CN103668220B - 环保型工序间防锈液 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种可同时适用于铝合金、铜合金和钢铁零件表面工序间防锈、防变色处理的防锈液。本发明所述的环保型工序间防锈液为水性溶液，组分浓度为：壳聚糖2‑20g/L，聚乙二醇0.01‑0.5g/L，植酸1‑15g/L，三乙醇胺1‑20g/L。本发明所述的环保型中性防锈液的pH值为7.0‑8.0。本发明所述的环保型工序间防锈液，可以根据使用环境用水按照10%‑100%的比例稀释后用于零件表面的机械加工的工序间防锈处理。本发明的防锈液可同时用于铝合金、铜合金和钢铁机加工零部件的表面工序间防锈,是一种环境友好的水基防锈剂。

Description

环保型工序间防锈液
技术领域
本发明涉及工序间金属零件表面的防锈处理方法，特别是一种同时适用于铝、铜、和钢铁材料表面的防锈液。
背景技术
金属材料的锈蚀是其在生产过程中经常遇到的问题，在需要多道加工工序的时候，由于保存不善或者环境恶劣，零件在工序间会发生腐蚀生锈，不但影响零件的使用效果和功能，而且浪费资源。据统计，全世界每年因生锈而报废的钢铁达几千万吨，我国2000年因材料腐蚀造成的经济损失也高达5000亿人民币。世界一些先进发达国家如美国、日本等都非常重视金属零件加工过程中防锈工作，开发出大量的用于工序间、短期、长期的防腐蚀产品或涂镀层技术，以保证产品零件在加工、服役过程中不发生腐蚀或者生锈。
基于机械加工零件的工序间防锈这一问题，目前国内外采用的方法大体有两种：一种是含有亚硝酸钠等氧化型缓蚀剂的水溶液；另外一种是含有防锈油剂的有机溶液。防锈水成本低，但使用浓度大，防锈期很短（仅几个小时），必须定期浸泡或喷淋和补加防锈剂，工作量大，工件必须存放在有浸泡池或喷淋设备的室内，且亚硝酸盐有剧毒，是国际上公认的致癌物质；防锈油防锈效果较好，但成本高，更重要的是将其用于工序间防锈，当防锈期结束须将其去除，工序复杂且需要采用大量有机溶剂，因而带来严重的环境污染和安全隐患。
近年来日益严重的环境污染促使各国相继制定环保法，传统防锈油由于涂覆和去除过程中挥发性有机化合物的排放愈来愈受到限制，水基防锈剂因其具有不燃、无味、低毒和低污染等优点而受到广泛重视。
在水基防锈剂相关研究中，一些新的研究方向已引起了人们的重视。如纳米技术应用形成的防锈膜，是将纳米材料应用到水基防锈技术中，获得纳米复合体系防锈涂层，使成膜均匀、坚韧、致密。但这只处于研究阶段，短时间很难达到工业实用。还有将气相防锈剂溶解在水中得到气相防锈水的相关研究，依靠挥发后的气体吸附在金属零件表面，抑制金属的阴、阳极反应，从而防止金属生锈。这类方法也存在较大的局限性，其使用的防锈剂一般都含有有毒成分，且实用性比较窄。另有一些含硅含磷的水基防锈剂，这类防锈剂由于硅的存在会对零件的后续表面处理（电镀等）带来一定的影响，而磷的存在又带来一些环保问题。
由此可见，开发出一种防锈能力强、成本低、对后续加工影响小、环保型的水基防锈剂产品，将有助于解决不同材料零部件加工工序间的防锈、环保安全、后续加工等难题。
发明内容
本发明的目的是提供一种可同时适用于铝合金、铜合金和钢铁零件表面工序间防锈、防变色处理的防锈液。
本发明所述的环保型工序间防锈液，包括壳聚糖，聚乙二醇，植酸，三乙醇胺。
本发明所述的环保型工序间防锈液为水性溶液，组分浓度为：壳聚糖2-20 g/L，聚乙二醇0.01-0.5 g/L，植酸1-15 g/L，三乙醇胺 1-20 g/L。
本发明所述的环保型中性防锈液的pH值为7.0-8.0。
本发明所述的环保型工序间防锈液，可以根据使用环境用水按照10%-100%的比例稀释后用于零件表面的机械加工的工序间防锈处理。
本发明可采用以下制备方法，步骤为：
(1）基础组分的制备：
在水中加入一定量的壳聚糖和聚乙二醇配制成10-20倍浓度的溶液；
2）防锈液的制备：
I.在水中添加一定量的植酸和三乙醇胺，再分别将步骤1）所配制的一定量的基础组分加入到所得溶液中，并补充水到所需容量；
II.利用1 mol/L 氢氧化钾水溶液调节标准防锈液的pH值至7.0-8.0，配制成防锈液。
本发明所述的环保型防锈液，可用于铝合金、铜合金和钢铁机械加工零件表面的工序间防锈处理。
与现有的技术相比，本发明的优点在于：
1.本发明所述的环保型防锈液其pH值为中性到弱碱性，而现有水基防锈剂的pH值一般都大于9，有的甚至超过12，这类高pH的防锈液不适用于铝合金、铜合金零件表面，而本发明的防锈液可同时用于铝合金、铜合金和钢铁机加工零部件的表面工序间防锈。
2.本发明所述的防锈液是一种环保型防锈液，不含亚硝酸盐、铬等有毒有害物质，不含硅酸盐等对零件表面处理溶液和后续工艺产生影响的物质，不含磷等对环境和废水处理带来麻烦等物质，是一种环境友好的水基防锈剂。
3．本发明所述的环保型防锈液可为钢铁零件工序间提供良好的防锈作用，根据不同储存环境、不同储存时间的防护要求，调整防锈液的稀释比例，可提供最经济合理的防锈效果。
4. 本发明所述的环保型防锈液可为铝合金零件工序间提供良好的防护，根据不同储存环境、不同储存时间的防护要求，调整防锈液的稀释比例，可提供最经济合理的防腐蚀效果。
5. 本发明所述的环保型防锈液可为铜合金零件工序间提供良好的防变色防腐蚀保护，根据不同储存环境、不同储存时间的防护要求，调整防锈液的稀释比例，可提供最经济合理的防变色效果。
具体实施方式
实施例一
1.防锈液的配制
1）基础组分的制备：
将壳聚糖6g和聚乙二醇0.15g加入60mL去离子水中，配制成基础组分；
2）标准防锈液的制备：
I. 将4.5g植酸和7g三乙醇胺加入到200mL去离子水中,再分别将步骤1）所配制的基础组分加入到所得溶液中，并补充去离子水到1L；
II．利用1 mol/L 氢氧化钾去离子水溶液调整防锈液pH值至7.5后备用。
2、试样的前处理
试验过程中使用的材料包括：2A12铝合金、H62黄铜和45#碳钢，按以下步骤处理后备用。
对2A12铝合金的处理过程为：除油→水洗→除包铝→水洗→出光→水洗→干燥。其中各步的溶液成分和工艺规范如下所示：
除油：氢氧化钠NaOH 12g/L；磷酸三钠Na3PO4·12H2O 50g/L；硅酸钠Na2SiO3 25g/L；温度 70℃；处理时间：15min。
除包铝：氢氧化钠NaOH 5% wt；温度 80℃；时间3min；
出光：硝酸HNO3 30% vol；时间5~10s；
对H62黄铜的处理过程为：除油→180#水砂纸打磨→水洗→干燥。其中除油过程的溶液成分和工艺规范如下所示：氢氧化钠NaOH 12g/L；碳酸钠Na2CO3 25g/L；磷酸三钠Na3PO4·12H2O 60g/L；硅酸钠Na2SiO312g/L；温度 55℃；处理时间15min。
对45#碳钢的处理过程为：除油→180#水砂纸打磨→水洗→干燥。其中除油过程的溶液成分和工艺规范如下所示：氢氧化钠NaOH 80g/L；碳酸钠Na2CO330g/L；磷酸三钠Na3PO4·12H2O 60g/L；硅酸钠Na2SiO3 12g/L；温度 60 ℃；处理时间15min。
3. 防锈性能测试
1） 测试方法
叠片试验：叠片试验借鉴《SH／T0692 防锈油》中的方法，将浸过防锈液的试样晾干，每种材料取试样3片，叠放在一起，两边用不锈钢片夹住，上面加2kg重物，然后放入潮湿环境试验箱中，控制温度为40℃，湿度90%，时间为3天。3天之后取出，拆开组合体，检查接触面的状态，按照下面4 个等级给予评价。
a) 无变化。
b) 有容易去除的印迹或污物。
c) 有一些不能去除的印迹或污点。
d) 有大量的不能去除的印迹或污点。
浸泡试验：浸泡试验的方法借鉴《SH/T 0080-91防锈油脂腐蚀性试验法》，将45#钢，H62黄铜及2A12铝合金试样置于盛有防锈液的烧杯中，并确保试样之间不发生接触。将烧杯置于55±2℃的恒温水浴箱中，放置3天。取出之后，将试样用自来水冲洗干净，晾干。根据试样的颜色变化(与新打磨试片比较)，按下列等级进行评价：
0级—光亮如初；
1级—均匀轻微变色；
2级—明显变色；
3级—严重变色或有明显腐蚀。
2）测试结果
分别取步骤1制备的防锈液100mL、300mL、500ml用去离子水稀释成1L溶液，标记为A#，B#和C#防锈处理液；
将步骤2准备的2A12铝合金、H62黄铜和45#碳钢试样浸泡在A#，B#和C#防锈处理液中5min后，取出在空气下自然晾干30min以上后，分别进行叠片试验和浸泡试验，所得结果如表1所示。
表1.2A12铝合金、H62黄铜和45#碳钢试样叠片试验和浸泡试验结果
实施例二
1．防锈液的配制
1）基础组分的制备：
将壳聚糖2g和聚乙二醇0.015g加入60ml去离子水中，配制成基础组分；
2）标准防锈液的制备：
I. 将1.5g植酸和1g三乙醇胺加入到200ml去离子水中，再分别将步骤1）所配制的基础组分加入到所得溶液中，并补充去离子水到1L；
II．利用1 mol/L 氢氧化钾去离子水溶液调整防锈液pH值至7.5后备用。
2．试样的前处理
试验过程中使用的材料包括：2A12铝合金、H62黄铜和45号钢，按以下步骤处理后备用。
对2A12铝合金的处理过程为：除油→水洗→除包铝→水洗→出光→水洗→干燥。其中各步的溶液成分和工艺规范如下所示：
除油： 氢氧化钠NaOH 25g/L；磷酸三钠Na3PO4·12H2O 10g/L；硅酸钠Na2SiO3 5g/L；温度 70℃；处理时间：2min。
除包铝：氢氧化钠NaOH 160g/L；三乙醇胺 45ml/L； 硫化钠Na2S 55 g/L；温度 90~100℃；时间2~3min；
出光：硝酸HNO3 3% vol；时间5~10s；
对H62黄铜的处理过程为：除油→180#水砂纸打磨→水洗→干燥。
其中除油过程的溶液成分和工艺规范如下所示：氢氧化钠NaOH 10g/L；碳酸钠Na2CO3 25g/L；磷酸三钠Na3PO4·12H2O 60g/L；硅酸钠Na2SiO3 12g/L；温度 55℃；处理时间5min。
对45号钢的处理过程为：除油→180#水砂纸打磨→水洗→干燥。其中除油过程的溶液成分和工艺规范如下所示：氢氧化钠NaOH 80g/L；碳酸钠Na2CO3 30g/L；磷酸三钠Na3PO4·12H2O 60g/L；硅酸钠Na2SiO3 12g/L；温度 60 ℃；处理时间15min。
3. 防锈性能测试
1） 测试方法
叠片试验：叠片试验借鉴《SH／T0692 防锈油》中的方法，将浸过防锈液的试样晾干，每种材料取试样3片，叠放在一起，两边用不锈钢片夹住，上面加2kg重物，然后放入潮湿环境试验箱中，控制温度为40℃，湿度90%，时间为3天。3天之后取出，拆开组合体，检查接触面的状态，按照下面4 个等级给予评价。
a) 无变化。
b) 有容易去除的印迹或污物。
c) 有一些不能去除的印迹或污点。
d) 有大量不能去除的印迹或污点。
浸泡试验：浸泡试验的方法借鉴《SH/T 0080-91防锈油脂腐蚀性试验法》，将45号钢，H62黄铜及2A12铝合金试样置于盛有防锈液的烧杯中，并确保试样之间不发生接触。将烧杯置于55±2℃的恒温水浴箱中，放置3天。取出之后，将试样用自来水冲洗干净，晾干。根据试样的颜色变化(与新打磨试片比较)，按下列等级进行评价：
0级—光亮如初；
1级—均匀轻微变色；
2级—明显变色；
3级—严重变色或有明显腐蚀。
2）测试结果
分别取步骤1制备的防锈液100ml、300ml、500ml用去离子水稀释成1L溶液，标记为A#，B#和C#防锈处理液；
将步骤2准备的2A12铝合金、H62黄铜和45号钢试样浸泡在A#，B#和C#防锈处理液中5min后，取出在空气下自然晾干30min以上后，分别进行叠片试验和浸泡试验，所得结果如表2所示。
表2.2A12铝合金、H62黄铜和45号钢试样叠片试验和浸泡试验结果
实施例三
1．防锈液的配制
1）基础组分的制备：
将壳聚糖20g和聚乙二醇0.5g加入60ml去离子水中，配制成基础组分；
2）标准防锈液的制备：
I. 将10.5g植酸和15g三乙醇胺加入到200ml去离子水中，再分别将步骤1）所配制的基础组分加入到所得溶液中，并补充去离子水到1L；
II．利用1 mol/L 氢氧化钾去离子水溶液调整防锈液pH值至7.5后备用。
2．试样的前处理
试验过程中使用的材料包括：2A12铝合金、H62黄铜和45号钢，按以下步骤处理后备用。
对2A12铝合金的处理过程为：除油→水洗→除包铝→水洗→出光→水洗→干燥。其中各步的溶液成分和工艺规范如下所示：
除油： 氢氧化钠NaOH 25g/L；磷酸三钠Na3PO4·12H2O 10g/L；硅酸钠Na2SiO3 5g/L；温度 70℃；处理时间：2min。
除包铝：氢氧化钠NaOH 160g/L；三乙醇胺 45 ml/L； 硫化钠Na2S 55 g/L；温度90~100℃；时间2~3min；
出光：硝酸HNO3 3% vol；时间5~10s；
对H62黄铜的处理过程为：除油→180#水砂纸打磨→水洗→干燥。
其中除油过程的溶液成分和工艺规范如下所示：氢氧化钠NaOH 10g/L；碳酸钠Na2CO3 25g/L；磷酸三钠Na3PO4·12H2O 60g/L；硅酸钠Na2SiO312g/L；温度 55℃；处理时间5min。
对45号钢的处理过程为：除油→180#水砂纸打磨→水洗→干燥。其中除油过程的溶液成分和工艺规范如下所示：氢氧化钠NaOH 80 g/L；碳酸钠Na2CO3 30g/L；磷酸三钠Na3PO4·12H2O 60 g/L；硅酸钠Na2SiO3 12 g/L；温度 60 ℃；处理时间15min。
3. 防锈性能测试
1） 测试方法
叠片试验：叠片试验借鉴《SH／T0692 防锈油》中的方法，将浸过防锈液的试样晾干，每种材料取试样3片，叠放在一起，两边用不锈钢片夹住，上面加2kg重物，然后放入潮湿环境试验箱中，控制温度为40℃，湿度90%，时间为3天。3天之后取出，拆开组合体，检查接触面的状态，按照下面4 个等级给予评价。
a) 无变化。
b) 有容易去除的印迹或污物。
c) 有一些不能去除的印迹或污点。
d) 有大量的不能去除的印迹或污点。
浸泡试验：浸泡试验的方法借鉴《SH/T 0080-91防锈油脂腐蚀性试验法》，将45号钢，H62黄铜及2A12铝合金试样置于盛有防锈液的烧杯中，并确保试样之间不发生接触。将烧杯置于55±2℃的恒温水浴箱中，放置3天。取出之后，将试样用自来水冲洗干净，晾干。根据试样的颜色变化(与新打磨试片比较)，按下列等级进行评价：
0级—光亮如初；
1级—均匀轻微变色；
2级—明显变色；
3级—严重变色或有明显腐蚀。
2）测试结果
分别取步骤1制备的防锈液100ml、150ml、200ml用去离子水稀释成1L溶液，标记为A#，B#和C#防锈处理液；
将步骤2准备的2A12铝合金、H62黄铜和45号钢试样浸泡在A#，B#和C#防锈处理液中5min后，取出在空气下自然晾干30min以上后，分别进行叠片试验和浸泡试验，所得结果如表3所示。
表3.2A12铝合金、H62黄铜和45号钢试样叠片试验和浸泡试验结果

Claims (3)

1.一种环保型工序间防锈液，其特征在于，各组分浓度为：壳聚糖2-20 g/L，聚乙二醇0.01-0.5 g/L，植酸 1-15 g/L，三乙醇胺 1-20 g/L，防锈液的pH值为7.0-8.0。
2.根据权利要求1所述的环保型工序间防锈液，其特征在于按照10%-100%的比例稀释后，将零件在其中浸泡后晾干，用于工序间防锈处理。
3.一种如权利要求1所述的环保型工序间防锈液的制备方法，其特征包括以下步骤：
1）在水中加入壳聚糖和聚乙二醇配制成10-20倍浓度的基础组分；
2）在水中添加植酸和三乙醇胺，再将步骤1）所配制的的基础组分加入到所得溶液中，并补充水到所需容量；
3）利用1 mol/L 氢氧化钾溶液调节标准防锈液的pH值至7.0-8.0，配制成防锈液。
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