CN107502097A - 螺纹联接件磷化预处理与石墨烯材料复合防腐工艺 - Google Patents

螺纹联接件磷化预处理与石墨烯材料复合防腐工艺 Download PDF

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CN107502097A CN201710762480.9A CN201710762480A CN107502097A CN 107502097 A CN107502097 A CN 107502097A CN 201710762480 A CN201710762480 A CN 201710762480A CN 107502097 A CN107502097 A CN 107502097A
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Abstract

本发明涉及一种常温磷化预处理及石墨烯材料复合防腐工艺及螺纹联接件，本复合防腐工艺包括：步骤S1，对待防腐物的表面进行常温磷化预处理形成磷化膜；以及步骤S2，在磷化膜表面涂覆石墨烯材料形成复合涂层；本发明将磷化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。

Description

螺纹联接件磷化预处理与石墨烯材料复合防腐工艺
技术领域
本发明属于金属表面防腐处理技术领域，具体涉及一种螺纹联接件常温磷化预处理及石墨烯材料复合防腐工艺。
背景技术
随着现代工业的飞速发展，金属材料的腐蚀与防护越来越引起社会的重视。据统计，我国每年因腐蚀导致经济损失约8000亿元，占GDP的总额约1.4%左右，为减少这一损失，节约原料和减少污染，需要全力解决腐蚀这一难题。
目前磷化是金属表面常见的前处理技术，原理上属于化学转换膜处理，主要应用与钢铁表面磷化，有色金属（如铝、锌）也可以应用磷化。磷化的目的主要是给基体金属提供保护，在一定程度上防止金属腐蚀；用于涂漆前打底，提高漆膜层的附着力与防腐蚀能力；在金属冷加工工艺中起减摩润滑作用。
石墨烯不仅是最坚硬的材料，同时还是防腐涂料领域已知的最薄的一种。石墨烯的高比表面积，使其表面吸附力强；表面能大，能在涂料干燥时形成网状结构，从而增强涂层与基体的吸附作用，使涂层更加致密，提高涂层和基材的附着力。同时提高涂层耐冲击性能，耐磨擦性能，导热性，耐候性和防腐性能。
发明内容
本发明的目的是提供一种针对金属表面的常温磷化预处理及石墨烯材料复合防腐工艺。
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常温磷化预处理形成磷化膜；以及
步骤S2，在所述待防腐物的磷化膜表面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磷化膜表面，自然晾干或烘干。
进一步，所述步骤S1中磷化预处理的方法是将待防腐物浸泡在磷化液中, 然后取出，用冷水冲洗，自然晾干或烘干；所述磷化液包括下列质量份数的组分：磷酸二氢锌50～70份，硝酸锌80～100份，亚硝酸钠0.2～1.0份，水1000份。
进一步，所述步骤S1中在磷化预处理前，对待防腐物进行表面处理，先将待防腐物放入NaOH溶液中，浸泡，以除去表面油污；再将待防腐物放入H2SO4溶液中，浸泡，以除去氧化皮和锈迹；最后，取出待防腐物，用冷水冲洗，自然晾干或烘干；
所述步骤S1中在磷化预处理后对待防腐物进行补充处理，将待防腐物放入重铬酸钾和碳酸钠的混合溶液中，浸泡，取出待防腐物，用冷水冲洗，自然晾干或烘干。
进一步，所述待防腐物是可磷化的金属制品。
进一步，所述金属制品是螺纹联接件。
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螺纹联接件，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。
所述螺纹联接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将金属表面常温磷化和石墨烯涂料复合，形成一种全新工艺。该工艺能在金属表面生成一层均匀、细密的磷化膜，然后充分利用磷化膜自身的多孔性，在其表面应用石墨烯防腐材料进行处理，形成复合涂层，使其产生强大的剪切力，最终产生比涂料直接涂覆金属表面更好的防腐性能。同时，由于磷化后所生成的磷化膜是一层非金属的不导电隔离层，他和金属机体结合的非常牢固，其间基本没有明显的界限，从根本上抑制了微电池的形成，同时也阻止了电解液在水平方向上的腐蚀。
本发明将常温磷化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。当经过磷化处理后金属制品的磷化层厚度达到20～30微米时，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。
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。
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常温磷化预处理形成磷化膜；以及
步骤S2，在磷化膜表面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常温磷化预处理形成磷化膜的方法包括：
步骤S11，磷化前的表面处理；
步骤S12，常温磷化处理；以及
步骤S13，磷化后的补充处理。
所述待防腐物为金属表面，例如但不限于螺纹联接件、护栏等，对其提供金属表面常温磷化预处理及石墨烯材料复合防腐。
优选的，磷化前的表面处理工序如下：
步骤S111将螺纹联接件放入浓度为60～100g/L的NaOH溶液中，浸泡10～30 min，除去表面油污。取出螺纹联接件，用冷水冲洗，自然晾干或烘干。
步骤S112，将步骤S111中冲洗干净的螺纹联接件放入浓度为170～250 g/L的H2SO4溶液中，浸泡5～15min，除去氧化皮和锈迹。取出螺纹联接件，用冷水冲洗，自然晾干或烘干。
优选的，常温磷化处理工序如下：
步骤S121，保持磷化槽内的磷化液温度为15～35℃。
步骤S122，将表面处理好的螺纹联接件放入磷化液中，浸泡5～15min。取出螺纹联接件，用冷水冲洗，自然晾干或烘干。
优选的，磷化后的补充处理工序如下：
将螺纹联接件放入含有30～50 g/L重铬酸钾和2～4 g/L碳酸钠的混合溶液中，浸泡5～15 min，取出螺纹联接件，用冷水冲洗，自然晾干或烘干。
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中在磷化膜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磷化处理后的螺纹联接件上，自然晾干或烘干。
所述常温磷化处理工序中的磷化液包括下列质量份数的组分：
磷酸二氢锌 50～70份；
硝酸锌 80～100份；
亚硝酸钠 0.2～1.0份。
其余为水，水可以为1000份。
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，常温磷化预处理，即
将螺纹联接件放入60 g/L的NaOH溶液中，浸泡10 min，除去表面油污。取出螺纹联接件，用冷水冲洗，自然晾干。再将螺纹联接件放入170 g/L的H2SO4溶液中，浸泡5min，除去氧化皮和锈迹。取出螺纹联接件，用冷水冲洗，自然晾干。保持磷化槽内的磷化液至15℃，将烘干的螺纹联接件放入磷化液中，浸泡5 min。磷化液包括下列质量份数的组分：磷酸二氢锌60份，硝酸锌90份，亚硝酸钠0.5份，水1000份。取出螺纹联接件，用冷水冲洗，自然晾干。最后将螺纹联接件放入含有30g/L重铬酸钾和2 g/L碳酸钠的混合溶液中，浸泡5min，取出螺纹联接件，用冷水冲洗，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磷化处理后的螺纹联接件上，自然晾干。
实施案例2
首先，常温磷化预处理，即
将螺纹联接件放入100g/L的NaOH溶液中，浸泡30 min，除去表面油污。取出螺纹联接件，用冷水冲洗，烘干。再将螺纹联接件放入250g/L的H2SO4溶液中，浸泡15min，除去氧化皮和锈迹。取出螺纹联接件，用冷水冲洗，烘干。保持磷化槽内的磷化液至35℃，将烘干的螺纹联接件放入磷化液中，浸泡15 min。磷化液包括下列质量份数的组分：磷酸二氢锌55份，硝酸锌95份，亚硝酸钠0.3份，水1000份。取出螺纹联接件，用冷水冲洗，烘干。最后将螺纹联接件放入含有50g/L重铬酸钾和4 g/L碳酸钠的混合溶液中，浸泡15min，取出螺纹联接件，用冷水冲洗，烘干。
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磷化处理后的螺纹联接件上，烘干。
实施案例3
首先，常温磷化预处理，即
将螺纹联接件放入80g/L的NaOH溶液中，浸泡20 min，除去表面油污。取出螺纹联接件，用冷水冲洗，烘干。再将螺纹联接件放入210g/L的H2SO4溶液中，浸泡10min，除去氧化皮和锈迹。取出螺纹联接件，用冷水冲洗，烘干。保持磷化槽内的磷化液至20℃，将烘干的螺纹联接件放入磷化液中，浸泡10min。磷化液包括下列质量份数的组分：磷酸二氢锌65份，硝酸锌85份，亚硝酸钠0.3份，水1000份。取出螺纹联接件，用冷水冲洗，烘干。最后将螺纹联接件放入含有40g/L重铬酸钾和3g/L碳酸钠的混合溶液中，浸泡10 min，取出螺纹联接件，用冷水冲洗，烘干。
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磷化处理后的螺纹联接件上，烘干。
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。
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常温磷化预处理形成磷化膜；以及
步骤S2，在所述待防腐物的磷化膜表面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磷化膜表面，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，
所述步骤S1中磷化预处理的方法是将待防腐物浸泡在磷化液中, 然后取出，用冷水冲洗，自然晾干或烘干；所述磷化液包括下列质量份数的组分：磷酸二氢锌50～70份，硝酸锌80～100份，亚硝酸钠0.2～1.0份，水1000份。
7.根据权利要求6所述的复合防腐工艺，其特征在于，
所述步骤S1中在磷化预处理前，对待防腐物进行表面处理，先将待防腐物放入NaOH溶液中，浸泡，以除去表面油污；再将待防腐物放入H2SO4溶液中，浸泡，以除去氧化皮和锈迹；最后，取出待防腐物，用冷水冲洗，自然晾干或烘干；
所述步骤S1中在磷化预处理后对待防腐物进行补充处理，将待防腐物放入重铬酸钾和碳酸钠的混合溶液中，浸泡，取出待防腐物，用冷水冲洗，自然晾干或烘干。
8.据权利要求1所述的复合防腐工艺，其特征在于，
所述待防腐物是可磷化的金属制品。
9.根据权利要求8所述的复合防腐工艺，其特征在于，
所述金属制品是螺纹联接件。
10.一种采用如权利要求1所述的复合防腐工艺处理后的螺纹联接件。
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