CN110628248A - 钢铁表面自反应防护涂料及其应用 - Google Patents

钢铁表面自反应防护涂料及其应用 Download PDF

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Abstract

一种钢铁表面自反应防护涂料及其应用，所述涂料包括如下浓度的组分：有机酸100g/L～200g/L，络合剂50g/L～100g/L，碱金属氟化物5g/L～20g/L，盐酸羟胺5g/L～10g/L，表面活性剂1g/L～5g/L，填料200g/L～300g/L和溶剂水。本发明提供了将金属表面前处理与涂层保护一体化的工艺方案，金属表面可以不经繁杂且污染环境的前处理工序，直接形成防护涂层，适用于各种钢铁基体的防护过程，可为降低生产成本，减少环境污染，带动传统行业技术升级，起到积极推动作用。

Description

钢铁表面自反应防护涂料及其应用
技术领域
本发明涉及金属表面预处理技术领域，尤其涉及一种钢铁表面自反应防护涂料及其应用。
背景技术
据不完全统计，全世界每年钢材产量的1/3因腐蚀而损失，我国每年总腐蚀成本超过2.1万亿元，占国民生产总值的3.34％。我国从上世纪30年代开始，钢铁防腐工艺和涂装产品逐步得到发展，特别是20世纪70年代以后得到广泛应用，先进的技术、工艺、设计、生产和管理模式不断改造并取代就有模式，这些重大变革，提高了涂装量，延长了钢铁设备的使用寿命。但目前，中国的钢铁防腐工艺特别是涂装预(前)处理工艺仍远远落后发达国家水平，中国企业目前普遍使用的仍是传统的涂装预处理工艺，如强酸强碱法、抛丸喷砂法、动力工具法等。对钢铁表面除锈，一种是采取物理法，采用砂布、钢丝刷、铲刀等落后手工操作进行刮、铲、削、磨，这种操作不仅劳动强度大、工作效率低，而且工作环境恶劣，灰尘污染严重，威胁着人体健康。另一种是化学除锈法，也是目前应用最为广泛的一种工艺，常用的除锈剂是有机酸和无机酸，此方法成本低、效率高，但对设备腐蚀严重，存在着巨大的环境污染与人身健康威胁等隐患。
为了减少经济损失，节约金属资源，保护环境，保障人身安全，世界各国都在努力探索安全有效，符合环保要求的金属防腐蚀处理方法。简单、高效、环保的前处理工艺，将对降低生产成本，减少环境污染，带动传统行业技术升级，起到积极推动作用。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种钢铁表面自反应防护涂料及其应用，以期至少部分地解决上述提及的技术问题中的至少之一。
为实现上述目的，作为本发明的一个方面，提供了一种钢铁表面自反应防护涂料，包括如下浓度的组分：有机酸100g/L～200g/L，络合剂50g/L～100g/L，碱金属氟化物5g/L～20g/L，盐酸羟胺5g/L～10g/L，表面活性剂1g/L～5g/L，填料200g/L～300g/L和溶剂水。
作为本发明的另一个方面，提供了一种如上述的钢铁表面自反应防护涂料在钢铁表面防护中的应用，作为优选在被锈蚀的钢铁表面防护中的应用。
基于上述技术方案，本发明的技术方案至少具有以下有益效果其中之一或其中一部分：
(1)本涂料体系可以侵蚀金属表面氧化皮，腐蚀后的铁离子会和络合剂、碱金属氟化物，在表面活性剂的作用下发生原位反应，最终产物填充到氧化铝、二氧化硅骨架里得到防护涂层，从而实现不经前处理直接涂装的目的，形成前处理与防护涂层一体化处理体系；
(2)有机酸是草酸、钼酸、抗坏血酸及柠檬酸的复配，根据氧化层类型及结构，选择合适复配比例，实现迅速侵蚀含四氧化三铁、三氧化二铁及氧化亚铁的复杂氧化层；
(3)络合剂是EDTA二钠与葡萄糖酸钠的复配，实现即时络合有机酸侵蚀生成的多价态铁离子，可以保障有机酸侵蚀反应持续进行；
(4)碱金属氟化物与经络合剂络合的铁离子发生反应，盐酸羟胺在酸性环境中提供桥接的羟基，以保持体系稳定性，并可以在界面形成保护膜，阻止侵蚀后金属表面的二次氧化；
(5)阴离子表面活性剂，可以提高涂料体系分散性，增加反应界面活性并有助于强化界面保护膜的均匀化分布；
(6)活性纳米氧化铝和二氧化硅微粉，反应活性高，可以与侵蚀后产物进一步反应，并提供涂层的骨架结构，是最终涂层的主要组分；
(7)本发明采用的防护涂料，金属表面不经前处理即可形成涂层，操作简单，易于工业化实施，可显著降低实施成本，减少环境污染。
附图说明
图1是本发明实施例的钢铁基体表面初始状态图；
图2是本发明采用实施例3的防护涂料涂覆于钢铁基体表面状态图；
图3是本发明采用实施例3的防护涂料涂覆于钢铁基体表面成型图；
图4是本发明钢铁基体表面和实施例1-4的防护涂层的表面微观硬度测试结果图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明作进一步的详细说明。
本发明提供一种钢铁表面自反应防护涂料，可以侵蚀表面氧化层直接形成保护层，从而实现不经前处理直接涂装的目的。适用于钢铁金属表面的防护过程。
一种钢铁表面自反应防护涂料，包括如下浓度的组分：有机酸100g/L～200g/L，络合剂50g/L～100g/L，碱金属氟化物5g/L～20g/L，盐酸羟胺5g/L～10g/L，表面活性剂1g/L～5g/L，填料200g/L～300g/L和溶剂水。
在一些实施例中，有机酸包括草酸、钼酸、抗坏血酸和柠檬酸的组合；
其中草酸、钼酸、抗坏血酸和柠檬酸的浓度添加比例为(0.1～1)∶(0.1～1)∶(0.1～1)∶(0.1～1)。
在一些实施例中，络合剂包括EDTA二钠和葡萄糖酸钠的组合；
其中EDTA二钠和葡萄糖酸钠的浓度添加比例为(0.5～2)∶1。
在一些实施例中，碱金属氟化物为氟化钠或氟化钾。
在一些实施例中，表面活性剂为阴离子表面活性剂。
在一些实施例中，表面活性剂为十二烷基硫酸钠、十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠和乙氧基化烷基硫酸钠中的一种或多种。
在一些实施例中，填料包括活性纳米氧化铝和二氧化硅微粉的组合；
活性纳米氧化铝和二氧化硅微粉的浓度添加比例为(0.5～2)∶1。
如上述的钢铁表面自反应防护涂料在钢铁表面防护中的应用，作为优选在被锈蚀的钢铁表面防护中的应用。
在一些实施例中，钢铁表面自反应防护涂料在应用时被涂覆或喷涂于钢铁表面。
在一些实施例中，根据防护要求来确定活性纳米氧化铝和二氧化硅微粉具体比例。
以下列举多个具体实施例来对本发明的技术方案作详细说明。需要说明的是，下文中的具体实施例仅用于示例，并不用于限制本发明。
实施例1
一种钢铁表面自反应防护涂料组分如下：草酸25g/L、钼酸25g/L、抗坏血酸25g/L及柠檬酸有机酸25g/L，EDTA二钠25g/L，葡萄糖酸钠25g/L，氟化钠5g/L，盐酸羟胺5g/L，十二烷基硫酸钠1g/L，活性纳米氧化铝微粉100g/L，二氧化硅微粉100g/L，余量为水。将上述组分混合搅拌均匀，即得最终涂料。人工涂覆或机械喷涂至未经处理的轻度锈蚀的钢铁基体表面，得到防护涂层例1，可对金属表面起到耐磨、耐湿、耐氧化腐蚀等防护作用。
实施例2
一种钢铁表面自反应防护涂料组分如下：草酸25g/L、钼酸30g/L、抗坏血酸40g/L及柠檬酸有机酸50g/L，EDTA二钠40g/L，葡萄糖酸钠30g/L，氟化钠10g/L，盐酸羟胺7g/L，十二烷基硫酸钠1g/L，十二烷基苯磺酸钠2g/L，活性纳米氧化铝微粉150g/L，二氧化硅微粉100g/L，余量为水。将上述组分混合搅拌均匀，即得最终涂料。人工涂覆或机械喷涂至未经处理的中度锈蚀的钢铁基体表面，得到防护涂层例2，可对金属表面起到耐磨、耐湿、耐氧化腐蚀等防护作用。
实施例3
一种钢铁表面自反应防护涂料组分如下：草酸50g/L、钼酸40g/L、抗坏血酸30g/L及柠檬酸有机酸25g/L，EDTA二钠30g/L，葡萄糖酸钠40g/L，氟化钾10g/L，盐酸羟胺8g/L，十二烷基磺酸钠2g/L，乙氧基化烷基硫酸钠1g/L，活性纳米氧化铝微粉100g/L，二氧化硅微粉150g/L，余量为水。将上述组分混合搅拌均匀，即得最终涂料。人工涂覆或机械喷涂至未经处理的中度锈蚀的钢铁基体表面，得到防护涂层例3，可对金属表面起到耐磨、耐湿、耐氧化腐蚀等防护作用。
如图1-3所示，采用实施例3的自反应防护涂料对未经处理的中度锈蚀的钢铁基体表面进行涂覆或机械喷涂，得到的防护涂层例3，可不经前处理直接得到表面成型完整的，且与基体结合力好的防护涂层。
实施例4
一种钢铁表面自反应防护涂料组分如下：草酸50g/L、钼酸50g/L、抗坏血酸50g/L及柠檬酸有机酸50g/L，EDTA二钠50g/L，葡萄糖酸钠50g/L，氟化钾20g/L，盐酸羟胺10g/L，十二烷基磺酸钠2g/L，十二烷基硫酸钠3g/L，活性纳米氧化铝微粉150g/L，二氧化硅微粉150g/L，余量为水。将上述组分混合搅拌均匀，即得最终涂料。人工涂覆或机械喷涂至未经处理的重度锈蚀的钢铁基体表面，得到防护涂层例4，可对金属表面起到耐磨、耐湿、耐氧化腐蚀等防护作用。
对比例1
一种钢铁表面自反应防护涂料组分如下：EDTA二钠25g/L，葡萄糖酸钠25g/L，氟化钠5g/L，盐酸羟胺5g/L，十二烷基硫酸钠1g/L，活性纳米氧化铝微粉100g/L，二氧化硅微粉100g/L，余量为水。将上述组分混合搅拌均匀，即得最终涂料。人工涂覆或机械喷涂至未经处理的轻度锈蚀的钢铁基体表面，涂料与基体没有结合力，不能形成防护涂层。
对比例2
一种钢铁表面自反应防护涂料组分如下：草酸25g/L、钼酸25g/L、抗坏血酸25g/L及柠檬酸有机酸25g/L，氟化钠5g/L，盐酸羟胺5g/L，十二烷基硫酸钠1g/L，活性纳米氧化铝微粉100g/L，二氧化硅微粉100g/L，余量为水。将上述组分混合搅拌均匀，即得最终涂料。人工涂覆或机械喷涂至未经处理的轻度锈蚀的钢铁基体表面，不能形成防护涂层。
对比例3
一种钢铁表面自反应防护涂料组分如下：草酸25g/L、钼酸25g/L、抗坏血酸25g/L及柠檬酸有机酸25g/L，EDTA二钠25g/L，葡萄糖酸钠25g/L，十二烷基硫酸钠1g/L，活性纳米氧化铝微粉100g/L，二氧化硅微粉100g/L，余量为水。将上述组分混合搅拌均匀，即得最终涂料。人工涂覆或机械喷涂至未经处理的轻度锈蚀的钢铁基体表面，能形成结合力较弱的涂层，不能起到长期保护作用。
对比例4
一种钢铁表面自反应防护涂料组分如下：草酸25g/L、钼酸25g/L、抗坏血酸25g/L及柠檬酸有机酸25g/L，EDTA二钠25g/L，葡萄糖酸钠25g/L，氟化钠5g/L，盐酸羟胺5g/L，十二烷基硫酸钠1g/L，余量为水。将上述组分混合搅拌均匀，即得最终涂料。人工涂覆或机械喷涂至未经处理的轻度锈蚀的钢铁基体表面，形成硬度很小的薄涂层，不能起到长期保护作用。
测试：
采用显微维氏硬度计(上海第二光学仪器厂生产)，对实施例1-4得到的钢铁基体表面的防护涂层进行微观硬度测试，得到结果如图4。
结果表明，与原初始钢铁基体表面的微观硬度相比，经本发明钢铁表面自反应防护涂料得到的防护涂层的微观硬度显著提升，起到耐磨、耐湿、耐氧化腐蚀等防护作用。
综上所述，本发明提供了将钢铁金属表面前处理与涂层保护一体化的工艺方案，钢铁金属表面可以不经繁杂且污染环境的前处理工序，直接形成防护涂层，适用于各种钢铁基体的防护过程，可为增加企业经济效益，带动行业技术进步做出积极贡献。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种钢铁表面自反应防护涂料，其特征在于，包括如下浓度的组分：有机酸100g/L～200g/L，络合剂50g/L～100g/L，碱金属氟化物5g/L～20g/L，盐酸羟胺5g/L～10g/L，表面活性剂1g/L～5g/L，填料200g/L～300g/L和溶剂水。
2.根据权利要求1所述的一种钢铁表面自反应防护涂料，其特征在于，所述有机酸包括草酸、钼酸、抗坏血酸和柠檬酸的组合；
其中草酸、钼酸、抗坏血酸和柠檬酸的浓度添加比例为(0.1～1)∶(0.1～1)∶(0.1～1)∶(0.1～1)。
3.根据权利要求1所述的一种钢铁表面自反应防护涂料，其特征在于，所述络合剂包括EDTA二钠和葡萄糖酸钠的组合；
其中EDTA二钠和葡萄糖酸钠的浓度添加比例为(0.5～2)∶1。
4.根据权利要求1所述的一种钢铁表面自反应防护涂料，其特征在于，所述碱金属氟化物为氟化钠或氟化钾。
5.根据权利要求1所述的一种钢铁表面自反应防护涂料，其特征在于，所述表面活性剂为阴离子表面活性剂。
6.根据权利要求5所述的一种钢铁表面自反应防护涂料，其特征在于，所述表面活性剂为十二烷基硫酸钠、十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠和乙氧基化烷基硫酸钠中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的一种钢铁表面自反应防护涂料，其特征在于，所述填料包括活性纳米氧化铝和二氧化硅微粉的组合；
所述活性纳米氧化铝和二氧化硅微粉的浓度添加比例为(0.5～2)∶1。
8.一种如权利要求1至7任一项所述的钢铁表面自反应防护涂料在钢铁表面防护中的应用，作为优选在被锈蚀的钢铁表面防护中的应用。
9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述钢铁表面自反应防护涂料在应用时被涂覆或喷涂于钢铁表面。
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