CN103397323B - 一种无磷无渣常温皮膜剂 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种无磷无渣常温皮膜剂，适用于多种金属材质如：冷轧板、热轧板、铸铁、镀锌板、电解板、铝及铝合金等金属表面处理。该无磷无渣常温皮膜剂的主要组成为：氟锆酸、氢氟酸、硝酸镁、过氧化氢和水。该皮膜剂分为三个组分，A成分为：氟锆酸、氢氟酸和水；B成分为：硝酸镁、过氧化氢和水；C成分为：氟锆酸、硝酸镁和水。将A和B按一定比列混合并充分搅拌，余量用水加满。C为补充剂，当上述处理液浓度降低时，可按一定比列添加进行调整。该无磷无渣常温皮膜剂具有很强附着能力和防腐蚀性能，操作方法简单，无需再做表面调整处理和钝化封闭，从而缩短了工艺流程，可长期重复使用，比传统的磷化液更节省成本。另外，该环保型皮膜剂不含亚硝酸盐、磷酸盐、铬离子以及其它有毒重金属离子和有害挥发性物质等，无需进行污水处理可直接排放。
Description
技术领域
本发明涉及一种金属表面处理技术领域，具体来讲是能处理多种金属表面的性能强于传统磷化液的环保型无磷无渣常温皮膜剂及其使用方法。
背景技术
金属在运输、加工及处理过程时，遇到潮湿的大气或更为恶劣的环境中，金属表面非常容易被氧化或被腐蚀。如：钢铁表面在潮湿空气中的作用下会形成较为疏松的氧化膜而被锈蚀，全世界每年因腐蚀造成的直接经济损失巨大；铝材表面虽有天然形成的氧化膜保护不受大气侵蚀，但是溶易被酸碱所腐蚀。同时金属表面也会吸附一些杂质油污等，对金属表面的涂装极为不利。因此，对金属表面的处理是相当重要的。
金属表面处理方法多样，其中最为常用的主要是化学处理方法，通常在金属表面形成化学转化膜，这类化学转化膜不仅在金属表面会形成一层致密化学膜，防止金属表面的腐蚀，还可以增强与涂料漆膜基底的附着力。各类金属的处理方法和工艺流程都各有不同，如：钢铁板材表面处理常用锌系和铁系磷化液；铝材表面处理通常使用六价铬或三价铬钝化处理等等。
锌系和铁系磷化发展历史悠久，技术较为成熟，通常作为铁材、镀锌板和电解板等表面处理，主要通过化学或电化学反应，在表面形成难溶、稳定的磷化膜。这类磷化膜主要用于金属表面的短期防护，具有成膜速度较快、附着力好，防腐性能强，耐腐蚀时间长等优点，常用作涂料的底层，用途广泛。但目前我国对磷化物控制严格，限制磷化产品的污染和无磷排放。
传统的六价铬钝化工艺技术成熟、操作简单便捷，并因其性质稳定、钝化膜性能优良、价格低廉而曾被广泛使用铝材和镀锌板的钝化。六价铬具有极强毒性且可致癌的重金属离子，严重污染环境和危害人类健康。随着人们对环保意识的增强，六价铬钝化被严格限制。本世纪初，欧盟签署了一项法令，规定在车辆材料和部件中禁止使用六价铬。因此铝材钝化剂发展方向主要为环保无毒，省材节能，耐腐蚀性能更强的钝化剂。目前，市场上已经出现一些环保型的皮膜剂，还处理发展趋势。
无磷无渣环保型皮膜剂是传统磷化剂的升级换代产品，能处理多种金属表面，实现一剂多用。既能完全取代金属前处理的磷化或钝化剂，又能长期使用，更节省成本。工艺流程简单，常温下操作即可进行，无须再做表面调整或钝化封闭，降低能耗。所产生的膜层厚度仅为磷化膜厚度的几百分之一，达到纳米级，附着力强于任何一种磷化皮膜剂，耐腐蚀性能强。另外，该环保型皮膜剂不含亚硝酸盐、磷酸盐、铬离子以及其它有毒重金属离子、有害挥发性物质和有机污染物等，无需进行污水处理可直接排放，从根本上解决污染问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种新型环保且耐腐蚀性能更强的无磷无渣常温皮膜剂，其包含氟锆酸、氢氟酸、硝酸镁和过氧化氢的水溶液。
本发明的无磷无渣常温皮膜剂包含以下组分：
氟锆酸，选取质量分数为40％，A成分中用量为30～40g/L，C成分中用量为50～100g/L。
氢氟酸，选取质量分数为55％，A成分中用量为150～400g/L。
过氧化氢，选取质量分数为35％，B成分中用量为3～8g/L。
硝酸镁为六水合硝酸镁，B成分中用量为300～450g/L，C成分中用量为100～160g/L。
溶剂为水。
该无磷无渣常温皮膜剂的组分为：
A成分为：
氟锆酸30～40g/L；
氢氟酸150～400g/L；
溶剂为水。
B成分为：
硝酸镁300～450g/L；
过氧化氢3～8g/L；
溶剂为水。
无磷无渣常温皮膜剂的补充剂C成分为：
氟锆酸50～100g/L；
硝酸镁100～160g/L；
溶剂为水。
本发明的无磷无渣常温皮膜剂中，氟锆酸是成膜剂的主要成分。氟锆酸盐在金属表面形成致密的氧化锆薄膜和锆酸盐沉淀微晶皮膜；氟化氢参与皮膜的形成，参与调节溶液的pH值，控制溶液中的总酸和游离酸度保持在一定范围内，稳定氟锆酸在金属表面反应形成的皮膜；硝酸镁是强氧化剂，少量的过氧化氢溶液也具有一定的促进作用，加速皮膜的形成。
无磷无渣常温皮膜剂溶液的配制及使用方法主要如下：
(1)取20～40gA和15～20gB混合，然后加水至1L，并充分搅拌均匀，即得无磷无渣常温皮膜剂溶液，比重为1.15～1.3kg/L，控制总酸度为13.5±0.6点，游离酸度为10±0.4点。
(2)C为补充剂，当上述无磷无渣常温皮膜剂溶液浓度降低时，可在溶液中按每添加3.5g上升1点进行调整。
(3)先将要处理的金属材料表面进行脱脂，除去表面的油脂杂质等，水洗两次。
(4)将金属材料放入上述皮膜剂溶液中，在常温下进行浸泡或喷淋20～30s，可得到一层保护皮膜，水洗后烘干即可。
本发明的无磷无渣常温皮膜剂依据GB/T1771-2007《色漆和清漆耐中性盐雾性能的测定》标准，将处理后的金属材料进行涂装漆膜，再放入5％NaCl溶液、温度为35℃的盐雾箱中进行耐中性盐雾试验，耐盐雾时间可长达30d以上。
本发明的无磷无渣环常温皮膜剂是传统磷化剂的更新换代产品，能处理多种金属表面，实现一剂多用；工艺流程简单，无须再做表面调整和钝化封闭，常温下操作即可，可长期使用，降低能耗，节省成本。该皮膜剂的膜层厚度达到纳米级，致密性好、成膜均匀，附着力极强，因而耐腐蚀性强。另外，该环保型皮膜剂不含亚硝酸盐、磷酸盐、六价铬离子以及其它有毒重金属离子、有害挥发性物质和有机污染物等，且已通过欧盟SGS产品质量检测，符合RoHS的标准。无需进行污水处理可直接排放，从根本上解决污染问题。产品质量符合GB/T19001-2008国家标准要求。
具体实施方式
实例1
无磷无渣常温皮膜剂的组分为：
A成分为：
氟锆酸40g/L；
氢氟酸400g/L；
溶剂为水。
B成分为：
硝酸镁400g/L；
过氧化氢6g/L；
溶剂为水。
其中，氟锆酸的质量分数为40％，氢氟酸的质量分数为55％，过氧化氢的质量分数为35％，硝酸镁为六水合硝酸镁。
取25gA和20gB混合，然后加水至1L，并充分搅拌均匀，即得无磷无渣常温皮膜剂溶液，控制总酸度为13.5±0.6点，游离酸度为10±0.4点。
先将铝材表面进行脱脂，除去表面的油脂杂质等，水洗两次后，再将铝材放入上述皮膜剂溶液中，在常温下进行浸泡30s，得到一层保护皮膜，水洗后烘干即可。
依据GB/T1771-2007《色漆和清漆耐中性盐雾性能的测定》标准，将处理后的铝材进行涂装漆膜，再放入5％NaCl溶液、温度为35℃的盐雾箱中进行耐中性盐雾试验，实验结果见附表。
实例2
无磷无渣常温皮膜剂的组分为：
A成分为：
氟锆酸35g/L；
氢氟酸300g/L；
溶剂为水。
B成分为：
硝酸镁350g/L；
过氧化氢5g/L；
溶剂为水。
取25gA和20gB混合，无磷无渣常温皮膜剂溶液的配制及使用方法同实例1。按GB/T1771-2007标准，进行铝材漆膜耐中性盐雾试验，实验结果见附表。
实例3
无磷无渣常温皮膜剂的组分为：
A成分为：
氟锆酸36g/L；
氢氟酸260g/L；
溶剂为水。
B成分为：
硝酸镁340g/L；
过氧化氢4g/L；
溶剂为水。
取30gA和18gB混合，无磷无渣常温皮膜剂溶液的配制及使用方法同实例1。按GB/T1771-2007标准，进行铝材漆膜耐中性盐雾试验，实验结果见附表。
实例4
无磷无渣常温皮膜剂的组分为：
A成分为：
氟锆酸40g/L；
氢氟酸400g/L；
溶剂为水。
B成分为：
硝酸镁400g/L；
过氧化氢6g/L；
溶剂为水。
取25gA和20gB混合，无磷无渣常温皮膜剂溶液的配制及使用方法同实例1。按GB/T1771-2007标准，进行镀锌板材漆膜耐中性盐雾试验，实验结果见附表。
实例5
无磷无渣常温皮膜剂的组分为：
A成分为：
氟锆酸34g/L；
氢氟酸320g/L；
溶剂为水。
B成分为：
硝酸镁360g/L；
过氧化氢5g/L；
溶剂为水。
取35gA和16gB混合，无磷无渣常温皮膜剂溶液的配制及使用方法同实例1。按GB/T1771-2007标准，进行冷轧铁板漆膜耐中性盐雾试验，实验结果见附表。
实例6
无磷无渣常温皮膜剂的组分为：
A成分为：
氟锆酸30g/L；
氢氟酸300g/L；
溶剂为水。
B成分为：
硝酸镁350g/L；
过氧化氢4g/L；
溶剂为水。
取30gA和20gB混合，无磷无渣常温皮膜剂溶液的配制及使用方法同实例1。按GB/T1771-2007标准，进行冷轧板漆膜耐中性盐雾试验，实验结果见附表。
对照实例1(无氟锆酸)
无磷无渣常温皮膜剂的组分为：
A成分为：
氢氟酸400g/L；
溶剂为水。
B成分为：
硝酸镁400g/L；
过氧化氢6g/L；
溶剂为水。
取25gA和20gB混合，无磷无渣常温皮膜剂溶液的配制及使用方法同实例1。按GB/T1771-2007标准，进行铝材漆膜耐中性盐雾试验，实验结果见附表。
对照实例2(氟锆酸用量不足)
无磷无渣常温皮膜剂的组分为：
A成分为：
氟锆酸10g/L；
氢氟酸400g/L；
溶剂为水。
B成分为：
硝酸镁400g/L；
过氧化氢6g/L；
溶剂为水。
取25gA和20gB混合，无磷无渣常温皮膜剂溶液的配制及使用方法同实例1。按GB/T1771-2007标准，进行铝材漆膜耐中性盐雾试验，实验结果见附表。
对照实例3(氟锆酸过量)
无磷无渣常温皮膜剂的组分为：
A成分为：
氟锆酸65g/L；
氢氟酸400g/L；
溶剂为水。
B成分为：
硝酸镁400g/L；
过氧化氢6g/L；
溶剂为水。
取25gA和20gB混合，无磷无渣常温皮膜剂溶液的配制及使用方法同实例1。按GB/T1771-2007标准，进行铝材漆膜耐中性盐雾试验，实验结果见附表。
对照实例4(氢氟酸用量不足)
无磷无渣常温皮膜剂的组分为：
A成分为：
氟锆酸40g/L；
氢氟酸50g/L；
溶剂为水。
B成分为：
硝酸镁400g/L；
过氧化氢6g/L；
溶剂为水。
取25gA和20gB混合，无磷无渣常温皮膜剂溶液的配制及使用方法同实例1。按GB/T1771-2007标准，进行铝材漆膜耐中性盐雾试验，实验结果见附表。
对照实例5(氢氟酸过量)
无磷无渣常温皮膜剂的组分为：
A成分为：
氟锆酸40g/L；
氢氟酸620g/L；
溶剂为水。
B成分为：
硝酸镁400g/L；
过氧化氢6g/L；
溶剂为水。
取25gA和20gB混合，无磷无渣常温皮膜剂溶液的配制及使用方法同实例1。按GB/T1771-2007标准，进行铝材漆膜耐中性盐雾试验，实验结果见附表。
对照实例6(硝酸镁用量不足)
无磷无渣常温皮膜剂的组分为：
A成分为：
氟锆酸40g/L；
氢氟酸400g/L；
溶剂为水。
B成分为：
硝酸镁100g/L；
过氧化氢6g/L；
溶剂为水。
取25gA和20gB混合，无磷无渣常温皮膜剂溶液的配制及使用方法同实例1。按GB/T1771-2007标准，进行铝材漆膜耐中性盐雾试验，实验结果见附表。
对照实例7(硝酸镁过量)
无磷无渣常温皮膜剂的组分为：
A成分为：
氟锆酸40g/L；
氢氟酸400g/L；
溶剂为水。
B成分为：
硝酸镁700g/L；
过氧化氢6g/L；
溶剂为水。
取25gA和20gB混合，无磷无渣常温皮膜剂溶液的配制及使用方法同实例1。按GB/T1771-2007标准，进行铝材漆膜耐中性盐雾试验，实验结果见附表。
对照实例8(无过氧化氢)
无磷无渣常温皮膜剂的组分为：
A成分为：
氟锆酸40g/L；
氢氟酸400g/L；
溶剂为水。
B成分为：
硝酸镁400g/L；
溶剂为水。
取25gA和20gB混合，无磷无渣常温皮膜剂溶液的配制及使用方法同实例1。按GB/T1771-2007标准，进行铝材漆膜耐中性盐雾试验，实验结果见附表。
对照实例9(过氧化氢过量)
无磷无渣常温皮膜剂的组分为：
A成分为：
氟锆酸40g/L；
氢氟酸400g/L；
溶剂为水。
B成分为：
硝酸镁400g/L；
过氧化氢20g/L；
溶剂为水。
取25gA和20gB混合，无磷无渣常温皮膜剂溶液的配制及使用方法同实例1。按GB/T1771-2007标准，进行铝材漆膜耐中性盐雾试验，实验结果见附表。
对照实例10(A成分过量)
无磷无渣常温皮膜剂的组分为：
A成分为：
氟锆酸40g/L；
氢氟酸400g/L；
溶剂为水。
B成分为：
硝酸镁400g/L；
过氧化氢6g/L；
溶剂为水。
取80gA和20gB混合，无磷无渣常温皮膜剂溶液的配制及使用方法同实例1。按GB/T1771-2007标准，进行铝材漆膜耐中性盐雾试验，实验结果见附表。
对照实例11(B成分过量)
无磷无渣常温皮膜剂的组分为：
A成分为：
氟锆酸40g/L；
氢氟酸400g/L；
溶剂为水。
B成分为：
硝酸镁400g/L；
过氧化氢6g/L；
溶剂为水。
取30gA和40gB混合，无磷无渣常温皮膜剂溶液的配制及使用方法同实例1。按GB/T1771-2007标准，进行铝材漆膜耐中性盐雾试验，实验结果见附表。
附表
由上表试验结果表明，本发明的实例1～6中的组成成分和含量均在要求范围内。实例1～6的漆膜耐中性盐雾时间均大于30d，说明该无磷无渣常温皮膜剂的耐腐蚀性能优越。并且可适用于多种金属板材。
实验结果表明，对照实例1中铝材漆膜耐中性盐雾时间仅为12d，该无磷无渣常温皮膜剂中未添加氟锆酸，由于氟锆酸是成膜剂的主要成分，缺少氟锆酸使得金属表面很难成膜，严重降低了成膜效果。对照实例2中，氟锆酸用量低于要求范围，铝材漆膜耐中性盐雾时间为18d。对照实例3中氟锆酸过量，铝材漆膜耐中性盐雾时间为25d，对金属表面成膜有一定影响。对照实例4中氢氟酸用量不足，使得溶液中pH值相对升高，成膜不稳定，降低了成膜效果。对照实例5中氢氟酸过量，溶液中酸度较大，使金属表面有了一定的腐蚀，成膜效果大大下降。对照实例6～9中的成膜效果均略有下降，硝酸镁是强氧化剂，少量的过氧化氢溶液也具有一定的促进作用，加速皮膜的形成，所以硝酸镁和过氧化氢过多或过少，都对皮膜剂的成膜效果都有一定影响。对照实例10中A成分用量增大，氟锆酸和氢氟酸含量均有所增大，即在pH相对降低的的条件下，使得成膜效果有所下降。对照实例11中B成分用量增大，硝酸镁和过氧化氢溶液的含量均增大，如对照实例6～9所述，成膜效果也有所降低。
本发明的实例1～6中无磷无渣常温皮膜剂是传统磷化剂的更新换代产品，产生的膜层厚度达到纳米级，致密性好、成膜均匀，附着力好、耐腐蚀性强。该皮膜剂不含亚硝酸盐、磷酸盐、六价铬离子以及其它有毒重金属离子、有害挥发性物质和有机污染物等，且已通过欧盟SGS产品质量检测，符合RoHS的标准。无需进行污水处理可直接排放，从根本上解决污染问题。产品质量符合GB/T19001-2008国家标准要求。
Claims (2)
1.一种无磷无渣常温皮膜剂溶液的使用方法，其特征在于：
(1)取20～40gA和15～20gB混合，然后加水至1L，并充分搅拌均匀，即得无磷无渣常温皮膜剂溶液，比重为1.15～1.3kg/L，控制总酸度为13.5±0.6点，游离酸度为10±0.4点；
其中，A成分为：
氟锆酸30～40g/L；
氢氟酸150～400g/L；
B成分为：
硝酸镁300～450g/L；
过氧化氢3～8g/L；
(2)先将要处理的金属材料表面进行脱脂，除去表面的油脂杂质，水洗两次；
(3)将金属材料放入上述皮膜剂溶液中，在常温下进行浸泡或喷淋20～30s，得到一层保护皮膜，水洗后烘干即可，
其中，氟锆酸的质量分数为40％，氢氟酸的质量分数为55％，过氧化氢质量分数为35％。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于硝酸镁为六水合硝酸镁。
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