CN105506605A - 一种耐候钢锈层稳定化处理液 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种耐候钢锈层稳定化处理液，每升水中含有的原料组成：磷酸54-90克、磷酸二氢锌15-30克，硝酸盐3-8克，硫酸锰3-8克，钼酸盐3-6克，表面活性剂1-3克。本发明在耐候钢表面形成的膜层，属于化学转化膜，是非金属膜，导电性较低，能有效抑制电化学腐蚀，降低腐蚀速率。所形成的膜层是多孔性膜，并不完全阻止腐蚀的发生和进行，腐蚀介质可沿孔隙进入，与基体发生反应，但该膜层的存在有效控制了腐蚀发生的速度，有利于耐候钢表面稳定化锈层的形成，并防止锈液流挂。经处理的耐候钢在室外经约半年时间就可达到锈层稳定化，且无锈液流挂现象。步骤简单、操作方便、实用性强。

Description

一种耐候钢锈层稳定化处理液
技术领域
本发明属于钢铁防腐技术领域，特别涉及一种耐候钢锈层稳定化处理液。
背景技术
与碳钢相比，耐候钢在大气中能形成致密和粘附性良好的稳定锈层，阻碍腐蚀性介质的渗入，因而具有更好的耐腐蚀性能。然而，在自然环境中要完成锈层的稳定化一般需要数年时间，在形成稳定化锈层之前，腐蚀速率较高，常常出现锈液流挂与飞散的现象，并污染周围环境。欧美、日本等发达国家的耐候钢使用广泛，国内除铁路车辆的用量稍大，其它行业尚未进入规模化应用阶段。
为了推动耐候钢裸钢的使用，日本的技术工作者率先进行了耐候钢锈层的稳定化技术研究，较成熟的锈层稳定化处理技术有：(1)日本磷化处理公司开发的耐候涂层法；(2)日本川崎制铁公司的RS涂层；(3)日本NKK公司的CUPTEN涂层等。
目前国内在耐候钢表面锈层稳定化处理方面开展了一些工作，但尚未开发出成熟的广泛应用于耐候钢构件表面锈层稳定化处理的技术。专利一(申请号201210497491.6)公开了一种耐候钢表面预处理的方法，将重量百分比为0.6％NaCl、0.9％FeSO4、0.6％CuSO4和0.9％NaHSO3与水混合搅拌均匀得到耐候钢的表面处理剂，喷涂在耐候钢表面，溶液中的化学物质与钢基体发生反应，形成一层均匀、致密的保护性锈层。
专利二(申请号：201310399076.1)公开了一种耐候钢表面锈层稳定化涂料，其组成为：聚乙烯醇缩丁醛树脂、硫酸铬、阻锈剂、铁红、硫酸钡，余量溶剂为无水乙醇，采用刷涂方式，提高耐候钢的耐蚀性和改善锈液流挂现象。其涂料使用了有机树脂和乙醇等。
专利三(申请号201510405888.1)公开了一种耐候钢快速稳定化方法，采用喷丸+高温氧化处理的方法，在耐候钢表面形成锈层，促进稳定锈层的形成。该方法需要热处理设备及进行加热处理。
论文“耐候钢表面锈层稳定化处理用新型涂层研究”(刘丽宏，李明，李晓刚等，金属学报，2004年第40卷第11期)给出了一种由磷化膜、树脂及硅溶胶组成的复合型耐候钢表面锈层稳定化处理涂层，该涂层能够防止锈液流挂并促进保护性锈层生成。该技术先将耐候钢在Zn-Ca系磷化液中进行涂膜前处理，在此基础上涂覆B-Si有机无机复合膜，并在120℃左右固化成膜。这种处理技术工序繁琐且涂膜需高温固化，不符合使用耐候钢降低成本的初衷。
实用化的耐候钢表面处理方法可促进耐候钢在国内的推广应用。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足，提供一种工艺简单，适合现场使用的耐候钢锈层稳定化处理液，该处理液可采用浸泡或喷淋方式对耐候钢进行表面处理。
现有研究中，为解决耐候钢裸露使用时早期锈液流挂与飞散问题，促进稳定锈层尽快形成，普遍采用氧化铁-磷酸盐系或树脂溶剂处理耐候钢，但上述体系在环境腐蚀严重的地区，还需要涂刷面漆，成本和处理效果皆达不到预期的要求。
为此，本发明在现有磷酸盐处理体系的基础上，通过在磷酸和磷酸二氢盐的组合，实现了致密、稳定、更具保护性的耐候钢锈层的制备；另外，本发明中还添加相应的成膜促进剂和辅助助剂，进一步地提高耐候钢的稳定化处理效率。
为实现上述技术效果，本发明采用如下技术方案：
一种耐候钢锈层稳定化处理液，每升水中含有的原料组成如下：磷酸54-90克、磷酸二氢锌15-30克，硝酸盐3-8克，硫酸锰3-8克，钼酸盐3-6克，表面活性剂1-3克。以下含量均指每升水中含有的量。
本发明中，磷酸和磷酸二氢锌为主要的成膜物质，最终在耐候钢表面形成以磷酸盐和磷酸氢盐为主的薄膜，其中，磷酸的加入一为磷酸盐成膜提供必需的磷酸根离子，二为处理液提供必要的H+离子，抑制磷酸氢盐的分解，促进磷酸氢盐为主的薄膜的形成，同时使处理液具有合适的PH值。
更具体地，当磷酸的含量低于54克时，磷酸盐含量过低，膜层结构疏松，不利于磷酸氢盐为主薄膜的形成。当磷酸的含量高于90克，处理液PH过低，成膜粗大，成膜速率下降。本发明已确认了下述结果：当磷酸二氢锌含量为15-30克时，磷酸的含量在54克以上且90克以下的范围时，制备的薄膜的耐腐蚀性较优、成膜速度较快。
硝酸盐的去极化作用强烈，是成膜反应的促进剂，其作用机理是：(1)使反应过程中产生的氢原子氧化成水，(2)使反应过程中生成的Fe2+氧化成Fe3+。从而促进反应的进行及使处理液中保持较稳定的铁离子含量；
当硝酸盐的含量低于3克时，Fe2+向Fe3+的转化能力较弱，锈层中游离Fe2+比例较高，无法形成致密均匀的锈层，抗大气腐蚀性能较差。硝酸盐的含量高于8克时，Fe3+浓度过高造成浑浊，并使形成的膜层粗糙色泽不均，硝酸盐加入量在3-8克之间时，锈层的致密性和均匀性随硝酸盐加入量的增加变化不大。因此，本申请中将硝酸盐的加入量限定在8克以下，因此不会产生上述问题。
硫酸锰具有提高膜层结合力、提高膜层耐蚀性的作用，能减轻成膜过程中耐候钢表面的析氢速度，避免磷化物薄膜的开裂，保证在耐候钢表面获得致密、均匀的磷化物薄膜。但要获得兼具高粘接强度和耐蚀力的磷化物薄膜，硫酸锰的添加量需要严格控制。如果硫酸锰添加量大于8克时，虽然耐候钢表面形成的磷酸盐薄膜的粘接性能较高，但耐蚀性很差；如果硫酸锰添加量低于3克时，成膜速度很快，但由于成膜过程中氢气不断在耐候钢的表面析出，造成磷酸盐薄膜的致密性下降，使得耐候钢表面的耐蚀性能和粘接性能均有所下降。
钼酸盐为氧化剂，形成含钼的膜层，具有钝化作用，能提高膜的耐蚀性，特别是在含氯离子溶液中的耐蚀性。同时，钼酸盐还能促进磷酸二氢盐不断分解，使处理液中磷酸盐和磷酸氢盐的比例处于动态平衡之中，增加磷化膜和磷酸氢化膜的成膜速度。优选的可以是钼酸钠、钼酸钾等
优选的，由如下的原料组成，每升水中含有：磷酸54-72克、磷酸二氢锌15-24克，硝酸盐3-5克，硫酸锰3-5克，钼酸盐3-4克，表面活性剂1-2克。
优选的，由如下的原料组成，每升水中含有：磷酸72-90克、磷酸二氢锌24-30克，硝酸盐5-8克，硫酸锰5-8克，钼酸盐4-6克，表面活性剂2-3克。
优选的，所述硝酸盐为硝酸钾、硝酸钠或二者的混合物。
优选的，所述钼酸盐为钼酸钠、钼酸钾或二者的混合物。钼酸盐既具有去极化作用，促进磷化物薄膜的形成，具有钝化和净化、稳定和细化薄膜，提高薄膜耐蚀性的作用，起缓蚀剂的作用。
优选的，所述表面活性剂为OP-10(市售产品)。
OP-10是成膜反应中的表面活性剂，其作用是提高浸润性，使成膜均匀。
处理液配制完成并稳定后，呈深蓝色。可采用喷淋或浸泡方式，处理时间为20-40min，处理后单位面积的膜层重量为3-5g/m2。
作用原理及有益效果
(1)本发明在耐候钢表面形成的膜层，属于化学转化膜，是非金属膜，导电性较低，能有效抑制电化学腐蚀，降低腐蚀速率。
(2)所形成的膜层是多孔性膜，并不完全阻止腐蚀的发生和进行，腐蚀介质可沿孔隙进入，与基体发生反应，但该膜层的存在有效控制了腐蚀发生的速度，有利于耐候钢表面稳定化锈层的形成，并防止锈液流挂。经处理的耐候钢在室外经约半年时间就可达到锈层稳定化，且无锈液流挂现象。
附图说明
图1是耐候钢在循环盐雾试验300个试验周期后的外观(使用10-3M的亚硫酸氢钠溶液进行的盐雾-干燥循环试验)，从左到右分别是：采用本发明的方法处理的耐候钢、表面喷丸处理的耐候钢和带有原始氧化膜(未处理)的耐候钢，耐候钢的牌号为Q355GNH。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明作进一步说明。处理液的成分配比见表1(每升水中含有的量，单位：克).
表1
磷酸 磷酸二氢锌 硝酸钾 硫酸锰 钼酸钠 OP-10
实施例1 72 30 4 4 4 1.5
实施例2 54 20 4 4 4 2
实施例3 72 20 5 7 5 2
实施例1
按常规方法对耐候钢Q355GNH进行脱脂、酸洗除锈后(脱脂和酸洗方法可查相关资料)，放入处理液中，在常温下(25℃左右)浸泡20min，取出后用水冲洗，自然凉干，形成的膜层呈浅灰色。
实施例2
按常规方法对耐候钢Q355GNH进行脱脂、酸洗除锈后(脱脂和酸洗方法可查相关资料)，常温下喷洒上述处理液，每两次喷洒时间间隔约3min，保持工件表面湿润，总处理时间30min。然后用水冲洗，自然凉干，形成的膜层呈浅灰色。
实施例3
按常规方法对耐候钢Q355GNH进行脱脂，采用0.5MPa的压力和40目的石英玻璃丸进行喷丸除锈，然后在上述处理液中常温下进行浸泡处理20min，取出后用水冲洗，自然凉干，形成的膜层呈暗灰色。
实例的补充说明：使用上述处理液之前使用脱脂、酸洗或喷丸方法除锈，可查阅相关资料获取。对比以上实例，实例3使用喷丸作为除锈方法，与酸洗法相比，最终获得的膜层更均匀致密。因此建议使用喷丸除锈，然后进行浸泡或喷洒处理液，能取得较好的效果。
实施例4
一种耐候钢锈层稳定化处理液，每升水中含有的原料组成：磷酸54克(质量浓度80％)、磷酸二氢锌15克，硝酸钾3克，硫酸锰3克，钼酸钠3克，OP-101克。
使用方法同实施例1。
实施例5
一种耐候钢锈层稳定化处理液，每升水中含有的原料组成：磷酸72克、磷酸二氢锌24克，硝酸钾5克，硫酸锰5克，钼酸钠4克，OP-102克。
使用方法同实施例1。
实施例6
一种耐候钢锈层稳定化处理液，每升水中含有的原料组成：磷酸90克、磷酸二氢锌30克，硝酸钾8克，硫酸锰8克，钼酸钠6克，OP-103克。
使用方法同实施例1。
实施例4-6处理的耐候钢在室外经约半年时间就可达到锈层稳定化，且无锈液流挂现象。
图1是耐候钢在循环盐雾试验300个试验周期后的外观(使用10-3M的亚硫酸氢钠溶液进行的盐雾-干燥循环试验)，从左到右分别是：采用本发明的方法处理的耐候钢、表面喷丸处理的耐候钢和带有原始氧化膜(未处理)的耐候钢，耐候钢的牌号为Q355GNH。本方法处理的耐候钢，外观均匀致密，无锈液流挂、无腐蚀层剥落现象；喷丸耐候钢腐蚀层粗糙、疏松，发生锈液流挂，污染试验架；未处理的原始耐候钢表面腐蚀层疏松，发生锈液流挂及腐蚀层剥落现象。本方法提高耐候钢的耐蚀性及稳定锈层的效果明显。试样侧边颜色不均匀部位是试验时在试验架上的固定部位。
最后应该说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (7)

1.一种耐候钢锈层稳定化处理液，其特征在于，每升水中含有的原料组成如下：磷酸54-90克、磷酸二氢锌15-30克，硝酸盐3-8克，硫酸锰3-8克，钼酸盐3-6克，表面活性剂1-3克。
2.如权利要求1所述的处理液，其特征在于，每升水中含有的原料组成如下：磷酸54-72克、磷酸二氢锌15-24克，硝酸盐3-5克，硫酸锰3-5克，钼酸盐3-4克，表面活性剂1-2克。
3.如权利要求1所述的处理液，其特征在于，每升水中含有的原料组成如下：磷酸72-90克、磷酸二氢锌24-30克，硝酸盐5-8克，硫酸锰5-8克，钼酸盐4-6克，表面活性剂2-3克。
4.如权利要求1所述的处理液，其特征在于，所述硝酸盐为硝酸钾、硝酸钠或二者的混合物。
5.如权利要求1所述的处理液，其特征在于，所述钼酸盐为钼酸钠、钼酸钾或二者的混合物。
6.如权利要求1所述的处理液，其特征在于，所述表面活性剂为OP-10。
7.权利要求1-7任一项所述的处理液在耐候钢锈层稳定化处理中的应用，其特征在于，将上述的处理液采用喷淋或浸泡方式覆盖在耐候钢表面，处理时间为20-40min。
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