逐渐滴配进去，搅拌酸化反应10分钟后成液体物时，再将配方中的添加剂在不断搅拌中逐渐滴配进去，加入洗涤剂，搅拌反应10分钟后成清亮半透明或透明稍带粘稠液体物得成品，然后包装。

四、本发明产品理化技术质量标准

1)外观性状：浅灰色或无色，较浑浊或清亮半透明透明型液体物。

2)比重cg/(m2)：1.1-1.5

3)PH值(广范试纸)：1

4)高、低温稳定性：高温800℃不变质、不失效，低温-40℃不凝固、不变质、不失效。

5、储存稳定性低温-30℃、高温80℃静置1年不变质、不失效。

本产品用于各种金属制品、金属结构物件、汽车火车、船泊、包装箱、集装箱、管道、设施设备、房屋建筑、桥梁、电器、器具、家具、工具、冷轧、冷拉钢丝、高压电架，在防锈、电镀、镀锌、冷轧钢板、各种镀锡、锌板前处理工艺，取代酸洗、喷砂、喷淋、喷丸、打磨等表面处理，减少诸多工艺工序，降低综合成本70％以上，节约能耗、资源消耗、消除环境污染、消除安全事故隐患。

本发明产品现在邵阳市创捷化工有限公司小批量生产，产品已经河北邯郸钢铁集团公司中板厂、湘钢集团公司一棒材厂、二高线材厂、湖南涟钢集团公司型带材厂、浙江宁波华光不锈钢厂、武汉钢铁集团公司技术中心、湖北省冶金产品监督检测中心、机械工业部武汉材料保护研究所等单位试用、试验检测，检测结论：本产品可取代酸洗、喷砂、喷淋、喷丸、打磨、各种金属表面脱脂除鳞、磷钝化等多种工艺工序，为油漆、涂料、涂装、防锈、电镀；镀锌、镀锡、热镀锌、冷轧簿板、冷拉钢丝等金属表面前处理；“脱脂、脱鳞、磷化、钝化、防锈”。100％脱脂除鳞、氧化铁皮100％转化成磷酸铁盐，100％防锈，防锈时间6个月以上，不需要水洗，无废水、废气、废渣排放。无能源、资源消耗，无环境污染、降低综合成本70％以上，无烧伤烫伤，无安全隐患，无毒无味。产品表面质量提高一个等级。

以上所述，仅为发明的较佳实施例，凡依本专利申请所做的均等变化，均为本发明技术所涵盖。

Claims (6)

1、强酸性强酸性强酸性金属表面磷钝化防锈剂，其原料组分及重量份为：磷酸22-66份，添加剂8-12份、金属盐类8-22份，酸式磷酸铁锰15-45份，洗涤剂或乳化剂2-3份，蒸馏水或处理过的软水20-50份；

金属盐类包括：硝酸锌或硫酸锌、硝酸镍或硫酸镍各2-5份；硝酸铝、氯酸钙或硫酸钙、二氧化硅各1.5-4份。

2、根据权利要求1所述的强酸性金属表面磷钝化防锈剂，其特征是：添加剂的原料组分及重量比是：冰醋酸48-50％，三氯化磷36-38％，净水13-15％；

金属盐类还包括氯化镁、硫酸铝、硫酸锰、硫酸钴。

3、根据权利要求1所述的强酸性金属表面磷钝化防锈剂，其特征是：磷酸22份，添加剂8份，洗涤剂3份，酸式磷酸铁锰15份，软水43份，金属盐类12份，其中硝酸锌、硝酸镍各3份，硫酸铝、氯酸钙、二氧化硅各2份。

4、根据权利要求1或2所述的强酸性金属表面磷钝化防锈剂，其特征是：磷酸30份，添加剂8份，洗涤剂2份，金属盐类20份，酸式磷酸铁锰25份，软水30份。

5、据权利要求1所述的强酸性金属表面磷钝化防锈剂，其特征是：产品理化技术指标为

1)外观性状：浅灰色或无色，较浑浊或清亮半透明或透明型液体物

2)比重cg/(m2)：1.1-1.5

3)PH值(广范试纸)：1

4)高、低温稳定性：高温800℃不变质、不失效，低温-40℃不凝固。

5)、储存稳定性：30-80℃静置1年不变质、不失效。

6、权利要求1所述的强酸性金属表面磷钝化防锈剂的生产方法：

1)先将净水投入反应釜中；2)边搅拌边缓慢地将酸式磷酸铁锰撒配进去，溶完后接着再将氯酸钙、硫酸镍、硫酸钴或硝酸镍、硝酸钴、硫酸铝或硝酸铝、硫酸锰、二氧化硅、氯化镁等逐种逐项加入，每加配一种搅拌溶完后再配另一种，各种金属盐类物全部溶完后，为混合糊状半成品；3)边搅拌边将磷酸缓慢地滴配进去，酸化反应成液体物时，再将添加剂在搅拌中逐渐滴配进去，再加入洗涤剂或乳化剂，反应成清亮透明稍粘稠型液体物得成品，然后包装。