CN108914126B - 一种具有疏水特性的冷轧钢板防腐前处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有疏水特性的冷轧钢板防腐前处理方法。先将冷轧钢板预处理，然后配制刻蚀溶液，对冷轧钢板进行刻蚀工艺，接着配制锆盐转化膜溶液，调节pH，对冷轧钢板进行成膜工艺，随后进行退火修饰改性制备得到具有疏水特性的冷轧钢板；所述方法在钢板基底构建超疏水表面，同时结合锆盐转化膜技术，赋予钢板优异的耐腐蚀性，与传统的磷酸盐钝化和铬酸盐钝化的防护方法相比，本发明的方法减少了金属腐蚀所带来的环境污染问题以及经济损失，同时本发明制备的冷轧钢板具有优异的超疏水性能，稳定性持久，防腐性能强，具有显著的应用价值，适合工业化规模的处理。

Description

一种具有疏水特性的冷轧钢板防腐前处理方法
技术领域
本发明属于金属防腐技术领域，特别涉及一种具有疏水特性的冷轧钢板防腐前处理方法。
背景技术
我国作为传统的工业大国，钢铁产业是支持社会发展的重要支柱，然而腐蚀问题一直是该领域的难题。目前工业上最常用的保护方法仍然与磷酸盐钝化和铬酸盐钝化密不可分，但因为大量使用这些处理方法而产生的废水废渣严重的污染了我们生活的环境甚至危害人们的健康。
金属的腐蚀是金属和周围的介质作用转变成金属化合物的过程，实质上就是金属和介质之间发生了氧化还原反应。根据反应条件的不同，金属腐蚀可分为化学腐蚀和电化学腐蚀两种。而钢铁是作为最常见的金属，其应用领域遍及国防工业、建筑行业、机械制造业、交通运输业等，但钢铁的腐蚀问题一直是个大难题。据国内外比较可靠的数据统计每年金属材料的大量损耗就是因为钢铁的腐蚀造成(约占当年钢铁年产量的30％)，同时钢铁腐蚀给社会经济带来了巨大的损失(约占当年GDP的4％)。锆盐转化膜技术作为一种新型的环境有好型表面处理技术，制备的转化膜耐腐蚀性能优异，有望取代传统的磷酸盐和铬酸盐转化膜技术。
近年来，超疏水表面由于具有自清洁、防腐、防污等显著特点，被认为是一种新型的耐腐蚀膜。Li等使用化学刻蚀法在不锈钢板表面制备了超疏水涂层，表面接触角为168°，滚动角为3°，通过极化曲线测试对比普通铝板表面的耐腐蚀性能，发现超疏水涂层的腐蚀电位明显正移，耐腐蚀性能增强。目前常见的超疏水制备方法尚且存在着寿命短、制备工艺复杂、成本高等种种问题，这些都阻碍着超疏水技术发展的步伐。
发明内容
本发明针对现有的技术问题，在钢板基底构建超疏水表面，同时结合锆盐转化膜技术，提供一种具有疏水特性的冷轧钢板防腐前处理方法，以减少金属腐蚀所带来的环境污染问题和造成的经济损失。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种具有疏水特性的冷轧钢板防腐前处理方法，包括如下步骤：
(1)冷轧钢板预处理：用金相砂纸对冷轧钢板表面进行打磨，然后先将其置入丙酮和乙醇的混合溶液中进行超声波浴，后置入氯化氢溶液中进行超声清洗，最后用去离子水清洗表面并用滤纸擦干备用；
(2)刻蚀工艺：配制刻蚀溶液，将步骤(1)中预处理后的样品置入刻蚀溶液中，并放入恒温水浴锅中搅拌，最后取出样品用去离子水冲洗并用滤纸擦干；
(3)成膜工艺：配制锆盐转化膜溶液，并加入氢氧化钠调节pH，将步骤(2)刻蚀好的样品置入上述锆盐转化膜溶液中振荡，最后取出样品并用滤纸擦拭；
(4)退火修饰改性：取聚乙烯薄膜置于步骤(3)得到的样品上，用玻璃板压住薄膜并用夹子施加压力，将其整体置于烘箱中烘育，取出冷却后撕下薄膜，即可得到具有超疏水特性的冷轧钢板。
本发明进一步解决的技术方案是，所述步骤(1)中，丙酮和乙醇的体积比为1:10-10:1；所述氯化氢溶液的浓度为1mol/L。
本发明进一步解决的技术方案是，所述步骤(1)中，置入丙酮和乙醇的混合溶液的超声时间为10-60min，置入氯化氢溶液中的超声时间为2-10min。
本发明进一步解决的技术方案是，所述步骤(2)中刻蚀溶液的配置为：每配制100mL的刻蚀溶液需要40-80g的三氯化铁、4g硫脲、2g磷酸、8g盐酸；所述磷酸的浓度为10-14.7mol/L，所述盐酸的浓度为6-12mol/L。
本发明进一步解决的技术方案是，所述步骤(2)中，所述恒温水浴锅温度为40-60℃、搅拌时间为40-60min、搅拌速率为200-280r/min。
本发明进一步解决的技术方案是，所述步骤(3)中锆盐转化膜溶液的配制为：每配制1L的锆盐转化膜溶液需要1g六氟锆酸、0.16g氟化氢铵和0.036g硝酸铜；所述六氟锆酸的浓度为5-7.3mol/L。
本发明进一步解决的技术方案是，所述步骤(3)中氢氧化钠调节的pH为4-6。
本发明进一步解决的技术方案是，所述步骤(3)中的振荡时间为3-4min。
本发明进一步解决的技术方案是，所述步骤(4)中烘箱的温度为180-220℃，所述烘育时间为10-15min。
本发明进一步解决的技术方案是，所述步骤(4)中聚乙烯薄膜的厚度为2mm。
本发明的有益效果为：
1.本发明的一种具有疏水特性的冷轧钢板防腐前处理方法，在钢板基底构建超疏水表面，同时结合锆盐转化膜技术，赋予钢板优异的耐腐蚀性，与传统的磷酸盐钝化和铬酸盐钝化的防护方法相比，本发明的方法减少了金属腐蚀所带来的环境污染问题以及经济损失，具有显著的应用价值，适合工业化规模的处理。
2.本发明采用锆酸盐成膜工艺，保护了钢板的表面微观结构，且表面的锆盐转化膜作为纳米陶瓷膜具有无定形的特性，使得钢板表面结构更加粗糙，增加了表面的疏水性；同时这种由氧化锆组成的纳米陶瓷膜因其结构致密阻隔性强，与钢板表面和后续的有机图层具有良好的附着力，能显著提高钢板的耐腐蚀性能。
3.本发明的冷轧钢板采用退火处理工艺，聚乙烯在高温状态下先融化，之后经低温冷却被撕下，使得聚乙烯附着在锆盐转化膜表面，形成了特殊的微米-微纳米复合结构，有效的增加了钢板表面的粗糙度，使其具有了优异的超疏水性能，将其在空气中放置30天后表面的接触角仍达到153.4°，具有极高的稳定性。
附图说明
图1为实施例1中冷轧钢板经过刻蚀工艺处理后的SEM图。
图2为实施例1中冷轧钢板经过刻蚀工艺和锆盐转化膜工艺后的SEM图。
图3为实施例1中冷轧钢板经过冷轧钢板经过刻蚀工艺、锆盐转化膜工艺以及退火修饰改性后的SEM图。
图4为冷轧钢板在不同pH条件下的极化曲线图。
图5为实施例1和实施例10的冷轧钢板的接触角测试图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的发明内容作进一步地说明。
冷轧钢板厚度为0.1cm，用金属钳将其剪成长宽均为2cm的铁片作为实验基材；聚乙烯薄膜厚度为2mm，将其裁剪成长宽均为4cm的方形结构。
实施例1
(1)冷轧钢板的预处理：用金相砂纸对裁剪好的冷轧钢板基材表面进行打磨，然后先将其置入体积比为1:10的丙酮和乙醇混合溶液中进行超声波浴30min，后置入1mol/L氯化氢溶液中进行超声清洗3min，最后用去离子水清洗表面并用滤纸擦干备用；
(2)配制刻蚀溶液，每100mL的刻蚀溶液添加60g的三氯化铁、4g硫脲、2g磷酸、8g盐酸；其中，磷酸浓度为14.7mol/L，盐酸浓度为12mol/L；
(3)将上述(1)中预处理后的铁片置入(2)配制好的刻蚀溶液中，设置恒温水浴锅温度50℃，调节搅拌机旋转速率250r/min，搅拌50min，最后取出样品用去离子水冲洗并用滤纸擦干；
(4)配制锆盐转化膜溶液，每1L的锆盐转化膜溶液添加1g六氟锆酸、0.16g氟化氢铵和0.036g硝酸铜，并加入氢氧化钠，调节pH为4；所述六氟锆酸的浓度为7.3mol/L；
(5)将上述(3)处理后的铁片置入(4)配制好的锆盐转化膜溶液中振荡3min，之后取出样品并用滤纸擦拭；
(6)将裁剪好的聚乙烯薄膜放置在上述(5)制备得到的铁片上，用玻璃板压住薄膜并用夹子施加压力，将其整体放入200℃的烘箱中烘育10min，取出冷却后撕下薄膜，即可得到具有超疏水特性的冷轧钢板，以悬滴法测试冷轧钢板表面的水接触角值，结果见下表1；以硫酸铜点滴实验测试冷轧钢板的耐腐蚀性能，结果见下表2；对制备的冷轧钢板进行电化学实验得到的极化曲线图结果见图4和表3。
对上述(3)、(5)和(6)制备的样品进行SEM表征，结果分别见图1、图2和图3。
图1是冷轧钢板经过刻蚀工艺的表面形貌图，从图1可以看出进行刻蚀工艺后的钢板表面已经具有高低起伏的结构，这是经过刻蚀处理造成的；图2是冷轧钢板经过刻蚀工艺和锆盐转化膜工艺后的表面形貌图，从图2可以看出进行成膜工艺后的样品表面形成了许多小的凸起结构，这是由于锆盐转化膜作为纳米陶瓷膜具有的无定形结构，由此可知经过锆盐转化膜工艺后使得钢板表面结构更加粗糙，增加了表面的疏水性，同时这种由氧化锆组成的纳米陶瓷膜因其结构致密阻隔性强，与钢板表面具有良好的附着力，能提高钢板图层的耐腐蚀能；图3是冷轧钢板经过刻蚀工艺、锆盐转化膜工艺以及退火修饰改性后的表面形貌图，由图3可知凸起表面形成了许多线状的纳米凸起结构，这是由于退火过程中聚乙烯在高温状态下融化，之后经低温冷却被撕下，残余的聚乙烯附着在锆盐转化膜表面，形成了特殊的微米-微纳米复合结构，有效的增加了钢板表面的粗糙度，使钢板表面具有了优异的超疏水性。
实施例2
(1)冷轧钢板的预处理：用金相砂纸对裁剪好的冷轧钢板基材表面进行打磨，然后先将其置入体积比为1:10的丙酮和乙醇混合溶液中进行超声波浴40min，后置入1mol/L氯化氢溶液中进行超声清洗5min，最后用去离子水清洗表面并用滤纸擦干备用；
(2)配制刻蚀溶液，每100mL的刻蚀溶液添加60g的三氯化铁、4g硫脲、2g磷酸、8g盐酸；其中，磷酸浓度为14.7mol/L，盐酸浓度为12mol/L；
(3)将上述(1)中预处理后的铁片置入(2)配制好的刻蚀溶液中，设置恒温水浴锅温度50℃，调节搅拌机旋转速率250r/min，搅拌50min，最后取出样品用去离子水冲洗并用滤纸擦干；
(4)配制锆盐转化膜溶液，每1L的锆盐转化膜溶液添加1g六氟锆酸、0.16g氟化氢铵和0.036g硝酸铜，并加入氢氧化钠，调节pH为3；所述六氟锆酸的浓度为7.3mol/L；
(5)将上述(3)处理后的铁片置入(4)配制好的锆盐转化膜溶液中振荡3min，之后取出样品并用滤纸擦拭；
(6)将裁剪好的聚乙烯薄膜放置在上述(5)制备得到的铁片上，用玻璃板压住薄膜并用夹子施加压力，将其整体放入200℃的烘箱中烘育10min，取出冷却后撕下薄膜，即可得到具有超疏水特性的冷轧钢板，以悬滴法测试制备的冷轧钢板表面的水接触角值，结果见下表1；以硫酸铜点滴实验测试冷轧钢板的耐腐蚀性能，结果见下表2；对制备的冷轧钢板进行电化学实验得到的极化曲线图结果见图4和表3。
实施例3
(1)冷轧钢板的预处理：用金相砂纸对裁剪好的冷轧钢板基材表面进行打磨，然后先将其置入体积比为1:10丙酮和乙醇混合溶液中进行超声波浴50min，后置入1mol/L氯化氢溶液中进行超声清洗7min，最后用去离子水清洗表面并用滤纸擦干备用；
(2)配制刻蚀溶液，每100mL的刻蚀溶液添加60g的三氯化铁、4g硫脲、2g磷酸、8g盐酸；其中，磷酸浓度为14.7mol/L，盐酸浓度为12mol/L；
(3)将上述(1)中预处理后的铁片置入(2)配制好的刻蚀溶液中，设置恒温水浴锅温度50℃，调节搅拌机旋转速率250r/min，搅拌50min，最后取出样品用去离子水冲洗并用滤纸擦干；
(4)配制锆盐转化膜溶液，每1L的锆盐转化膜溶液添加1g六氟锆酸、0.16g氟化氢铵和0.036g硝酸铜，并加入氢氧化钠，调节pH为5；所述六氟锆酸的浓度为7.3mol/L；
(5)将上述(3)处理后的铁片置入(4)配制好的锆盐转化膜溶液中振荡4min，之后取出样品并用滤纸擦拭；
(6)将裁剪好的聚乙烯薄膜放置在上述(5)制备得到的铁片上，用玻璃板压住薄膜并用夹子施加压力，将其整体放入200℃的烘箱中烘育10min，取出冷却后撕下薄膜，即可得到具有超疏水特性的冷轧钢板，以悬滴法测试制备的冷轧钢板表面的水接触角值，结果见下表1；以硫酸铜点滴实验测试冷轧钢板的耐腐蚀性能，结果见下表2；对制备的冷轧钢板进行电化学实验得到的极化曲线图结果见图4和表3。
实施例4
(1)冷轧钢板的预处理：用金相砂纸对裁剪好的冷轧钢板基材表面进行打磨，然后先将其置入体积比为1:1丙酮和乙醇混合溶液中进行超声波浴30min，后置入1mol/L氯化氢溶液中进行超声清洗3min，最后用去离子水清洗表面并用滤纸擦干备用；
(2)配制刻蚀溶液，每100mL的刻蚀溶液添加40g的三氯化铁、4g硫脲、2g磷酸、8g盐酸；其中，磷酸浓度为12mol/L，盐酸浓度为10mol/L
(3)将上述(1)中预处理后的铁片置入(2)配制好的刻蚀溶液中，设置恒温水浴锅温度50℃，调节搅拌机旋转速率250r/min，搅拌50min，最后取出样品用去离子水冲洗并用滤纸擦干；
(4)配制锆盐转化膜溶液，每1L的锆盐转化膜溶液添加1g六氟锆酸、0.16g氟化氢铵和0.036g硝酸铜，并加入氢氧化钠，调节pH为4；所述六氟锆酸的浓度为6.5mol/L；
(5)将上述(3)处理后的铁片置入(4)配制好的锆盐转化膜溶液中振荡4min，之后取出样品并用滤纸擦拭；
(6)将裁剪好的聚乙烯薄膜放置在上述(5)制备得到的铁片上，用玻璃板压住薄膜并用夹子施加压力，将其整体放入210℃的烘箱中烘育12min，取出冷却后撕下薄膜，即可得到具有超疏水特性的冷轧钢板，以悬滴法测试制备的冷轧钢板表面的水接触角值，结果见下表1。
实施例5
(1)冷轧钢板的预处理：用金相砂纸对裁剪好的冷轧钢板基材表面进行打磨，然后先将其置入体积比为1:1丙酮和乙醇混合溶液中进行超声波浴40min，后置入1mol/L氯化氢溶液中进行超声清洗3min，最后用去离子水清洗表面并用滤纸擦干备用；
(2)配制刻蚀溶液，每100mL的刻蚀溶液添加80g的三氯化铁、4g硫脲、2g磷酸、8g盐酸；其中，磷酸浓度为12mol/L，盐酸浓度为10mol/L
(3)将上述(1)中预处理后的铁片置入(2)配制好的刻蚀溶液中，设置恒温水浴锅温度50℃，调节搅拌机旋转速率250r/min，搅拌50min，最后取出样品用去离子水冲洗并用滤纸擦干；
(4)配制锆盐转化膜溶液，每1L的锆盐转化膜溶液添加1g六氟锆酸、0.16g氟化氢铵和0.036g硝酸铜，并加入氢氧化钠，调节pH为4；所述六氟锆酸的浓度为6.5mol/L；
(5)将上述(3)处理后的铁片置入(4)配制好的锆盐转化膜溶液中振荡3min，之后取出样品并用滤纸擦拭；
(6)将裁剪好的聚乙烯薄膜放置在上述(5)制备得到的铁片上，用玻璃板压住薄膜并用夹子施加压力，将其整体放入210℃的烘箱中烘育12min，取出冷却后撕下薄膜，即可得到具有超疏水特性的冷轧钢板，以悬滴法测试制备的冷轧钢板表面的水接触角值，结果见下表1。
实施例6
(1)冷轧钢板的预处理：用金相砂纸对裁剪好的冷轧钢板基材表面进行打磨，然后先将其置入体积比为1:5丙酮和乙醇混合溶液中进行超声波浴50min，后置入1mol/L氯化氢溶液中进行超声清洗8min，最后用去离子水清洗表面并用滤纸擦干备用；
(2)配制刻蚀溶液，每100mL的刻蚀溶液添加60g的三氯化铁、4g硫脲、2g磷酸、8g盐酸；其中，磷酸浓度为10mol/L，盐酸浓度为6mol/L；
(3)将上述(1)中预处理后的铁片置入(2)配制好的刻蚀溶液中，设置恒温水浴锅温度40℃，调节搅拌机旋转速率200r/min，搅拌50min，最后取出样品用去离子水冲洗并用滤纸擦干；
(4)配制锆盐转化膜溶液，每1L的锆盐转化膜溶液添加1g六氟锆酸、0.16g氟化氢铵和0.036g硝酸铜，并加入氢氧化钠，调节pH为4；所述六氟锆酸的浓度为5mol/L；
(5)将上述(3)处理后的铁片置入(4)配制好的锆盐转化膜溶液中振荡4min，之后取出样品并用滤纸擦拭；
(6)将裁剪好的聚乙烯薄膜放置在上述(5)制备得到的铁片上，用玻璃板压住薄膜并用夹子施加压力，将其整体放入220℃的烘箱中烘育12min，取出冷却后撕下薄膜，即可得到具有超疏水特性的冷轧钢板，以悬滴法测试制备的冷轧钢板表面的水接触角值，结果见下表1。
实施例7
(1)冷轧钢板的预处理：用金相砂纸对裁剪好的冷轧钢板基材表面进行打磨，然后先将其置入体积比为1:5丙酮和乙醇混合溶液中进行超声波浴50min，后置入1mol/L氯化氢溶液中进行超声清洗8min，最后用去离子水清洗表面并用滤纸擦干备用；
(2)配制刻蚀溶液，每100mL的刻蚀溶液添加60g的三氯化铁、4g硫脲、2g磷酸、8g盐酸；其中，磷酸浓度为10mol/L，盐酸浓度为6mol/L；
(3)将上述(1)中预处理后的铁片置入(2)配制好的刻蚀溶液中，设置恒温水浴锅温度60℃，调节搅拌机旋转速率200r/min，搅拌50min，最后取出样品用去离子水冲洗并用滤纸擦干；
(4)配制锆盐转化膜溶液，每1L的锆盐转化膜溶液添加1g六氟锆酸、0.16g氟化氢铵和0.036g硝酸铜，并加入氢氧化钠，调节pH为4；所述六氟锆酸的浓度为5mol/L；
(5)将上述(3)处理后的铁片置入(4)配制好的锆盐转化膜溶液中振荡4min，之后取出样品并用滤纸擦拭；
(6)将裁剪好的聚乙烯薄膜放置在上述(5)制备得到的铁片上，用玻璃板压住薄膜并用夹子施加压力，将其整体放入220℃的烘箱中烘育12min，取出冷却后撕下薄膜，即可得到具有超疏水特性的冷轧钢板，以悬滴法测试制备的冷轧钢板表面的水接触角值，结果见下表1。
实施例8
(1)冷轧钢板的预处理：用金相砂纸对裁剪好的冷轧钢板基材表面进行打磨，然后先将其置入体积比为10:1丙酮和乙醇混合溶液中进行超声波浴60min，后置入1mol/L氯化氢溶液中进行超声清洗2min，最后用去离子水清洗表面并用滤纸擦干备用；
(2)配制刻蚀溶液，每100mL的刻蚀溶液添加60g的三氯化铁、4g硫脲、2g磷酸、8g盐酸；其中，磷酸浓度为14.7mol/L，盐酸浓度为12mol/L；
(3)将上述(1)中预处理后的铁片置入(2)配制好的刻蚀溶液中，设置恒温水浴锅温度50℃，调节搅拌机旋转速率280r/min，搅拌40min，最后取出样品用去离子水冲洗并用滤纸擦干；
(4)配制锆盐转化膜溶液，每1L的锆盐转化膜溶液添加1g六氟锆酸、0.16g氟化氢铵和0.036g硝酸铜，并加入氢氧化钠，调节pH为4；所述六氟锆酸的浓度为7.3mol/L；
(5)将上述(3)处理后的铁片置入(4)配制好的锆盐转化膜溶液中振荡3min，之后取出样品并用滤纸擦拭；
(6)将裁剪好的聚乙烯薄膜放置在上述(5)制备得到的铁片上，用玻璃板压住薄膜并用夹子施加压力，将其整体放入180℃的烘箱中烘育15min，取出冷却后撕下薄膜，即可得到具有超疏水特性的冷轧钢板，以悬滴法测试制备的冷轧钢板表面的水接触角值，结果见下表1。
实施例9
(1)冷轧钢板的预处理：用金相砂纸对裁剪好的冷轧钢板基材表面进行打磨，然后先将其置入体积比为10:1丙酮和乙醇混合溶液中进行超声波浴60min，后置入1mol/L氯化氢溶液中进行超声清洗2min，最后用去离子水清洗表面并用滤纸擦干备用；
(2)配制刻蚀溶液，每100mL的刻蚀溶液添加60g的三氯化铁、4g硫脲、2g磷酸、8g盐酸；其中，磷酸浓度为14.7mol/L，盐酸浓度为12mol/L；
(3)将上述(1)中预处理后的铁片置入(2)配制好的刻蚀溶液中，设置恒温水浴锅温度50℃，调节搅拌机旋转速率280r/min，搅拌60min，最后取出样品用去离子水冲洗并用滤纸擦干；
(4)配制锆盐转化膜溶液，每1L的锆盐转化膜溶液添加1g六氟锆酸、0.16g氟化氢铵和0.036g硝酸铜，并加入氢氧化钠，调节pH为4；所述六氟锆酸的浓度为7.3mol/L；
(5)将上述(3)处理后的铁片置入(4)配制好的锆盐转化膜溶液中振荡3min，之后取出样品并用滤纸擦拭；
(6)将裁剪好的聚乙烯薄膜放置在上述(5)制备得到的铁片上，用玻璃板压住薄膜并用夹子施加压力，将其整体放入180℃的烘箱中烘育15min，取出冷却后撕下薄膜，即可得到具有超疏水特性的冷轧钢板，以悬滴法测试制备的冷轧钢板表面的水接触角值，结果见下表1。
实施例10
将实施例1制备的样品放置在空气中30天，再以悬滴法测试冷轧钢板表面的水接触角，结果见图5。图5(a)是样品在空气中放置30天后的接触角图，图5(b)是实施例1直接测试的接触角图；是由图5(a)可知，在空气中放置30天后水滴在其表面的接触角仍可达到153.4°，与图5(b)实施例1测试的接触角156.4°相比，接触角没有明显的下降，所述冷轧钢板表面的超疏水性能稳定。
对比例1
将实施例1中步骤(4)制备的样品直接以悬滴法测试制备的冷轧钢板表面的水接触角值，结果见下表1。
表1
Figure BDA0001733303990000081
Figure BDA0001733303990000091
从表1中可以看出，采用本发明的方法(实施例1-9)，冷轧钢板表面均具备疏水性能，其中由控制变量法确定的最佳工艺条件：氯化铁含量60g/mL、pH为4、刻蚀温度50℃以及刻蚀时间50min时，所得的冷轧钢板表面的接触角为156.4°，成为了超疏水表面。对比例1未经成膜工艺处理，测试得到接触角为131.4°，明显低于实施例1的156.4°，因此锆酸盐成膜工艺是制备铁基超疏水表面的必要工艺。
表2
实验例 pH 变黑时间(s)
光板 / 9
实施例1 4 42
实施例2 3 36
实施例3 5 32
冷轧钢板表面的硫酸铜点滴液由蓝色完全变为黑色的时间持续的越长，表明制得的膜层的耐腐蚀性能就越好。从表2中可以看出，pH为4时硫酸铜变黑时间最长为42s，远大于光板的9s，说明浸渍成膜工艺可以有效的增加钢板的耐腐蚀性能，且在pH为4时防腐蚀性能最好。
表3
实验例 pH 腐蚀电位(V) 腐蚀电流密度(A/cm<sup>2</sup>)
光板 / -1.020 1.078×10<sup>-4</sup>
实施例1 4 -0.726 9.612×10<sup>-8</sup>
实施例2 3 -0.738 1.264×10<sup>-7</sup>
实施例3 5 -0.665 5.602×10<sup>-7</sup>
图4是冷轧钢板经电化学处理，在不同pH的转化膜溶液中浸渍处理的极化曲线图。由图可知，除铁光板以外，其它实施例的样品的自腐蚀电位均向横坐标正方向偏移，腐蚀电流密度向纵坐标负方向偏移，说明转化膜对钢板有着良好的腐蚀防护作用。表3是由极化曲线拟合得出的自腐蚀电位和腐蚀电流密度的数据。由表3可知，光板的腐蚀电位是-1.020V，pH为3，4，5时的腐蚀电位分别是-0.738V，-0.726V，-0.665V，腐蚀电位明显增大；比较光板和浸渍pH分别为3，4，5时的腐蚀电流密度大小，其中pH为4时腐蚀电流密度最小为9.612×10-8A/cm2，说明此时的耐腐蚀性最好，这与硫酸铜点滴实验结果一致。
综上所述，本发明所述的处理方法所制备的冷轧钢板表面同时具备超疏水性和防腐蚀性，且超疏水稳定性能持久，处理方法简单有效。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种具有疏水特性的冷轧钢板防腐前处理方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1) 冷轧钢板预处理：用金相砂纸对冷轧钢板表面进行打磨，然后先将其置入丙酮和乙醇的混合溶液中进行超声波浴，后置入氯化氢溶液中进行超声清洗，最后用去离子水清洗表面并用滤纸擦干备用；
(2) 刻蚀工艺：配制刻蚀溶液，将步骤(1)中预处理后的样品置入刻蚀溶液中，并放入恒温水浴锅中搅拌，最后取出样品用去离子水冲洗并用滤纸擦干；
(3) 成膜工艺：配制锆盐转化膜溶液，并加入氢氧化钠调节pH为4-6，将步骤(2)刻蚀好的样品置入上述锆盐转化膜溶液中振荡，最后取出样品并用滤纸擦拭；
(4) 退火修饰改性：取聚乙烯薄膜置于步骤(3)得到的样品上，用玻璃板压住薄膜并用夹子施加压力，将其整体置于烘箱中烘育，取出冷却后撕下薄膜，即可得到具有超疏水特性的冷轧钢板。
2.根据权利要求1所述的一种具有疏水特性的冷轧钢板防腐前处理方法，其特征在于，所述步骤(1)中，丙酮和乙醇的体积比为1:10-10:1；所述氯化氢溶液的浓度为1 mol/L。
3.根据权利要求1所述的一种具有疏水特性的冷轧钢板防腐前处理方法，其特征在于，所述步骤(1)中，置入丙酮和乙醇的混合溶液的超声时间为10-60min，置入氯化氢溶液中的超声时间为2-10min。
4.根据权利要求1所述的一种具有疏水特性的冷轧钢板防腐前处理方法，其特征在于，所述步骤(2)中刻蚀溶液的配置为：每配制100mL的刻蚀溶液需要40-80g的三氯化铁、4g硫脲、2g磷酸、8g盐酸；所述磷酸的浓度为10-14.7mol/L，所述盐酸的浓度为6-12mol/L。
5.根据权利要求1所述的一种具有疏水特性的冷轧钢板防腐前处理方法，其特征在于，所述步骤(2)中，所述恒温水浴锅温度为40-60℃、搅拌时间为40-60min、搅拌速率为200-280 r/min。
6.根据权利要求1所述的一种具有疏水特性的冷轧钢板防腐前处理方法，其特征在于，所述步骤(3)中锆盐转化膜溶液的配制为：每配制1L的锆盐转化膜溶液需要1g六氟锆酸、0.16g氟化氢铵和0.036g硝酸铜；所述六氟锆酸的浓度为5-7.3 mol/L。
7.根据权利要求1所述的一种具有疏水特性的冷轧钢板防腐前处理方法，其特征在于，所述步骤(3)中的振荡时间为3-4min。
8.根据权利要求1所述的一种具有疏水特性的冷轧钢板防腐前处理方法，其特征在于，所述步骤(4)中烘箱的温度为180-220℃，所述烘育时间为10-15min。
9.根据权利要求1所述的一种具有疏水特性的冷轧钢板防腐前处理方法，其特征在于，所述步骤(4)中聚乙烯薄膜的厚度为2mm。
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