CN107418345A - 轨道交通扣配件合金预处理与石墨烯材料复合防腐工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种轨道交通扣配件合金预处理与石墨烯材料复合防腐工艺，本复合防腐工艺包括：步骤S1，对待防腐物的表面进行合金预处理，以在其表面形成复合层；以及步骤S2，在所述待防腐物的复合层的表面再涂覆石墨烯防腐材料形成复合涂层。本发明的复合防腐工艺包括步骤S1获得复合层（合金共渗层），该合金共渗层能与金属基体牢固的结合以解决电化学腐蚀问题，同时不影响金属的硬度解决了施工过程中的磕碰问题。合金共渗层与石墨烯防腐涂料能够很好的结合，提高产品的综合防腐能力。两者结合，可以同时解决产品的防腐和防磕碰问题。
Description
技术领域
本发明属于金属表面防腐处理技术领域，具体涉及一种轨道交通扣配件合金预处理与石墨烯材料复合防腐工艺。
背景技术
随着我国社会的快速发展，高速铁路已进入新的、快速发展时期，高速铁路的建设，不仅仅是速度的增加，而且还是技术上全方位的提高。在使用过程中，铁路轨道体系往往伴随着机械震动、冲击、磨损以及野外恶劣气候环境对钢铁造成的腐蚀。防腐蚀问题解决的好坏以及防腐蚀措施的选择直接影响着列车的运行安全。
传统应用在铁路上的合金预处理或防腐涂料，目前正面临着新的挑战，像富锌涂层、热浸镀锌等涂层技术在恶劣环境中极易损坏或者脱落，从而对钢基体失去保护作用。防腐蚀问题解决的好坏直接影响了高速铁路上高速列车的运行安全。
因此，基于上述问题，如何解决铁路防腐问题，将是本领域技术人员努力的一个重要方向。
发明内容
本发明的目的是提供一种针对金属表面的复合防腐工艺。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种复合防腐工艺,包括如下步骤：
步骤S1，对待防腐物的表面进行合金预处理，以在其表面形成复合层；以及
步骤S2，在所述待防腐物的复合层的表面再涂覆石墨烯防腐材料形成复合涂层。
进一步，所述石墨烯防腐材料包括下列质量份数的组分：
石墨烯 0.1～10份，
复合树脂 30～60份，
溶剂 10～30份，
助剂 0.1～3份，
颜料 3～10份，
防锈除锈剂 1～5份。
进一步，所述石墨烯是由石墨通过氧化剥离法制得，再经过高温还原得到的单层结构，所述氧化方式选自Hummers法、Staudenmaier法或Brodie法中的一种；
所述复合树脂由SBS改性丙烯酸树脂，Compoceran有机无机杂化树脂通过溶液共混法合成；
所述溶剂包括下列质量份数的组分：
酯类 1～10份，
酮类 2～12份，
醇类 5～10份，
烃类 1.5～10份，
醇醚类 5～14份；
所述助剂包括下列质量百分比的组分：除水剂0.1～0.6%，螯合剂0.1～0.6%，聚羧酸酯类分散剂0.1～0.6%，有机硅消泡剂0.1～0.6%，改性脲防沉剂0.1～0.6%；其余组分为羧甲基硫醚化合物；其中，除水剂为恶唑烷和氯化钙中的一种或两种；螯合剂为聚磷酸钙、氨基三乙酸、柠檬酸单铵、羟乙基乙二胺三乙酸、水解聚马来酸酐中的一种或多种；聚羧酸酯类分散剂为BYK163、BYK2050、BYK9076中的一种或多种；有机硅消泡剂为BYK080、BYK085、BYK088中的一种或多种；改性脲防沉剂为BYK405、BYK430、BYK431中的一种或多种；
所述防锈除锈剂选自丹宁酸型和磷酸型中的一种；
所述颜料为铬酸锌、磷酸锌、偏硼酸钡、锌铝合金粉、二氧化硅、硫酸钡中的一种或多种通过偶联剂物理结合而成。
进一步，所述步骤S2中石墨烯防腐材料的制备方法是：先将助剂和溶剂的混合物投入到反应釜内进行搅拌，然后加入颜料混合，构成混合溶液；再将复合树脂和石墨烯加入到上述混合溶液中，然后加入防锈除锈剂，控制反应釜的温度为25～60℃之间，低速搅拌后，制得石墨烯防腐材料。
进一步，所述步骤S2中涂覆石墨烯防腐材料的方法是采用空气喷涂、刷涂或辊涂的方式将石墨烯防腐材料涂覆到待防腐物的复合层表面，自然晾干或烘干。
进一步，所述待防腐物是金属制品。
进一步，所述步骤S1中对待防腐物的表面进行合金预处理，以在其表面形成复合层的方法包括：在对待防腐物的表面依次进行除油除锈处理、合金共渗处理、表面清洁处理。
进一步，所述除油除锈处理为喷砂除锈和使用氢氧化钠或碳酸钠溶液除油污；所述合金共渗处理为将待防腐物放入活性金属粉末中，在300~500℃下，活性金属原子由表及里扩散，与此同时，所述待防腐物内的金属原子由内向外扩散，形成复合层，复合层的厚度为20~100 um；所述表面清洁处理为用水进行冲洗。
进一步，所述金属制品是轨道交通扣配件。
又一方面，本发明还提供了一种采用上述复合防腐工艺处理后的轨道交通扣配件，对其进行复合防腐处理后，提高了金属的耐腐蚀性能，延长了金属的使用寿命。
所述轨道交通扣配件其表面的复合涂层适于通过所述的复合防腐工艺制成。
本发明的有益效果是，本发明的复合防腐工艺包括步骤S1获得复合层（合金共渗层），该合金共渗层能与金属基体牢固的结合以解决电化学腐蚀问题，同时不影响金属的硬度解决了施工过程中的磕碰问题。合金共渗层与石墨烯防腐涂料能够很好的结合，提高产品的综合防腐能力。两者结合，可以同时解决产品的防腐和防磕碰问题。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的复合防腐工艺的步骤流程图；
图2是通过本发明的复合防腐工艺进行防腐处理后的轨道交通扣配件的表面示意图。
图中，金属基体1、合金共渗层2、石墨烯防腐层3。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
如图1所示，本发明提供了一种复合防腐工艺，包括如下步骤：
步骤S1，对待防腐物的表面进行合金预处理，以在其表面形成复合层；以及
步骤S2，在复合层的表面再涂覆石墨烯防腐材料形成复合涂层。
具体的，所述步骤S1中对待防腐物的表面进行合金预处理，以在其表面形成复合层的方法包括：
步骤S11，除油除锈处理；
步骤S12，合金共渗处理；以及
步骤S13，表面清洁处理。
所述待防腐物为金属表面，例如但不限于轨道交通扣配件、护栏等，对其提供金属表面合金预处理及石墨烯材料复合防腐。
优选的，所述除油除锈处理为喷砂除锈和使用氢氧化钠或碳酸钠溶液除油污；
所述合金共渗处理为将待防腐物放入活性金属粉末中，在300~500℃下，活性金属原子由表及里扩散，与此同时，所述待防腐物内的金属原子由内向外扩散，形成复合层，即合金共渗层2，复合层的厚度为20~100 um；
所述表面清洁处理为用水进行冲洗。
所述活性金属粉末可以包括锌粉，铝粉，镁粉一种或几种。
所述石墨烯材料的防腐处理包括两个处理工序：石墨烯防腐材料的制备和石墨烯防腐材料的应用。
进一步，所述步骤S2中在复合层表面涂覆石墨烯防腐材料形成复合涂层的方法包括：
步骤S21，石墨烯防腐材料的制备；以及
步骤S22，涂覆石墨烯防腐材料。
所述步骤S21中石墨烯防腐材料的制备方法包括：
石墨烯防腐材料的制备工序如下：
步骤S211，将助剂及溶剂的混合物投入到反应釜内进行搅拌，搅拌切线速度控制在15～25 m/s之间，搅拌15～60 min后加入颜料。
步骤S212，将复合树脂和石墨烯加入到步骤S211的混合溶液中，加入除锈防锈剂，控制反应釜的温度为25～60℃之间，以5～15 m/s的切线速度低速搅拌10～30 min，制得石墨烯防腐材料；
所述步骤S22中涂覆石墨烯防腐材料，即
采用空气喷涂、刷涂或辊涂的方式将石墨烯材料涂覆到经过合金预处理后的轨道交通扣配件上，自然晾干或烘干。
所述石墨烯防腐材料包括下列质量份数的组分：
石墨烯 0.1～10份；
复合树脂 30～60份；
溶剂 10～30份；
助剂 0.1～3份；
颜料 3～10份；
防锈除锈剂 1～5份。
所述石墨烯是由石墨通过氧化剥离制得，再经过高温还原的单层结构，所述氧化方式选自Hummers法、Staudenmaier法或Brodie法中的一种。
所述复合树脂由SBS改性丙烯酸树脂，Compoceran有机无机杂化树脂通过溶液共混法合成。
所述石墨烯防腐材料中的溶剂包括下列质量份数的组分：
酯类 1～10份；
酮类 2～12份；
醇类 5～10份；
烃类 1.5～10份；
醇醚类 5～14份。
或者溶剂使用常规的有机溶剂。
所述助剂包括：羧甲基硫醚化合物、除水剂、螯合剂、聚羧酸酯类分散剂、有机硅消泡剂和改性脲防沉剂；其中
除水剂为恶唑烷、氯化钙中的一种或两种，其质量份数为0.1～0.6份；
螯合剂为聚磷酸钙、氨基三乙酸、柠檬酸单铵、羟乙基乙二胺三乙酸、水解聚马来酸酐中的一种或多种，其质量份数为0.1～0.6份；
聚羧酸酯类分散剂为BYK163、BYK2050、BYK9076中的一种或多种，其质量份数为0.1～0.6份；
有机硅消泡剂为BYK080、BYK085、BYK088中的一种或多种，其质量份数为0.1～0.6份；
改性脲防沉剂为BYK405、BYK430、BYK431中的一种或多种，其质量份数为0.1～0.6份；
其余为羧甲基硫醚化合物。
所述防锈除锈剂选自丹宁酸型或磷酸型中的一种。
所述颜料为铬酸锌、磷酸锌、偏硼酸钡、锌铝合金粉、二氧化硅、硫酸钡中的一种或多种，且通过偶联剂物理结合而成。
以下通过三个具体的实施案例对复合防腐工艺加以说明：
实施例1
首先，合金预处理，即
将轨道交通扣配件放入60g/L的NaOH溶液中，浸泡10 min，除去表面油污。取出轨道交通扣配件，用冷水冲洗，自然晾干。再将轨道交通扣配件放入锌粉中，在300~500℃下，活性金属原子由表及里扩散，与此同时，所述轨道交通扣配件内的铁原子由内向外扩散，形成复合层，复合层的厚度为20~100 um；最后用水进行冲洗，并自然晾干。
然后，石墨烯防腐材料的防腐处理，即
将助剂及溶剂的混合物投入到反应釜内进行搅拌，搅拌切线速度控制在15 m/s，搅拌15 min后加入颜料，再依次加入复合树脂，石墨烯和除锈防锈剂，控制反应釜的温度为25℃，以5m/s的切线速度低速搅拌10 min，制得石墨烯防腐材料。
本实施例中石墨烯防腐材料中各组分的质量百分数为复合树脂55%，溶剂30%，助剂3%，颜料10%，防锈除锈剂2%。助剂包括下列质量百分比的组分：除水剂0.3%，螯合剂0.3%，聚羧酸酯类分散剂0.3%，有机硅消泡剂0.3%，改性脲防沉剂0.3%；其余组分为羧甲基硫醚化合物。其中，除水剂为恶唑烷，螯合剂为聚磷酸钙，聚羧酸酯类分散剂为BYK163，有机硅消泡剂为BYK080，改性脲防沉剂为BYK405。
防锈除锈剂为丹宁酸型。颜料为铬酸锌、二氧化硅和硫酸钡通过偶联剂物理结合而成。
采用空气喷涂方式将石墨烯防腐材料涂覆到经过合金预处理后的轨道交通扣配件上，自然晾干；也可以采用浸泡的方式将合金预处理后的轨道交通扣配件进入石墨烯防腐材料中，然后再烘干。
实施案例2
首先，合金预处理，即
将轨道交通扣配件放入60g/L的NaOH溶液中，浸泡10 min，除去表面油污。取出轨道交通扣配件，用冷水冲洗，自然晾干。再将轨道交通扣配件放入铝粉中，在300~500℃下，活性金属原子由表及里扩散，与此同时，所述轨道交通扣配件内的铁原子由内向外扩散，形成复合层，复合层的厚度为20~100 um；最后用水进行冲洗，并自然晾干。
然后，石墨烯材料的防腐处理，即
将助剂及溶剂的混合物投入到反应釜内进行搅拌，搅拌切线速度控制在25 m/s，搅拌60 min后加入颜料，再依次加入复合树脂，石墨烯和除锈防锈剂，控制反应釜的温度为60℃，以15 m/s的切线速度低速搅拌30 min，制得石墨烯防腐材料。
本实施例中石墨烯防腐材料中各组分的质量百分数为复合树脂60%，溶剂30%，助剂2%，颜料3%，防锈除锈剂5%。助剂包括下列质量百分比的组分：除水剂0.5%，螯合剂0.5%，聚羧酸酯类分散剂0.5%，有机硅消泡剂0.5%，改性脲防沉剂0.5%；其余组分为羧甲基硫醚化合物。其中，除水剂为氯化钙，螯合剂为氨基三乙酸，聚羧酸酯类分散剂为BYK2050，有机硅消泡剂为BYK085，改性脲防沉剂为BYK430。
防锈除锈剂为磷酸型。颜料为磷酸锌、二氧化硅和硫酸钡通过偶联剂物理结合而成。
采用刷涂方式将石墨烯防腐材料涂覆到经过合金预处理后的轨道交通扣配件上，烘干；也可以采用浸泡的方式将合金预处理后的轨道交通扣配件进入石墨烯防腐材料中，然后再烘干。
实施案例3
首先，合金预处理，即
将轨道交通扣配件放入60g/L的NaOH溶液中，浸泡10 min，除去表面油污。取出轨道交通扣配件，用冷水冲洗，自然晾干。再将轨道交通扣配件放入镁粉中，在300~500℃下，活性金属原子由表及里扩散，与此同时，所述轨道交通扣配件内的铁原子由内向外扩散，形成复合层，复合层的厚度为20~100 um；最后用水进行冲洗，并自然晾干。
然后，石墨烯防腐材料的防腐处理，即将助剂及溶剂的混合物投入到反应釜内进行搅拌，搅拌切线速度控制在20 m/s，搅拌45 min后加入颜料，再依次加入复合树脂，石墨烯和除锈防锈剂，控制反应釜的温度为40℃，以10 m/s的切线速度低速搅拌20 min，制得防腐。
本实施例中石墨烯防腐材料中各组分的质量百分数为复合树脂52%，溶剂30%，助剂3%，颜料10%，防锈除锈剂5%。助剂包括下列质量百分比的组分：除水剂0.4%，螯合剂0.2%，聚羧酸酯类分散剂0.3%，有机硅消泡剂0.2%，改性脲防沉剂0.5%；其余组分为羧甲基硫醚化合物。其中，除水剂为恶唑烷，螯合剂为柠檬酸单铵，聚羧酸酯类分散剂为BYK9076，有机硅消泡剂为BYK088，改性脲防沉剂为BYK431。
防锈除锈剂为丹宁酸型。颜料为锌铝合金粉、二氧化硅和硫酸钡通过偶联剂物理结合而成。
采用辊涂方式将石墨烯防腐材料涂覆到经过合金预处理后的轨道交通扣配件上，烘干。
通过本复合防腐工艺处理后得到的轨道交通扣配件的表面结构如图2所示，包括金属基体1、合金共渗层2、石墨烯防腐层3。
上述实施例中，试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。试剂浓度为化学纯。
将金属表面合金预处理和石墨烯涂料复合，形成一种全新工艺。该工艺能在金属表面生成一层均匀、细密的复合层（即合金共渗层），然后充分利用合金共渗层与金属基体的牢固结合以解决电化学腐蚀问题，同时不影响金属的硬度解决了施工过程中的磕碰问题。合金共渗层与石墨烯防腐涂料能够很好的结合，提高产品的综合防腐能力。两者结合，可以同时解决产品的防腐和防磕碰问题。
本发明将合金预处理和石墨烯防腐材料有效的结合，大大提高了金属的耐腐蚀性能，延长了金属的使用寿命，工序简便，操作易行。当经过合金预处理后金属制品的复合层厚度达到20~100 um时，再与石墨烯防腐材料相结合，只需要10～20微米的防腐材料就会产生极佳的综合防腐效果，所制得的金属制品中性盐雾试验可达120～300小时。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (10)
1.一种复合防腐工艺，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1，对待防腐物的表面进行合金预处理，以在其表面形成复合层；以及
步骤S2，在所述待防腐物的复合层的表面再涂覆石墨烯防腐材料形成复合涂层。
2.根据权利要求1所述的复合防腐工艺，其特征在于，所述石墨烯防腐材料包括下列质量份数的组分：
石墨烯 0.1～10份，
复合树脂 30～60份，
溶剂 10～30份，
助剂 0.1～3份，
颜料 3～10份，
防锈除锈剂 1～5份。
3.根据权利要求2所述的复合防腐工艺，其特征在于，
所述石墨烯是由石墨通过氧化剥离法制得，再经过高温还原得到的单层结构，所述氧化方式选自Hummers法、Staudenmaier法或Brodie法中的一种；
所述复合树脂由SBS改性丙烯酸树脂，Compoceran有机无机杂化树脂通过溶液共混法合成；
所述溶剂包括下列质量份数的组分：
酯类 1～10份，
酮类 2～12份，
醇类 5～10份，
烃类 1.5～10份，
醇醚类 5～14份；
所述助剂包括下列质量百分比的组分：除水剂0.1～0.6%，螯合剂0.1～0.6%，聚羧酸酯类分散剂0.1～0.6%，有机硅消泡剂0.1～0.6%，改性脲防沉剂0.1～0.6%，其余组分为羧甲基硫醚化合物；其中，除水剂为恶唑烷和氯化钙中的一种或两种；螯合剂为聚磷酸钙、氨基三乙酸、柠檬酸单铵、羟乙基乙二胺三乙酸、水解聚马来酸酐中的一种或多种；聚羧酸酯类分散剂为BYK163、BYK2050、BYK9076中的一种或多种；有机硅消泡剂为BYK080、BYK085、BYK088中的一种或多种；改性脲防沉剂为BYK405、BYK430、BYK431中的一种或多种；
所述防锈除锈剂选自丹宁酸型和磷酸型中的一种；
所述颜料为铬酸锌、磷酸锌、偏硼酸钡、锌铝合金粉、二氧化硅、硫酸钡中的一种或多种通过偶联剂物理结合而成。
4.根据权利要求2所述的复合防腐工艺，其特征在于，
所述步骤S2中石墨烯防腐材料的制备方法是：先将助剂和溶剂的混合物投入到反应釜内进行搅拌，然后加入颜料混合，构成混合溶液；再将复合树脂和石墨烯加入到上述混合溶液中，然后加入防锈除锈剂，控制反应釜的温度为25～60℃之间，低速搅拌后，制得石墨烯防腐材料。
5.根据权利要求1所述的复合防腐工艺，其特征在于，
所述步骤S2中涂覆石墨烯防腐材料的方法是采用空气喷涂、刷涂或辊涂的方式将石墨烯防腐材料涂覆到待防腐物的复合层表面，自然晾干或烘干。
6.根据权利要求1所述的复合防腐工艺，其特征在于，
所述待防腐物是金属制品。
7.据权利要求6所述的复合防腐工艺，其特征在于，
所述步骤S1中对待防腐物的表面进行合金预处理，以在其表面形成复合层的方法包括：在对待防腐物的表面依次进行除油除锈处理、合金共渗处理、表面清洁处理。
8.根据权利要求7所述的复合防腐工艺，其特征在于，
所述除油除锈处理为喷砂除锈和使用氢氧化钠或碳酸钠溶液除油污；
所述合金共渗处理为将待防腐物放入活性金属粉末中，在300~500℃下，活性金属原子由表及里扩散，与此同时，所述待防腐物内的金属原子由内向外扩散，形成复合层，复合层的厚度为20~100 um；
所述表面清洁处理为用水进行冲洗。
9.根据权利要求8所述的复合防腐工艺，其特征在于，
所述金属制品是轨道交通扣配件。
10.一种采用如权利要求1所述的复合防腐工艺处理后的轨道交通扣配件。
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