CN112663036A - 一种金属表面前处理剂，制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于表面处理剂技术领域，具体涉及一种金属表面前处理剂，制备方法和应用。该金属表面前处理剂包括以下重量份的原料：水100份、镍盐8份～12份、碱金属硅酸盐5份～15份、氟硅酸盐2份～5份、表面活性剂0.5份～1.5份和成膜助剂0.3份～1份。该制备方法包括将镍盐，碱金属硅酸，氟硅酸盐，表面活性剂加入到水中，加热搅拌，并在55℃～60℃下保温，得到A组分；随后向A组分中加入成膜助剂，继续搅拌至完全溶解，过滤，得到金属表面前处理剂。用本发明的金属表面前处理剂来处理金属能够使金属表面与涂层之间的附着力提高，有效的解决了灶具燃烧器以及周边配件金属表面与高温漆的附着力在高温下较差的问题。
Description
技术领域
本发明属于表面处理剂技术领域，具体涉及一种金属表面前处理剂，制备方法和应用。
背景技术
灶具燃烧器以及周边配件由于其工作状态为高温环境，通常达到400℃以上。特别是聚能炉的火盖、分火器等部件在满负荷工作时更是达到800℃。目前市场上绝大部份灶具燃烧器及其周边配件表面是喷高温漆进行防护，为了增强高温下的附着力，基本是采用喷砂增加粗糙度的方法。
喷砂是以压缩空气为动力、利用高速砂流的冲击作用粗化基体表面的过程；由于高速砂流的直线作用，因此，边角位、复杂结构件等很难达到一致性效果、并且边角位往往涂层较厚，从而导致附着不良，并且，如蜂窝燃烧体等有无限少夹角的配件有藏有砂粒无法清理干净的质量问题(如图1)。
发明内容
本发明提供一种金属表面前处理剂，该前处理剂包括水，镍盐，碱金属硅酸盐，氟硅酸盐，表面活性剂和成膜助剂，其中成膜助剂为铵盐，通过上述原料的相互作用，使经过该前处理剂处理后的金属表面形成类似于磷化膜的蜂窝结构，增加了金属表面与涂层(例如高温漆)的接触面积，从而强化了金属表面与涂层的附着力，有效的解决了灶具燃烧器以及周边配件金属表面与高温漆的附着力在高温下较差的问题。
本发明的另一目的是提供一种上述金属表面前处理剂的制备方法，通过将镍盐，碱金属硅酸，氟硅酸盐，表面活性剂加入到水中，加热并搅拌，得到A组分；然后再将成膜助剂加入到A组分中，继续搅拌至完全溶解，过滤，得到金属表面前处理剂，制备过程简单，条件温和。
本发明的第三个目的是提供一种上述金属表面前处理剂在金属表面前处理方面的应用，将所述金属表面前处理剂用水稀释，并调节pH，采用浸泡法或喷淋法对金属进行前处理，经过前处理后的金属便于后续的涂装。
本发明所采用的技术方案是：
一种金属表面前处理剂，包括以下重量份的原料：
水100份、镍盐8份～12份、碱金属硅酸盐5份～15份、氟硅酸盐2份～5份、表面活性剂0.5份～1.5份和成膜助剂0.3份～1份，其中成膜助剂为铵盐。铵盐可以为能够溶于水的铵盐。
镍盐8份～12份说明镍盐可以为8份，可以为12份，也可以为8份～12份中的任意一个数值。碱金属硅酸盐5份～15份说明碱金属硅酸盐可以是5份，可以为15份，也可以为5份～15份中的任意一个数值。氟硅酸盐2份～5份说明氟硅酸盐可以为2份，可以为5份，也可以为2份～5份中的任意一个数值。表面活性剂0.5份～1.5份说明表面活性剂可以为0.5份，可以为1.5份，也可以为0.5份～1.5份中的任意一个数值。成膜助剂0.3份～1份说明成膜助剂可以为0.3份，可以为1份，也可以为0.3份～1份。
在本发明中，水作为溶剂，镍盐提供要置换的镍离子，碱金属硅酸盐提供硅酸盐物质，在酸与基材反应的过程中，部份镍离子会被置换吸附到基材上、同时碱金属硅酸盐会分解出二氧化硅同时吸附到基材上，也就是在反应过程中不断吸附，形成类似于磷化膜的蜂窝结构，增加涂层与基材结合的面积，进而提高涂层与基材之间的附着力；并且，成膜物质均耐高温，从而达到高温下使用的目的。
具体实施中，所述镍盐包括氯化镍、溴化镍、碘化镍或硫酸镍中的至少一种。
具体实施中，所述碱金属硅酸盐包块硅酸锂、硅酸镁、硅酸钠或硅酸钾中的至少一种。
具体实施中，所述氟硅酸盐包括氟硅酸钠、氟硅酸钾、氟硅酸铝或氟硅酸铁中的至少一种。
具体实施中，所述表面活性剂包括OP、十二烷基磺酸钠或十二烷基硫酸钠中的至少一种。
具体实施中，所述成膜助剂包括氯化铵、硫酸氢铵或氟化铵中的至少一种。
具体实施中，所述金属表面前处理剂为蓝色到浅蓝色透明液体，比重为1.05～1.15。比重的意思是本发明的金属表面前处理剂的密度与水的密度之比。
本发明还提供了一种上述的金属表面前处理剂的制作方法，该方法包括如下步骤：
S1、按照需要称取以下重量份的原料：水100份、镍盐8份～12份、碱金属硅酸盐5份～15份、氟硅酸盐2份～5份、表面活性剂0.5份～1.5份和成膜助剂0.3份～1份，其中成膜助剂为铵盐，备用；
S2、将镍盐，碱金属硅酸，氟硅酸盐，表面活性剂加入到水中，加热搅拌，搅拌均匀后在55℃～60℃下保温，得到A组分；
S3、向所述A组分中加入成膜助剂，继续搅拌至完全溶解，过滤，得到金属表面前处理剂。
本发明还提供了一种上述金属表面前处理剂的在金属表面前处理方面的应用，将所述金属表面前处理剂用水稀释，并调节pH，采用浸泡法或喷淋法对金属进行前处理。
具体实施中，若待处理的金属为不锈钢或铁，则该应用包括如下步骤：
首先，将所述金属表面前处理剂用水进行稀释，并将稀释后的溶液pH调至为1～2，得到工作液，其中金属表面前处理剂与稀释用水的重量比为20％～30％；然后，将工作液升温，随后将待处理的金属浸泡在工作液中1min～10min；最后水洗，干燥，得到经过表面前处理后的金属。
具体实施中，若待处理的金属为铝、锌、铜，则该应用包括如下步骤：
首先，将所述金属表面前处理剂用水进行稀释，并将稀释后的溶液pH调至为3～4，得到工作液，其中金属表面前处理剂与稀释用水的重量比为10％～20％；然后，将工作液升温，随后将待处理的金属浸泡在工作液中1min～10min；最后水洗，干燥，得到经过表面前处理后的金属。
与现有技术相比，采用上述方案本发明的有益效果为：
本发明通过将水，镍盐，碱金属硅酸盐，氟硅酸盐，表面活性剂，成膜助剂作为原料得到金属前处理剂，其中成膜助剂为铵盐，通过上述原料的相互作用，能够使处理后的金属表面形成均匀磷化膜式的蜂窝状结构，增强了金属表面的接触面积和粗糙度，从而提高了金属表面与高温漆的附着力，解决了灶具燃烧器以及周边配件金属表面与高温漆的附着力在高温下较差的问题。
而且本发明的前处理剂的原料均为常见材料，易于获取，成本低廉；同时本发明的前处理剂的制备方法和应用方法简单易操作，条件温和，适用于批量生产，具有美好的应用前景。
附图说明
图1是本发明背景技术部分提供的燃烧器表面涂层脱落的示意图，A为涂层掉落处；
图2是为本发明实施例1提供的前处理剂对燃烧器表面进行处理后在数码显微镜下的金属表面状态图。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明不仅仅局限于下面的实施例。
本发明提供了一种金属表面前处理剂，包括以下重量份的原料：
水100份、镍盐8份～12份、碱金属硅酸盐5份～15份、氟硅酸盐2份～5份、表面活性剂0.5份～1.5份和成膜助剂0.3份～1份，其中成膜助剂为铵盐。
在本发明中，水作为溶剂，镍盐提供要置换的镍离子，碱金属硅酸盐提供硅酸盐物质，在酸与基材反应的过程中，部份镍离子会被置换吸附到基材上、同时碱金属硅酸盐会分解出二氧化硅同时吸附到基材上，也就是在反应过程中不断吸附，形成类似于磷化膜的蜂窝结构，增加涂层与基材结合的面积，进而提高涂层与基材之间的附着力；并且，成膜物质均耐高温，从而达到高温下使用的目的。
将本发明的金属表面前处理剂应用在金属表面前处理方面时，具体包括如下步骤：
首先，将待处理的金属表面做脱脂、除锈处理，随后水洗金属表面，得到待用金属；
然后，配制工作液，具体为将上述的金属表面前处理剂用水稀释至适当的程度，随后用酸调整溶液pH至合适的程度；
其次，将工作液加热到45℃～55℃，并将待用金属浸泡到工作液中1min～10min，对工作液进行加热的目的是为了提高反应速度，而浸泡时间会影响在金属表面成膜的厚度，例如浸泡时间越长，成膜厚度约厚；
最后，将浸泡后的金属取出后，水洗，烘干或风干，得到经过前处理后的金属。
实施例1
本实施例提供了一种金属表面前处理剂，包括以下重量份的原料：
水1000g、氯化镍0.1g、硅酸钠0.1g、氟硅酸铝0.035g、十二烷基磺酸钠0.01g和氯化铵0.007g。
本实施例还提供了上述金属表面前处理剂的制备方法，该方法包括以下步骤：
S1、按照需要称取以下重量份的原料：水1000g、氯化镍0.1g、硅酸钠0.1g、氟硅酸铝0.035g、十二烷基磺酸钠0.01g和氯化铵0.007g，备用；
S2、将镍盐，碱金属硅酸盐，氟硅酸盐，表面活性剂加入到水中，加热搅拌，搅拌均匀后在55℃～60℃下保温10min，得到A组分；
S3、向所述A组分中加入成膜助剂，继续搅拌均匀，用400目滤网过滤，得到蓝色到浅蓝色透明的金属表面前处理剂，且此金属表面前处理剂的比重为1.05～1.15。
因为在使用过程中，为了确保金属表面前处理剂的稳定性，所以需要对制备得到的金属表面前处理剂灌装密封保存。
本实施例还提供将上述的金属表面前处理剂应用于处理不锈钢(例如SUS409)，具体过程如下：
首先，将待处理的金属表面做脱脂、除锈处理，随后水洗金属表面，得到待用金属；然后，将所述金属表面前处理剂用水进行稀释，并将稀释后的溶液pH调至为1～2，得到工作液，其中金属表面前处理剂与稀释用水的重量比为20％～30％；其次，将工作液升温至45℃，随后将待用金属浸泡在工作液中5min；最后水洗，干燥，得到经过表面前处理后的金属。
本实施例通过调整待用金属在工作液中的浸泡时间，得到一系列膜厚的不锈钢产品，具体得到膜厚度分别为10μm，15μm，20μm，25μm，30μm，35μm，40μm，45μm。
本实施例还提供将上述的金属表面前处理剂应用于处理铜，具体过程如下：
首先，将待处理的金属表面做脱脂、除锈处理，随后水洗金属表面，得到待用金属；然后，将所述金属表面前处理剂用水进行稀释，并将稀释后的溶液pH调至为3～4，得到工作液，其中金属表面前处理剂与稀释用水的重量比为10％～20％；其次，将工作液升温至55℃，随后将待用金属浸泡在工作液中10min；最后水洗，干燥，得到经过表面前处理后的金属。
观察发现经过前处理后的不锈钢或铜外观均稍微带彩色，表面亲水不挂水珠，并且在1000倍数码显微镜下看到如如2所示的类似磷化膜的蜂窝状结构。
实施例2
本实施例提供了一种金属表面前处理剂，包括以下重量份的原料：
水1000g、硫酸镍0.08g、硅酸镁0.05g、氟硅酸铁0.02g、OP 0.005g和硫酸氢铵0.003g份。
本实施例中前处理的制备方法及应用方法与实施例1的相同。
实施例3
本实施例提供了一种金属表面前处理剂，包括以下重量份的原料：
水1000g、溴化镍0.12g、硅酸钾0.15g、氟硅酸钠0.05g、十二烷基硫酸钠0.015g和氟化铵0.01g。
本实施例中前处理的制备方法及应用方法与实施例1的相同。
实施例4
与实施例1的金属表面前处理剂的成分和制备方法及应用方法相同，不同的是本实施例中镍盐为氯化镍和硫酸镍。
实施例5
与实施例1的金属表面前处理剂的成分和制备方法及应用方法相同，不同的是本实施例中碱金属硅酸盐为硅酸锂和硅酸钠。
实施例6
与实施例1的金属表面前处理剂的成分和制备方法及应用方法相同，不同的是本实施例中氟硅酸盐为氟硅酸钠和氟硅酸铁。
实施例7
与实施例1的金属表面前处理剂的成分和制备方法及应用方法相同，不同的是本实施例中表面活性剂为OP和十二烷基磺酸钠。
实施例8
与实施例1的金属表面前处理剂的成分和制备方法及应用方法相同，不同的是本实施例中成膜助剂为氯化铵和硫酸氢铵。
对比例1
与实施例1的金属表面前处理剂的成分和制备方法及应用方法相同，不同的是用本对比例的金属表面前处理剂对铜进行前处理时的工作液的pH为2。
对比例2
与实施例1的金属表面前处理剂的成分和制备方法及应用方法相同，不同的是用本对比例的金属表面前处理剂对铜进行前处理时的工作液的pH为5。
对比例3
与实施例1的金属表面前处理剂的成分和制备方法及应用方法相同，不同的是本对比例中不加入碱金属硅酸盐。
对比例4
与实施例1的金属表面前处理剂的成分和制备方法及应用方法相同，不同的是本对比例中不加入镍盐。
对比例5
对铜金属表面进行陶化处理。
对比例6
对铜金属表面进行喷砂处理。
对比例7
不对铜金属表面进行前处理，做为空白对照组。
结果分析：
1、首先，对经过表面前处理后的SUS409不锈钢火盖进行涂装，即在经过前表面处理后的SUS409不锈钢火盖表面喷涂耐1000℃的高温无机黑色涂层，得到验证品；然后，将验证品放入800℃的高温炉中恒温2h，取出后自然冷却至室温并放置2h后按照GB/T9286的规定，对附着力进行测试和评级，其中评级不大于1级为合格，具体结果如表1。
表1
从表1可以看出，采用本发明的金属表面前处理剂处理过的金属与涂层的附着力明显优于目前使用的喷砂和陶化工艺，特别在边角位、厚涂方面优势更为明显。
2、首先，对经过表面前处理后的铜火盖进行涂装，即在经过前表面处理后的铜火盖表面喷涂耐1000℃的高温无机黑色涂层，得到验证品；然后，将验证品放入800℃的高温炉中恒温2h，取出后自然冷却至室温并放置2h后按照GB/T9286的规定，对附着力进行测试和评级，其中评级不大于1级为合格，具体结果如表2。
表2
| 经800℃恒温2小时测试后的附着力 | |
| 实施例1 | OK/0级 |
| 对比例1 | NG/2级 |
| 对比例2 | NG/2级 |
| 对比例3 | NG/4级 |
| 对比例4 | NG/4级 |
| 对比例5 | NG/4级 |
| 对比例7 | NG/5级 |
从表2中可以看出若本发明的金属表面前处理剂缺少原料，或工作液pH不在范围内均无法达到既定的附着力要求，这也说明只有通过本发明的金属表面前处理剂处理的金属才能够提供金属表面与涂层之间的附着力。
在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表达不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的母体特征、结构、材料或特点可以在任何一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (11)
1.一种金属表面前处理剂，其特征在于，包括以下重量份的原料：
水100份、镍盐8份～12份、碱金属硅酸盐5份～15份、氟硅酸盐2份～5份、表面活性剂0.5份～1.5份和成膜助剂0.3份～1份，其中成膜助剂为铵盐。
2.根据权利要求1所述的金属表面前处理剂，其特征在于，所述镍盐包括氯化镍、溴化镍、碘化镍或硫酸镍中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的金属表面前处理剂，其特征在于，所述碱金属硅酸盐包块硅酸锂、硅酸镁、硅酸钠或硅酸钾中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的金属表面前处理剂，其特征在于，所述氟硅酸盐包括氟硅酸钠、氟硅酸钾、氟硅酸铝或氟硅酸铁中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的金属表面前处理剂，其特征在于，所述表面活性剂包括OP、十二烷基磺酸钠或十二烷基硫酸钠中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的金属表面前处理剂，其特征在于，所述成膜助剂包括氯化铵、硫酸氢铵或氟化铵中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的金属表面前处理剂，其特征在于，所述金属表面前处理剂为蓝色到浅蓝色透明液体，比重为1.05～1.15。
8.一种权利要求1-7任一项所述的金属表面前处理剂的制作方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
S1、按照需要称取以下重量份的原料：水100份、镍盐8份～12份、碱金属硅酸盐5份～15份、氟硅酸盐2份～5份、表面活性剂0.5份～1.5份和成膜助剂0.3份～1份，其中成膜助剂为铵盐，备用；
S2、将镍盐，碱金属硅酸盐，氟硅酸盐，表面活性剂加入到水中，加热搅拌，搅拌均匀后在55℃～60℃下保温，得到A组分；
S3、向所述A组分中加入成膜助剂，继续搅拌均匀，过滤，得到金属表面前处理剂。
9.一种权利要求1-7任一项所述的金属表面前处理剂在金属表面前处理方面的应用，其特征在于，将所述金属表面前处理剂用水稀释，并调节pH，采用浸泡法或喷淋法对金属进行前处理。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，若待处理的金属为不锈钢或铁，则该应用包括如下步骤：
首先，将所述金属表面前处理剂用水进行稀释，并将稀释后的溶液pH调至为1～2，得到工作液，其中金属表面前处理剂与稀释用水的重量比为20％～30％；然后，将工作液升温，随后将待处理的金属浸泡在工作液中1min～10min；最后水洗，干燥，得到经过表面前处理后的金属。
11.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，若待处理的金属为铝、锌、铜，则该应用包括如下步骤：
首先，将所述金属表面前处理剂用水进行稀释，并将稀释后的溶液pH调至为3～4，得到工作液，其中金属表面前处理剂与稀释用水的重量比为10％～20％；然后，将工作液升温，随后将待处理的金属浸泡在工作液中1min～10min；最后水洗，干燥，得到经过表面前处理后的金属。
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