CN105063587B - 一种提高钢结构寿命的表面处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种钢结构表面处理领域，特别是适应于钢结构防锈、抗氧化和防火的要求的复合磷酸亚铁锂‑硫酸钙‑磷酸钙盐膜用于提高钢结构的寿命。根据发明给出化学成分比例，配置一种适应于提高钢结构寿命的复合磷酸亚铁锂‑硫酸钙‑磷酸钙盐溶液：首先通过氧化铁Fe2O3，氢氧化锂LiOH·H2O，氢氧化锂LiOH·H2O，磷酸二氢铵（NH4)2HPO4，碳源C合成磷酸亚铁锂，其次将包括氧化钙CaO超细粉末，硫酸钙CaSO4超细粉末，磷酸二氢钙Ca(H2PO4)2超细粉末，磷酸H3PO4，磷酸亚铁锂超细粉末LiFePO4，硫酸H2SO4和蒸馏水H2O，按其质量配比为：（5‑10）：（15‑30）：（40‑60）：（10‑30）：（5‑10）：（5‑10）：（808‑912）。将待处理的钢结构零部件放入55°‑60°C的磷化溶液，钢结构零部件可获得一种深灰色的磷化膜。
Description
技术领域
本发明涉及一种钢结构表面处理领域，特别是适应于钢结构防锈、抗氧化和防火的要求，需要通过复合硫酸-磷酸盐溶液对钢结构进行表面处理，获得一层能抗氧化、耐高温的复合磷酸亚铁锂-硫酸钙-磷酸钙盐膜用于提高钢结构的寿命。
背景技术
目前，通过磷化液对金属表面进行处理的应用非常广泛，其中对金属表面进行磷化用于钢结构行业的需求量很大。二十世纪初期由于焊接技术的快速发展和木材的短缺，钢结构得到了广泛的应用，著名的巴黎埃菲尔铁塔、北京鸟巢奥林匹克体育馆是近100年来的代表性钢结构作品。其实钢结构应用于方方面面，如输电线铁塔、通讯塔和钢结构建筑。在钢结构表面形成硫酸-磷酸盐薄膜的工艺作为提高钢结构寿命的关键技术得到了很好的应用。
对于适应于钢结构防锈、抗氧化和防火的要求的表面处理液，要求通过表面处理液反应，在工件表面形成复合磷酸亚铁锂-硫酸钙-磷酸钙盐薄膜，薄膜厚度一般为10-15μm，摩擦系数为0.05左右。所形成的复合磷酸亚铁锂-硫酸钙-磷酸钙盐薄膜，由细小片状结晶组织组成。要求这种膜层能抗氧化性、耐高温、表面呈多孔状，对油漆具有很强的吸附作用，能够防锈并有抗火灾能力，复合磷酸亚铁锂-硫酸钙-磷酸钙盐薄膜能保持到钢结构的寿命结束。因此，膜层的作用是钢结构金属表面与空气或其它介质之间的隔离垫层，减少了氧化、酸化和侵蚀，提高了钢结构寿命。但是由于通过传统的磷化液制备的磷化层通常在工作温度高于200°C时磷化层通常开始分解。对于具有抗氧化、耐高温作用的钢结构，膜层不产生分解的温度要高于钢结构金属再结晶温度，如钢的再结晶温度一般在600°C左右，这时磷化层遭到破坏，如果发生局部火灾将对整个钢结构的寿命产生灾难性后果，同时钢结构在高温过程中不能得到有效保护，极大降低了钢结构的寿命。
因此，基于上述目的，本发明提供的一种适应于钢结构防锈、抗氧化和防火的要求，需要通过复合硫酸-磷酸盐溶液对钢结构进行表面处理，获得一层能抗氧化、耐高温的复合磷酸亚铁锂-硫酸钙-磷酸钙盐膜用于提高钢结构的寿命，采用该方法形成的复合磷酸亚铁锂-硫酸钙-磷酸钙盐膜能够防锈、抗氧化和耐高温，在长期的自然界风化过程中复合磷酸亚铁锂-硫酸钙-磷酸钙盐膜附着钢结构能力强，能够大大提高钢结构寿命，具有十分重要的工业应用价值。
发明内容
本发明专利的目的是：针对钢结构磷化层分解的技术不足，提供表面复合磷酸亚铁锂-硫酸钙-磷酸钙盐膜附着能力强、防锈、抗氧化和耐高温，生产成本低廉、无污染排放、可在常规钢结构厂组织生产的一种提高钢结构寿命的表面表面处理方法，较传统的磷酸锌盐薄膜能够耐高温、稳定性好的特点。
本发明专利的技术方案是：本发明是一种提高钢结构寿命的的复合磷酸亚铁锂-硫酸钙-磷酸钙盐表面处理方法，如下：
本发明所适应于提高钢结构寿命的复合磷酸亚铁锂-硫酸钙-磷酸钙盐溶液，首先通过氧化铁Fe2O3，氢氧化锂LiOH·H2O，氢氧化锂LiOH·H2O，磷酸二氢铵（NH4)2HPO4，碳源C合成磷酸亚铁锂，其质量配比为：（159.68）：（65.88）：（115.03）：（254.11）：（12），发生反应如下：
LiOH·H2O=（加热50-150℃）LiOH+H2O
(NH4)2HPO4=（加热50-210℃）2(NH)3+H3PO4
LiOH+H3PO4=（加热50-210℃）LiH2PO4+H2O
2LiH2PO4+Fe2O3+C= （加热480-900℃）2LiFePO4+2H2O+CO
包括氧化钙CaO超细粉末，硫酸钙CaSO4超细粉末，磷酸二氢钙Ca(H2PO4)2超细粉末，磷酸H3PO4，磷酸亚铁锂超细粉末LiFePO4，硫酸H2SO4和蒸馏水H2O，按其质量配比为：（5-10）：（15-30）：（40-60）：（10-30）：（5-10）：（5-10）：（808-912）。
CaO+2H2O=Ca(OH) 2
Ca(OH)2+ H2SO4= CaSO4+2H2O
LiFePO4+ Ca(OH)2+ 2H3PO4= C a(H2PO4)2+ LiFePO4+2H2O
本发明产生的复合磷酸亚铁锂-硫酸钙-磷酸钙盐是LiFePO4、CaSO4和Ca(H2PO4)2的一层盐薄膜，能适应于提高钢结构寿命。
本发明所述的用于提高钢结构寿命的复合磷酸亚铁锂-硫酸钙-磷酸钙盐表面处理的方法：
第一步：将下料后的钢结构零部件通过喷丸机将毛坯进行喷丸处理15Min，去掉毛坯表面细小的毛刺，强化表面质量；
第二步：进行酸洗，采用2%的硫酸溶液进行酸洗；
第三步：将待处理的毛坯件放入55°-60°C的复合磷酸亚铁锂-硫酸钙-磷酸钙盐溶液中处理5- 10Min；
第四步：进行加热除氢工艺，减少氢脆的危害。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
（1）适用于钢结构表面处理：获得的磷化层成分为复合磷酸亚铁锂-硫酸钙-磷酸钙盐，一般在1500°C以上才分解，能够耐高温不分解，满足了钢结构、防锈、抗氧化和耐高温的要求。
（2）成本低廉：采用的原材料均为基本化工产品，价格低廉，满足大规模工业应用使用要求。
（3）操作简便：本发明在不进行大的改动条件下，可以使用传统的磷化工艺装备，操作简便可靠。
（4）磷化时间短、效果好：钢结构采用复合磷酸亚铁锂-硫酸钙-磷酸钙盐覆膜后，钢结构具有抗氧化性、耐高温、表面呈多孔状，对油漆具有很强的吸附作用，磷化时间短、效果好。
具体实施方式
下面给出本发明的最佳实施例：
将下料后的钢结构零部件通过喷丸机将毛坯进行喷丸处理15Min，去掉毛坯表面细小的毛刺，强化表面质量；进行酸洗，采用2%的硫酸溶液进行酸洗；根据发明给出化学成分比例，配置一种适应于钢结构温挤压的复合磷酸亚铁锂-硫酸钙-磷酸钙盐表面处理液：首先通过氧化铁Fe2O3，氢氧化锂LiOH·H2O，氢氧化锂LiOH·H2O，磷酸二氢铵（NH4)2HPO4，碳源C合成磷酸亚铁锂，其次将包括氧化钙CaO超细粉末，硫酸钙CaSO4超细粉末，磷酸二氢钙Ca(H2PO4)2超细粉末，磷酸H3PO4，磷酸亚铁锂超细粉末LiFePO4，硫酸H2SO4和蒸馏水H2O，其质量配比为：（5-10）：（15-30）：（40-60）：（10-30）：（5-10）：（5-10）：（808-912）。在本实施例中，其质量配比可以选择以下任意一种：5：15：40：10：5：5：808；10:：30：60：30：10：10：912；8：24：45：15：8：8：830；9：28：50:20：9：9：880。将待处理的钢结构零件放入55°-60°C的复合磷酸亚铁锂-硫酸钙-磷酸钙盐溶液中处理5- 10Min；进行加热除氢工艺，减少氢脆的危害。
Claims (2)
1.一种提高钢结构寿命的表面处理方法，其特征是利用氧化钙CaO超细粉末，硫酸钙CaSO4超细粉末，磷酸二氢钙Ca(H2PO4)2超细粉末，磷酸H3PO4，磷酸亚铁锂超细粉末LiFePO4，硫酸H2SO4和蒸馏水H2O按比例进行配比，通过反应生成复合磷酸亚铁锂-硫酸钙-磷酸钙盐溶液，钢结构零部件再经过喷丸、酸洗、上述溶液磷化，即获得一层能抗氧化、耐高温的复合磷酸亚铁锂-硫酸钙-磷酸钙盐膜。
2.根据权利要求1所述的一种提高钢结构寿命的表面表面处理方法，其特征是：在工件表面形成复合磷酸亚铁锂-硫酸钙-磷酸钙盐薄膜，薄膜厚度为10-15μm，摩擦系数为0.05。
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