CN101988194A - 电力系统钢铁件的现场除锈防腐方法 - Google Patents

Abstract

除锈防腐效果好，可以不停电处理的电力系统钢铁件的现场除锈防腐方法，步骤是：a.在现场除去钢铁件锈蚀部位的尘土、浮锈；b.接步骤a后，在所述锈蚀部位用除油、除锈、磷化、钝化“四合一”表面处理液涂覆至少一次；c.待所述涂覆的表面处理液干透后，用防腐涂料涂装至少一次；所述表面处理液为按如下组分及其含量配制的水溶液：每升所述表面处理液含磷酸(浓度85％)50～350毫升、锌5～25克、磷化反应促进剂0.2～7.5克、氧化剂0.5～10克、多羟基有机酸络合剂10～40克、表面活性剂1～5克和余量的水。本发明适合野外电力设备的除锈防腐。

Description

电力系统钢铁件的现场除锈防腐方法

技术领域

本发明属于金属表面处理方法，涉及一种电力系统钢结构件特别是电力设备紧固件的现场除锈防腐方法。

技术背景

电力系统是由发电、输电、变电、配电和用电等环节组成的电能生产与消费系统。它的功能是将自然界的一次能源通过发电动力装置转化成电能，再经输电、变电和配电将电能供应到各用户。

在电力系统中需要采用大量的钢铁件，如电力设备的外壳、铁塔、支架、设备安装用的紧固件等。由于有大量的电力设备安装在野外，经受风吹日晒雨淋，钢铁件不可避免地会遭到腐蚀，尤其是在沿海地区受到海风的侵袭以及在工业园区附近受到工业废气的腐蚀，更由于大气污染加重，酸雨量增多，使这些安装于野外电力设备上的钢铁件的腐蚀变得更为严重。在这些电力设备的钢铁件中，紧固件因没有防腐涂装的保护，腐蚀现象最为严重。这些钢铁件的腐蚀严重危害着电力设备的安全。

电力是国民经济的命脉，电力设备发生故障将会导致严重的后果，为此电力系统必须派人加强循检，对腐蚀严重的钢铁件进行维护。由于缺少相应的现场维护技术，只能对这些锈蚀的钢铁件进行更换。在更换过程中，必须进行停电处理，这对当地的生产和生活带来极大不便，也会造成一定的经济损失。特别对于一些已严重锈蚀的钢铁件，更换起来十分困难，比如已锈死的紧固件用平常方法根本无法将其拆下来，这时必须大费周折，花费大量的劳力才能完成更换。因此，对电力系统锈蚀的钢铁件进行现场除锈防腐处理具有重要的意义。

发明内容

本发明要解决电力设备特别是野外电力设备容易腐蚀生锈，且这种设备除锈防腐困难大，设备容易发生故障，设备更换需拉闸停电，由此造成诸多浪费以及产生严重后果等问题，为此，本发明提供一种电力系统钢铁件的现场除锈防腐方法，该方法对电力设备除锈防腐效果好，可以实现不停电维护，减少停电检修的频率，为当地的生产和生活提供最大限度的保障，也减少电力设备的循检强度，降低工作人员的劳动强度。本发明一并提供一种能够对锈蚀的钢铁件进行现场除油、除锈、磷化、钝化“四合一”处理的表面处理液，实现电力系统钢铁件的现场除锈防腐处理。

为解决上述问题，本发明采用的技术方案其特殊之处是：

a.在现场除去钢铁件锈蚀部位的尘土、浮锈；

b.接步骤a后，在所述锈蚀部位用除油、除锈、磷化、钝化“四合一”表面处理液涂覆至少一次；

c.待所述涂覆的表面处理液干透后，用防腐涂料涂装至少一次；

所述表面处理液为按如下组分及其含量配制的水溶液：

每升所述表面处理液含磷酸(浓度85％)50～350毫升、锌5～25克、磷化反应促进剂0.2～7.5克、氧化剂0.5～10克、多羟基有机酸络合剂10～40克、表面活性剂1～5克和余量的水。余量的水指每升所述表面处理液以体积计的水含量(不包括磷酸含水)。

所述锌是锌粉和/或氧化锌、磷酸二氢锌中的锌元素。

所述磷化反应促进剂是硝酸镍、氟化钠、硝基化合物、硝酸铜、硝酸锰中的至少一种。磷化反应促进剂能促进(加速)磷化反应。本发明所述磷化反应是指磷酸与锌反应生成磷酸二氢锌；磷酸二氢锌再与钢铁件铁基体反应在钢铁件表面生成磷化膜。

所述氧化剂是亚硝酸钠、氯酸钠、过氧化氢、过硼酸钠、硫酸羟胺中的至少一种。

所述多羟基有机酸是柠檬酸、酒石酸、葡萄糖酸、水杨酸中的至少一种。

所述表面活性剂是非离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂或两性表面活性剂中的至少一种。

所述每升表面处理液还可以含有钼酸钠和/或钼酸铵1～10克。

本发明在步骤c涂层上还可以涂覆封闭漆。本发明步骤a.除去钢铁件锈蚀部位的尘土、浮锈，可以用钢丝刷刷除，对于已严重锈蚀的部位必要时还须用砂皮打磨，如有易剥落的鳞片状铁锈则必须将其除去。如果表面锈蚀程度较轻，只需用毛刷刷除即可。

本发明所述的“四合一”表面处理液涂覆可以刷涂，也可以喷涂，或者刷涂和喷涂。

本发明步骤c用防腐涂料涂装可以是刷涂或喷涂，面积较大的可以辊涂。

防腐涂装后还可以加涂至少一道封闭漆。

众所周知，普通钢铁制品在潮湿的空气中会渐渐变色，并在表面生成一种红褐色的物质，这种现象叫做钢铁的生锈。其实质是铁受空气中的氧气、水蒸气等作用，生成铁的多种氧化物的水合物。钢铁件表面生成的铁锈即使在干燥的空气中也能扩散。铁锈是一种松脆多孔的物质，它不能保护里层的铁不被锈蚀，因此钢铁制品的锈蚀总是越来越严重，最后形成鳞片状的铁锈，能被层层剥落，钢铁制品最终也被锈蚀成一堆废品。

因此，钢铁制品在使用前都必须经适当的防腐处理。

钢铁表面防腐处理的实质是阻断钢铁基体与外界直接接触，阻止铁与氧、水蒸气或腐蚀性气体发生反应，从而防止生锈。钢铁表面的防腐处理一般包括发蓝、电镀和表面涂装三种。

发蓝是指通过特殊的方法在钢铁表面形成致密的铁的氧化物层，如四氧化三铁，因此发蓝后钢铁表面一般呈黑色。但发蓝对钢铁的防腐功能不高，一般适合室内及对防腐要求不高的场合使用。

电镀是在钢铁表面电沉积一层不易腐蚀的金属，如锌、镍、铬、锡等。

表面涂装是在钢铁表面涂覆防腐蚀作用的涂料层，如环氧富锌防腐涂料层、高氯化聚乙烯防腐涂料层、氯化橡胶防腐涂料层等。

发蓝和电镀都必须采用专用设备，在设备体系内处理，无法在野外进行操作。表面涂装可以在现场操作，通过刷涂、喷涂或辊涂的方法将防腐涂料涂装在金属表面。然而用防腐涂料涂装，对金属表面有较高的要求。

在涂装前，金属表面必须经过除油、除锈两个步骤，因为带有油和锈的钢铁表面不能获得合格的涂层。一般来说，金属表面需要达到除锈标准Sa2.5级。对于涂装要求高的场合，还必须对物件作表面作磷化处理。磷化的作用是提高涂料层和基体的附着力，提高涂装后工件的耐蚀性，以提高涂装效果。磷化是在物件表面形成磷化膜，而磷化膜只能在无油污和无锈层的金属工件表面才能生成，因此，经过磷化处理的金属工件，其表面清洁、均匀、无油脂、无锈蚀。磷化后再经钝化处理则可进一步提高涂装的效果。钝化是提高钢铁表面的隋性度，使钢铁与氧的反应活性降低，或者封闭钝化膜可能存在的微孔或裂纹，使铁基体不能与外界的氧、水蒸汽等接触，从而阻止铁的生锈。宏观表现就是磷化膜不易返锈。然而对于需现场防腐操作的已锈蚀的电力系统钢铁件来说，表面处理要求工艺简单，操作方便。为此本发明提供一种除油、除锈、磷化、钝化“四合一”表面处理液及处理工艺。

除油、除锈、磷化、钝化“四合一”表面处理液的主要成分是磷酸和锌离子。除此之外为了保证能在常温下操作，加快磷化膜的生成，还添加有促进剂、氧化剂。为了加快除锈进程，还添加了络合剂，为保证除油效果，表面活性剂也是必不可少的成分。

磷酸的作用是与钢铁表面的铁锈发生化学反应，除去铁锈。磷酸并是生成磷化膜的原料成分。铁锈的成分比较复杂，主要是FeO和Fe₂O₃的混合物。磷酸的除锈作用可用式(1)和式(2)来表示：

FeO+2H₃PO₄→Fe(H₂PO₄)₂+H₂O                        (1)

Fe₂O₃+6H₃PO₄→2Fe(H₂PO₄)₃+3H₂O                    (2)

当然，铁基体也会与磷酸反应，生成磷酸二氢铁，如式(3)所示：

Fe+2H₃PO₄→Fe(H₂PO₄)₂+H₂↑                        (3)

市售的磷酸一般为85％，其使用量可根据待处理钢铁表面的锈蚀程度不同而变化，一般在50～350ml/L之间，锈蚀程度越重，磷酸含量越高，但磷酸含量太高将使基体受到腐蚀，反而不利于磷化膜的形成。

锌离子是生成磷化膜的又一原料成分。锌、铁与磷酸作用形成锌铁系磷化膜。在常温磷化中，没有锌离子不可能形成磷化膜。在本发明的表面处理液中，锌离子主要是通过磷酸二氢锌[Zn(H₂PO₄)₂]的生成而存在。锌的引入可以通过加入氧化锌或锌粉，与磷酸反应后得到，也可以直接加入磷酸二氢锌，从制备成本角度考虑，更多地采用以氧化锌的形式加入：

ZnO+2H₃PO₄→Zn(H₂PO₄)₂+H₂O                        (4)

磷酸二氢锌与铁基体反应可以形成磷化膜：

Fe+5Zn(H₂PO₄)₂+8H₂O→Zn₃(PO₄)₂·4H₂O↓

                  +Zn₂Fe(PO4)₂·4H₂O↓+6H₃PO₄+H₂↑

                                                      (5)

磷酸二氢锌与磷酸二氢铁反应也可以形成磷化膜，反应式如下：

Fe(H₂PO₄)2+2Zn(H₂PO₄)₂→Zn₂Fe(PO₄)₂+4H₃PO₄            (6)

锌含量一般在5～25g/L之间，锌含量太低，不能形成完整的磷化膜，而锌含量太高则形成的磷化膜太厚，晶粒太粗，耐蚀性反而不好。

由于是在常温下进行磷化，光有磷酸和锌，磷化速度过慢，不具有实用价值。为了加快磷化速度，同时得到更为细致的磷化膜，表面处理液中必须加有促进剂。常用的促进剂是比铁电位更正的金属硝酸盐，如硝酸镍、硝酸铜或硝酸锰等，硝酸镍最为常用。这些金属离子能够与铁发生置换反应形成金属微粒，以这些微粒为晶核，磷化膜可以快速生成，由于这些晶核数目众多，因此形成的磷化膜晶粒细致，整个膜层致密。除了这些金属硝酸盐外，氟离子(F^-)、硝基化合物也具有活化作用，可以加快磷化膜的生成。F^-主要以氟化钠的形式加入，硝基化合物的典型代表是间硝基苯磺酸钠。

促进剂的含量一般在0.2～7.5g/L之间，含量太低，促进效果不明显，含量太高不但成本较高，而且反应速度太快会导致来不及成膜而形成挂灰。

从式(5)可知，在磷化膜形成过程中会产生氢气，氢气吸附在金属表面形成一层气膜，将金属表面与磷化液屏蔽隔离，阻止了磷化膜的结晶形成。加入氧化剂可以将氢气氧化为水从而消除屏蔽，加快磷化膜的形成。常用的氧化剂有亚硝酸钠、氯酸钠、过氧化氢、过硼酸钠、硫酸羟胺等，其中亚硝酸钠因具有致癌作用，应用渐渐受到限制。

氧化剂的含量一般在0.5～10g/L，含量太低，不能有效消除氢气的影响，使成膜性不佳；含量太高，则氧化性太强，将使Fe²⁺氧化成Fe³⁺从而形成磷酸铁(FePO₄)沉渣，不能进入磷化膜中而形成挂灰。

由于磷酸为中强酸，除锈速度比盐酸、硫酸等慢得多，为了加快除锈速度，宜在处理液中加入络合剂。络合剂一般采用多羟基有机酸，如柠檬酸、酒石酸、葡萄糖酸、水杨酸等，其中以柠檬酸和酒石酸更为常用。这些多羟基有机酸与铁离子、锌离子等都能形成较为稳定的络合物，能够控制处理液中游离金属离子的浓度，从而控制磷化膜形成的速度，形成细腻致密的磷化膜。

络合剂的含量一般在10～40g/L之间。含量太低，络合作用不够，形成的磷化膜粗而疏松；含量太高，则与金属的络合能力太强以至于无法形成磷化膜。

由于表面处理液必须具有除油功能，因此表面活性剂就是不可缺少的成分。表面活性剂包括阴离子表面活性如十二烷基苯磺酸钠(LAS)、非离子表面活性剂如烷基酚聚氧乙烯醚(OP系列)、阳离子表面活性剂如十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)以及两性表面活性剂如烷基甜菜碱或磺基甜菜碱。这些表面活性剂都能应用于本发明所提供的“四合一”表面处理液中。上述不同种类的表面活性剂复配可以取得更好的除油效果，如将阴离子表面活性剂和非离子表面活性剂复配，或者非离子表面活性剂和阳离子表面活性剂复配等。

表面活性剂含量可依据待处理钢铁件表面油污程度不同而变化，一般在1～5g/L，油污重则表面活性剂含量须高一些，反之则低些，如果表面洁净无油则可以不加表面活性剂，但这种情况对于安装于野外的电力系统设备来说几乎是不存在的。

在本发明提供的表面处理液中还可以加入钼酸盐，如钼酸钠或钼酸铵。钼酸盐在酸性条件下与磷酸作用生成氧化性很强的钼磷杂多酸，从而起成膜加速剂的作用。同时，钼酸盐也是一个优良的钝化剂，对磷化膜起钝化作用，增强其耐蚀性。钼酸盐的含量一般在1～10g/L之间。

根据上述成分配制好“四合一”表面处理液后，即可用于电力系统钢铁件的现场除锈防腐处理。本发明提供的“四合一”表面处理液施工很简便，只需将待处理的锈蚀部位用钢丝刷去除表面浮锈与尘土，对于已严重锈蚀的部位有时还必须用砂皮打磨，如有易剥落的鳞片状铁锈必须将其除去。如果表面锈蚀不严重，只需用毛刷即可。

清理完毕后，将“四合一”表面处理液涂刷在待处理表面，随着反应的进行，钢铁件表面的铁锈逐渐转变为磷化膜。待磷化膜完全干透后，即可进行表面涂装。

表面涂装，有条件的话采用喷涂可以减少劳动强度，涂抹也更均匀。

磷化膜不耐水，尤其不耐酸性的水，磷化膜遇水会返锈。所以形成磷化膜后还需要用涂料进行涂装。本发明选用防腐涂料进行涂装，使其具有更佳的耐腐蚀能力。

防腐涂料的种类有很多，主要分为底漆和面漆两大类。防腐底漆包括环氧富锌底漆、红丹漆、氯化橡胶防腐底漆、高氯化聚乙烯防腐底漆、醇酸树脂防腐底漆等。面漆包括氯化橡胶防腐面漆、高氯化聚乙烯防腐面漆、醇酸树脂防腐面漆、聚氨酯防腐面漆、氟碳防腐面漆等。这些涂料均可用于本发明。

经过本发明的“四合一”表面处理液涂覆处理后，可以直接涂刷防腐底漆或面漆，但为了具有更好的防腐性能与表面装饰性，一般先涂刷防腐底漆再涂一道防腐面漆，当然底漆和面漆各涂两道则更好。在一些高湿度、高腐蚀性环境里，我们还可以在面漆外再加涂一道封闭漆，这样可以使钢铁基体与腐蚀性介质完全隔离，从而保证了耐腐蚀性能。

涂装的方法可以是刷涂，也可以是喷涂。喷涂可以得到更为均匀的涂装效果并节省人力，但必须有专用器具。对于大面积处理的钢铁件也可以采用辊涂的形式。

下面通过实施例来进一步阐述本发明，但本发明并不仅限于此。

具体实施方式

实施例1“四合一”表面处理液的制备

配方(每升“四合一”表面处理液中组分及其含量)：

H₃PO₄(85％)               100ml/L

锌粉                      10g/L

硝酸锰                    2g/L

NaNO₂                     3g/L

酒石酸                    20g/L

OP-10                     1.5g/L

水                        余量

制备步骤：

设定待制备“四合一”表面处理液的体积。按配方计算出所需各组分的量及水的量(此时水量可以是近似量)。取三分之二所需水量，搅拌下加入所述量的磷酸，混合均匀后加入所述量的锌粉，待反应完全后再依次加入所述量的硝酸锰、亚硝酸钠(NaNO₂)、酒石酸，搅拌溶解完全。将OP-10(烷基酚聚氧乙烯醚)用温水溶解后加入到上述溶液中，最后补加水至所需的体积。

本配方适用于低锈轻油的钢铁件。

实施例2～8

实施例2～8“四合一”表面处理液制备的配方见下表。制备方法与实施例1的相同。表中数值，H₃PO₄(85％)为每升表面处理液所含毫升数，其它为每升表面处理液所含克数。

“四合一”表面处理液配方

注：表中硝酸镍、硝酸铜、氟化钠、间硝基苯磺酸钠为磷化反应促进剂；氯酸钠、过硼酸钠为氧化剂；柠檬酸、酒石酸是多羟基有机酸络合剂；OP-10、CTAB、LAS为表面活性剂，其中OP-10为非离子表面活性剂，CTAB为阳离子表面活性剂，LAS为阴离子表面活性剂。氧化锌中锌含量为81.38％，磷酸二氢锌中锌的含量为22.14％。

实施例9

中度锈蚀的变压器散热器油阀螺栓，表面有中度油污。在现场先用钢丝刷刷去螺栓表面的浮锈与尘土，将实施例2配制的“四合一”表面处理液刷涂在螺栓表面，注意刷涂要完全且均匀，不能有积液。待磷化膜完全干透后，先刷涂一道环氧富锌底漆，底漆干透后再刷涂一道高氯化聚乙烯防腐面漆，干透后即可。无需断电，也无需将螺栓拆卸下来，在线即可完成螺栓的除锈防腐处理。处理后的螺栓经过一年后，表面不见锈蚀痕迹，耐蚀性好。

实施例10

轻度锈蚀的变压器外壳，表面有轻度油污。在现场先用毛刷刷去锈蚀部位的浮锈和尘土，将实施例1配制的“四合一”表面处理液喷涂在表面，待磷化膜干透后，喷涂醇酸树脂防腐面漆，面漆干透后即可。整个处理过程无需断电，也无需将外壳拆卸下来，在线操作完成。处理后的外壳经半年，无锈迹产生，耐蚀性好。

Claims (10)

1.电力系统钢铁件的现场除锈防腐方法，其特征是：

a.在现场除去钢铁件锈蚀部位的尘土、浮锈；

b.接步骤a后，在所述锈蚀部位用除油、除锈、磷化、钝化“四合一”表面处理液涂覆至少一次；

c.待所述涂覆的表面处理液干透后，用防腐涂料涂装至少一次；

所述表面处理液为按如下组分及其含量配制的水溶液：

每升所述表面处理液含磷酸(浓度85％)50～350毫升、锌5～25克、磷化反应促进剂0.2～7.5克、氧化剂0.5～10克、多羟基有机酸络合剂10～40克、表面活性剂1～5克和余量的水。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述锌是锌粉和/或氧化锌、磷酸二氢锌中的锌元素。

3.根据权利1或2所述的方法，其特征是所述磷化反应促进剂是硝酸镍、氟化钠、硝基化合物、硝酸铜、硝酸锰中的至少一种。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征是所述氧化剂是亚硝酸钠、氯酸钠、过氧化氢、过硼酸钠、硫酸羟胺中的至少一种。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征是所述多羟基有机酸是柠檬酸、酒石酸、葡萄糖酸、水杨酸中的至少一种。

6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征是所述表面活性剂是非离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂或两性表面活性剂中的至少一种。

7.根据权利要求3所述的方法，其特征是所述氧化剂是亚硝酸钠、氯酸钠、过氧化氢、过硼酸钠、硫酸羟胺中的至少一种。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征是所述多羟基有机酸是柠檬酸、酒石酸、葡萄糖酸、水杨酸中的至少一种。

9.根据权利要求1或2所述的方法，其特征是所述每升表面处理液含有钼酸钠和/或钼酸铵1～10克。

10.根据权利要求1或2所述的方法，其特征是在步骤c涂层上涂覆封闭漆。