CN110408917A

CN110408917A - 一种低成本耐候钢锈板生产方法

Info

Publication number: CN110408917A
Application number: CN201910561865.8A
Authority: CN
Inventors: 郎丰军; 黄先球; 李江文; 吴玮巍; 彭浩; 庞涛; 程鹏; 马颖; 何嘉
Original assignee: Wuhan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Wuhan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2019-06-26
Filing date: 2019-06-26
Publication date: 2019-11-05

Abstract

本发明公开了一种低成本耐候钢锈板生产方法，包含如下步骤：去除耐候钢表面氧化铁皮；配置1％～5％质量浓度的三氯化铁水溶液为成锈剂和1％～5％质量浓度的磷酸三钠与5％～10％质量浓度的棕色素为稳定化剂；将耐候钢板浸入成锈剂中，立即取出，空气中放置30分钟使耐候钢表面干燥，出现黄锈，再放置至少3小时，耐候钢表面形成一层均匀的锈层；将成锈后的耐候钢钢板浸入稳定化剂中，立即取出，30分钟后耐候钢表面干燥，耐候钢表面黄锈转变为棕色即完成耐候钢锈板的生产。使耐候钢板短时间内成锈，并使锈层稳定，为用户提供可直接使用的耐候钢锈板，不出现锈液流挂。

Description

一种低成本耐候钢锈板生产方法

技术领域

本发明涉及钢材防腐技术领域，涉及到钢材在大气中的腐蚀与防护，具体地指一种低成本耐候钢锈板生产方法。

背景技术

耐候钢即耐大气腐蚀钢，由普碳钢添加少量铜、镍等耐蚀元素而成。耐候钢经过长期大气曝晒其表面上形成了稳定、致密的保护性锈层，阻碍了腐蚀介质的进入，从而提高了耐蚀性能，较普碳钢提高2～8倍。研究表明，在自然环境下，耐候钢形成稳定的保护性锈层需要4年及以上的时间，并且在形成稳定化锈层之前常常出现锈液流挂现象。特别是当大气中污染物(Cl^-、SO₂)浓度较高时，流挂现象更加严重，不仅对环境造成污染，而且极大影响了耐候钢建筑物的美观，限制了耐候钢作为装饰板的使用。因此，缩短耐候钢形成稳定锈层时间，为用户提供具有稳定锈层的耐候钢板具有重要意义。

现今，人们为了使耐候钢锈液不流挂开展了多方面研究。山下正人等提出，把初期生成红锈(γ-FeOOH)和最终生成稳定锈层(α-FeOOH)的构成比(α/γ)规定为生成稳定锈层的定量指标，当α/γ大于2时，认为生成稳定锈层。因此，锈层稳定化技术中如何有效地控制早期锈蚀、形成致密稳定的锈层，从而在涂膜中获得FeOOH，是该技术的首要关键。

现有申请的专利中，北京科技大学申请的专利“一种加速耐候钢表面锈层稳定化的喷液预处理方法(CN201210497491.6)”，处理剂由0.1％～3％NaCl、0.3％～3％FeSO4、0.1％～3％CuSO4和0.3％～3％NaHSO3与水混合搅拌均匀得到。武钢申请的专利“耐候钢表面锈层稳定化处理剂及其制备方法(CN201310083703.0)”处理剂由25～45％的醇酸清漆、4～12％的焦磷酸铜、2～10％的铬酸钡、1～14％的Fe₃O₄、20～50％的Fe₂O₃、1～10％的溶剂油和0.5～5％的分散剂组成。鞍钢申请的专利“一种耐候钢用表面稳定处理剂(CN201010201707.0)”，处理剂是由主剂38～47，辅剂1.8～16，改性剂1～2，促进剂1～3，阻锈剂0.5～3引发剂1～1.5，添加剂0.002～0.005，余量溶剂为乙醇组成的。上述技术主要对耐候钢锈层稳定化处理进行了表述，未提供耐候钢锈板生产工艺技术，并且处理剂成分较多，配制繁琐，且成本较高。

发明内容

基于以上现有技术的不足，本发明所解决的技术问题在于提供一种低成本耐候钢锈板生产方法，使耐候钢板短时间内成锈，并使锈层稳定，为用户提供可直接使用的耐候钢锈板，不出现锈液流挂。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种低成本耐候钢锈板生产方法，包含如下步骤：

步骤一、去除耐候钢表面氧化铁皮；

步骤二、配置成锈剂和稳定化剂；

步骤三、将耐候钢板浸入成锈剂中，立即取出，空气中放置30分钟使耐候钢表面干燥，出现黄锈，再放置至少3小时，耐候钢表面形成一层均匀的锈层；

步骤四、将成锈后的耐候钢钢板浸入稳定化剂中，立即取出，30分钟后耐候钢表面干燥，耐候钢表面黄锈转变为棕色即完成耐候钢锈板的生产。

作为上述技术方案的优选，本发明提供的低成本耐候钢锈板生产方法进一步包括下列技术特征的部分或全部：

作为上述技术方案的改进，所述步骤一中，去除耐候钢表面氧化铁皮的方法为喷丸或者酸洗。

作为上述技术方案的改进，所述步骤二中，成锈剂为1％～5％质量浓度的三氯化铁水溶液。

成锈剂：采用1％～5％浓度的三氯化铁，使用该成锈剂的成锈机理如下：

成锈剂中Fe³⁺离子具有较强的氧化性，可以与钢板基体发生反应，反应如下：

2Fe³⁺+Fe→3Fe²⁺ (1)

同时在溶解氧的水溶液中，耐候钢腐蚀过程包括阳极和阴极两部分，反应如下：

阳极：Fe→Fe²⁺+2e^2- (2)

阴极：1/2O₂+H₂O+2e→2OH^- (3)

总反应：Fe+1/2O₂+H₂O→Fe(OH)₂ (4)

锈层中，γ-FeOOH是最早形成的铁的氧化物，是非稳定相，可以通过溶解和沉淀生成α-FeOOH。由于其保护性较差，因此不希望在锈层中存在大量γ-FeOOH，而α-FeOOH较为稳定，可显著增加锈层的保护性能。

作为上述技术方案的改进，所述步骤二中，稳定化剂中磷酸三钠的质量浓度为1％～5％，并且棕色素的质量浓度为5％～10％。

稳定化剂：采用磷酸三钠的质量浓度为1％～5％，并且棕色素的质量浓度为5％～10％的混合溶液作为稳定化剂。使用该稳定化剂原理如下：

PO₄ ³⁺+Fe³⁺→FePO₄ (5)

磷酸根可以与锈层表面的Fe³⁺离子发生反应，生成FePO₄钝化膜。堵塞锈层裂纹及孔隙，避免了空气和水分与耐候钢基体接触。棕色素可以覆盖黄锈，使耐候钢锈板呈棕色。

生产工艺：核心工艺参数为浸泡处理、浸泡处理1次、成锈与稳定化间隔时间3小时。具体生产工艺如下：

首先，去除耐候钢表面氧化铁皮，可以使用喷丸或者酸洗方法。然后，将耐候钢板浸入成锈剂，立即取出。30分钟耐候钢表面干燥，出现黄锈，3小时后耐候钢表面形成一层黄色的锈层，附图1为成锈后的耐候钢耐候钢。将成锈后的耐候钢板浸入成锈剂中，立即取出，30分钟耐候钢表面干燥，耐候钢表面黄锈转变为棕色，见附图2。即完成耐候钢锈板的生产，可打包运输发货。

处理工艺参数限定原理如下：

(1)处理方式：常用的处理方式有浸泡和喷雾。由于浸在耐候钢表面附着的成锈剂量大，从而使式(1)反应增大，成锈反应量增大，单次成锈量较喷雾处理大。喷雾处理较浸泡处理成锈速度快，但耐候钢表面成锈量较涂刷处理少，2次喷雾成锈量仍少于1次涂刷成锈量。另外，喷雾处理的成锈剂在耐候钢表面形成细小水滴状，成锈剂水滴各区域含氧量和成锈剂含量不同最终锈层不均，为斑点状。因此，本发明选用一次成锈效果较好的涂刷处理。

(2)处理次数：浸泡处理1次，耐候钢表面便可出现均匀黄锈，厚度约1微米，锈层由γ-FeOOH和α-FeOOH组成。浸泡处理2次，锈层厚度增加至1.2微米，锈层同样由γ-FeOOH和α-FeOOH组成。但是手触碰锈层，可见脱落的浮锈，这是由于成锈反应使钢板表面生成的非稳定相γ-FeOOH含量较高，易于脱落。因此处理次数增加，不仅处理成本增加，而且会导致钢板表面浮锈增多，遇水后将使表面锈层颜色不均匀。因此，本发明选定的浸泡处理次数为1次。

(3)成锈与稳定化间隔时间：耐候钢浸泡处理成锈剂后，发生成锈反应，式(1)(2)(3)所示。30分钟内成锈剂大部分挥发，其后仍存在少量水分在耐候钢表面维持薄液膜状态，继续发生腐蚀成锈。试验发现，浸泡成锈剂后3小时内耐候钢表面不断成锈，3小时后耐候钢表面锈层颜色变化不大。因此，本发明选定的成锈与稳定化间隔时间为3小时。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有如下有益效果：

(1)本发明方法生产耐候钢锈板具有成本低的特点，其中成锈剂和稳定化剂分别采用廉价的三氯化铁和磷酸三钠、棕色素，生产工艺均为一次浸泡处理，成本低。

现有专利中处理剂成本较本发明高5～20倍，例如成本较低的“一种加速耐候钢表面锈层稳定化的喷液预处理方法(CN201210497491.6)”，处理剂成本较本发明高5倍。而现有专利的大多需要处理2次以上，工艺成本较本发明高2倍以上。

(2)本发明方法实现了快速生产耐候钢锈板，能够在4小时内使耐候钢表面形成一层稳定、致密的锈层。

现有专利中未对耐候钢快速成锈时间进行明确说明。

(3)本发明方法生产的耐候钢锈板颜色均一、不淌黄锈、锈层稳定。

(4)本发明方法工艺简单，易于实现工业化生产。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下结合优选实施例，详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍。

图1是本发明实施例1成锈后的耐候钢钢板；

图2是本发明实施例1稳定化后耐候钢钢板；

图3是本发明实施例1室外曝晒3个月的耐候钢锈板

具体实施方式

下面详细说明本发明的具体实施方式，其作为本说明书的一部分，通过实施例来说明本发明的原理，本发明的其他方面、特征及其优点通过该详细说明将会变得一目了然。

实例1：取1#批次耐候钢耐候钢，使用酸洗方法去除耐候钢表面氧化铁皮。配置1％浓度的FeCl₃，作为成锈剂。1％浓度的磷酸三钠和5％浓度的棕色素，作为稳定化剂。将耐候钢板浸入成锈剂中，立即取出。30分钟耐候钢表面干燥，出现黄锈，放置3小时后耐候钢表面形成一层均匀的锈层。将成锈后的耐候钢钢板浸入稳定化剂中，立即取出。30分钟后耐候钢表面干燥，耐候钢表面黄锈转变为棕色。即完成耐候钢锈板的生产。

将生产的耐候钢锈板，放置在室外曝晒，连续观察3个月，遇雨水后耐候钢表面不淌黄锈，未出现黄锈斑，锈层颜色保持为棕色，物相分析可得α-FeOOH与γ-FeOOH的构成比(α/γ)大于2，附图3为室外曝晒3个月的耐候钢锈板。这些数据表明本发明生产的耐候钢锈板颜色均一、不淌黄锈、锈层致密、稳定。

实例2：取1#批次耐候钢耐候钢，使用酸洗方法去除耐候钢表面氧化铁皮。配置5％浓度的FeCl₃，作为成锈剂。5％浓度的磷酸三钠和10％浓度的棕色素，作为稳定化剂。将耐候钢板浸入成锈剂中，立即取出。30分钟耐候钢表面干燥，出现黄锈，放置3小时后耐候钢表面形成一层均匀的锈层。将成锈后的耐候钢钢板浸入稳定化剂中，立即取出。30分钟后耐候钢表面干燥，耐候钢表面黄锈转变为棕色。即完成耐候钢锈板的生产，打包运输发货。

实例3：取1#批次耐候钢耐候钢，使用酸洗方法去除耐候钢表面氧化铁皮。配置3％浓度的FeCl₃，作为成锈剂。5％浓度的磷酸三钠和5％浓度的棕色素，作为稳定化剂。将耐候钢板浸入成锈剂中，立即取出。30分钟耐候钢表面干燥，出现黄锈，放置3小时后耐候钢表面形成一层均匀的锈层。将成锈后的耐候钢钢板浸入稳定化剂中，立即取出。30分钟后耐候钢表面干燥，耐候钢表面黄锈转变为棕色。即完成耐候钢锈板的生产，打包运输发货。

实例4：取1#批次耐候钢耐候钢，使用酸洗方法去除耐候钢表面氧化铁皮。配置4％浓度的FeCl₃，作为成锈剂。3％浓度的磷酸三钠和8％浓度的棕色素，作为稳定化剂。将耐候钢板浸入成锈剂中，立即取出。30分钟耐候钢表面干燥，出现黄锈，放置3小时后耐候钢表面形成一层均匀的锈层。将成锈后的耐候钢钢板浸入稳定化剂中，立即取出。30分钟后耐候钢表面干燥，耐候钢表面黄锈转变为棕色。即完成耐候钢锈板的生产，打包运输发货。

实例5：取1#批次耐候钢耐候钢，使用酸洗方法去除耐候钢表面氧化铁皮。配置2％浓度的FeCl₃，作为成锈剂。4％浓度的磷酸三钠和3％浓度的棕色素，作为稳定化剂。将耐候钢板浸入成锈剂中，立即取出。30分钟耐候钢表面干燥，出现黄锈，放置3小时后耐候钢表面形成一层均匀的锈层。将成锈后的耐候钢钢板浸入稳定化剂中，立即取出。30分钟后耐候钢表面干燥，耐候钢表面黄锈转变为棕色。即完成耐候钢锈板的生产，打包运输发货。

本发明所列举的各原料，以及本发明各原料的上下限、区间取值，以及工艺参数(如温度、时间等)的上下限、区间取值都能实现本发明，在此不一一列举实施例。

以上所述是本发明的优选实施方式而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和变动，这些改进和变动也视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种低成本耐候钢锈板生产方法，其特征在于，包含如下步骤：

步骤一、去除耐候钢表面氧化铁皮；

步骤二、配置成锈剂和稳定化剂；

2.如权利要求1所述的低成本耐候钢锈板生产方法，其特征在于：所述步骤一中，去除耐候钢表面氧化铁皮的方法为喷丸或者酸洗。

3.如权利要求1所述的低成本耐候钢锈板生产方法，其特征在于：所述步骤二中，成锈剂为1％～5％质量浓度的三氯化铁水溶液。

4.如权利要求1所述的低成本耐候钢锈板生产方法，其特征在于：所述步骤二中，稳定化剂中磷酸三钠的质量浓度为1％～5％，并且棕色素的质量浓度为5％～10％。