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本发明属于金属化学中防锈保护领域。更适用于各种低合金钢制品中船舶、桥梁和建筑等金属构件。本发明铁锈转化剂是以磷酸为主,以水为溶剂,并含有有机酸、催化剂、防锈剂、缓蚀剂、活性剂、渗透剂和合金粉所组成。该转化剂与现有技术相比较,具有成份设计合理,适用范围宽,综合性能好,而且经济等特点。

Description

一种铁锈转化剂
本发明属于金属化学中防锈保护领域。更适用于各种碳钢、低合金钢制品中的轮船、贮罐、铁塔、桥梁等建筑用金属构件。
目前，国内外已开发研制出多种类型的“带锈涂料”，这类涂料可以直接涂覆在生锈的钢铁表面，通过对锈层的渗透、转化或稳定，起到保护作用，从而省去除锈工作，实现了除锈与涂漆的统一。但是这类产品有许多不足如：(1)这类涂料对实际应用条件要求苛刻，如锈层厚度、均匀性等对其性能影响极大；(2)这类涂料中树脂成膜物及有机溶剂的存在，影响了涂料中对锈产生作用物质的功能发挥，对锈的作用不完全彻底，因而达不到预期的效果。在现有技术中，有采用水制处理液进行防锈处理。这类处理液目前基本上有两种类型，即丹宁酸型(如澳大利亚的EXIT RUST)和磷酸型(如美国的KO-99)，前者只能用在锈层十分均匀的理想条件下，后者则容易出现泛白、粉化等现象。澳大利亚的克莱斯默公司提供了一种铁锈转化剂(磷酸型)(中国专利：公开号CN1049871A)，它由两相组成，使用不方便，且用去离子水配制，成本高。
本发明的目的是提出一种成份设计合理，适用范围宽，综合性能好，经济的铁锈转化剂。
通过对钢材表面的带锈处理结果发现带锈涂料中有机溶剂(稀释剂)和树脂类成膜物的存在，对涂料中与锈作用的物质正常功能发挥有很大的影响，对锈的作用往往只局限在表层渗透性能较差，不能完全、彻底地使锈层得到处理，因而也就达不到预期的效果，这是目前市场上带锈涂料普遍存在的一个问题。从对锈的作用来看，带锈涂料有渗透型、转化型、稳定型，这类涂料所用转化剂主要有两种，即丹宁酸和磷酸。通过试验，我们发现丹宁酸确实可与铁锈作用，生成黑色产物，但是存在如下问题：
(1)该产物有一部分是水溶性的，所以一但表面有水份存在，必然降低表面电解液的电阻，这对钢铁的防腐蚀是不利的。
(2)黑色转化层的性质与使用丹宁酸的批号有关，可能虽然不同批的产品，结构有所差异所致。这也给试验工作和产品质量的稳定带来困难。
(3)丹宁酸只能与铁锈发生反应，对金属铁本身不产生作用。
由于上述原因，本发明铁锈转化剂则是以磷酸为主的处理液，根据本发明目的所提出的铁锈转化剂，其特征在于该转化剂是一种以磷酸为主，以水为溶剂，并含有有机酸、催化剂、防锈剂、缓蚀剂、活性剂、渗透剂和合金粉所组成的处理液，其具体化学成份为(重量％)：磷酸(H3PO4，85％)为35-50％，有机酸为8-10％，自来水为35-45％，催化剂为1.0-2.0％，防锈剂为0.2-0.8％，缓蚀剂为0.05-0.5％，活性剂为0.01-1.0％，渗透剂为0.05-2.0％，合金粉为4-9％。本发明铁锈转化剂的其他特征还有在成份中，催化剂应该是MnCO3、ZnCO3、ZnO中的任意一种或两种和两种以上之和所组成。缓蚀剂应该是苯甲酸钠、酒石酸和柠檬酸中的任意一种或两种和两种以上之和所组成。防锈剂应该是MoO3和KNO2中的任意一种。渗透剂应该是丙三醇、山梨糖醇和聚乙二醇中的任意一种或两种和两种以上之和所组成。活性剂应该是十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、石油磺酸钠、十二烷醇硫酸钠、十二烷基醇磷酸酯和烷基聚氧乙烯磷酸脂中的任意一种或两种和两种以上之和所组成。有机酸应该是甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、戊酸中的任意一种酸。但尤其以乙酸为最好。下面对本发明铁锈转化剂成份中各化学组份的作用详细叙述。
在本发明中，磷酸不仅可与钢材表面锈层发生反应，使其转化成稳定的保护膜层，而且可对未生锈部分产生磷化作用，同样生成保护膜层，从而保证了保护膜层的连续性和整体性。
在本发明中，催化剂主要是MnCO3、ZnCO3、ZnO中的任一种或两种以上之和。催化剂的存在可以与铁锈中的硫酸盐反应，有利于生成一种磷酸盐固定下来。
在本发明中，合金粉是铁粉或机加工中的铁屑，合金粉可以协助将铁锈转化成磁铁矿。X-射线衍射试验也表明，转化后的膜层中含多种晶形的铁、锰、锌等的磷酸盐。
在本发明中，有机酸可以是甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、戊酸有机酸中的任意一种，但尤以乙酸最好。
在本发明中，缓蚀剂主要是苯甲酸钠、酒石酸和柠檬酸中的任一种或两种以上之和。防锈剂主要是MoO3和KNO2中的任一种。缓蚀剂和防锈剂可使钢材未锈部分的表面钝化，同时也能封闭磷酸盐膜层的缺陷，并促进磷化膜层的沉积，从而提高了防护膜层的耐蚀性能，进一步增强防锈效果。
在本发明中，渗透剂主要是丙三醇、山梨糖醇和聚乙二醇中的任一种或两种和两种以上之和。渗透剂的作用在于使处理液对锈层的作用更完全、更彻底。
在本发明中，活化剂为十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、石油磺酸钠、十二烷醇硫酸钠、十二烷基醇磷酸酯、烷基聚氧乙烯磷酸脂中的任一种或两种和两种以上之和。活性剂的存在可以改善处理液与钢表面的亲润性，并能处理表面上的少量油污，给实际操作带来方便。
本发明铁锈转化剂的生产方法与现有技术相似，首先将各化学组份按设定量取出后，按生产程序放至混合溶器中进行加热混匀后，即可使用。也可灌入瓶中封闭长期贮存。
本发明铁锈转化剂与现有技术相比较具有以下特点：
1、具有多种功能：使常温磷化剂、钝化剂、铁锈转化剂融为一体。
2、以工业用水为基，干燥过程不挥发有机物，不污染环境，同时又降低了成本。
3、操作安全可靠，对钢基不产生氢脆，不燃不爆且性能稳定，贮存期长。
4、实用性强，综合性能好，对均匀和不均匀的锈蚀状况均可适用，劳动强度低、工效高。涂后形成的膜层耐蚀性能优良，可作为一层底漆使用。且该膜层与环氧、醇酸、酚醛等大多数漆类具有良好的相容配套性。
实施例：
根据本发明铁锈转化剂的成份范围，我们共配制了六种不同组份含量的本发明转化剂，见表1。为了对比我们还参照国标GB/T12612-90，进行了浸渍试验和CuSO4点滴试验。为进一步检验成膜的耐蚀性能，还进行了室内加速腐蚀试验和挂片曝晒试验。试验所用钢板为普通冷轧钢板，试验结果见下表。表1为本发明实施例的成份含量表。表2为浸渍试验对比表，表3为CuSO4点滴试验的对比表，表4为盐雾试验的对比表。下面为对比试验结果。
试验1为浸渍试验，见表2，在表2中底漆均为红丹底漆，面漆为醇酸二氧化钛漆。
试验2为CuSO4对比试验，见表3，参照国标GB6807-86进行，将配好的CuSO4溶液滴在不同部位，观察并记下钢铁表面出现金属铜颜色的时间。由表3可见，经处理后的表面耐蚀性大大提高，而且性能优于国外同类产品EXITRUST和K0-99。
试验3盐雾试验
按ASTMB117进行。在35℃，PH＝7的条件下，以5％NaCl连续喷雾一定时间，观察试片上膜层的变化情况。结果发现，所有试片经过150小时盐雾，膜本身结合完好，无起皮、松动、脱落情况。试验还发现，对不同锈蚀状况的试片处理得到的膜层，耐蚀性能也不同。均匀的锈层转化膜耐蚀性好，同样条件下，较厚的锈层得到的转化膜耐蚀性能也强。若锈层过厚(＞100μm)，则经过一定时间的盐雾试验后，转化膜层出现松动起皮现象。
试验4，温热试验按ASTM D1735进行，在相对温度PH＞95％，T＝49℃的条件下，将实施例中处理后的试片置入，观察膜层的锈蚀和变化情况。试验发现，不同锈蚀状况的试片处理后膜层，经过100小时的湿热试验，表面生锈点面积均小于10％，且膜层无松动起皮现象。
试验5耐温试验
在温度150℃的条件下，将实施例中处理后的试片置入，观察膜层的锈蚀和变化情况。试验发现，不同锈蚀状况的试片处理后的膜层，经过恒温90分钟，膜层无松动起皮现象。说明本发明铁锈转化剂适用于烤漆场合。
试验6挂片曝晒试验：将实施例中各试片分别处理后放置于室内和室外曝晒，结果表明，室外2-3个月，室内1年以上，试片表面不返锈。
试验7漆膜配套性试验
用各种涂料，分别涂在本发明实施例经分别处理后的钢板试片上，通过盐雾试验和附着力试验检验与漆膜的配套性。结果表明，本发明对醇酸、酚醛、环氧、沥青、聚氨脂、橡胶等大多数漆均可配套使用。
表1本发明实施例的成份含量表(重量％)
成份                                     实施例
1 2 3 4 5 6
磷酸 40 48 40 36 48 45
有机酸 10(乙酸) 8(乙酸) 9(乙酸) 10(甲酸) 8(丙酸) 8.5(戊酸)
催化剂 1.5(MnCO3) 1.8(ZnCO3) 1.2(ZnO) 1.1(MnCO3ZnCO3) 1.7(MnCO3) 1.6(ZnCO3ZnO)
防锈剂 0.6MoO3 0.7MoO3 0.4MoO3 0.7KNO2 0.3KNO2 0.5KNO2
缓蚀剂 0.4(苯甲酸钠) 0.2(酒石酸) 0.07(柠檬酸) 0.1(苯甲酸钠、酒石酸) 0.3(苯甲酸钠、柠檬酸) 0.6(酒石酸和柠檬酸)
活性剂 0.5(十二烷基磺酸钠) 0.2(十二烷基苯磺酸钠) 0.05(石油磺酸钠) 0.05(十二烷基苯磺酸钠、石油磺酸钠) 0.3(石油磺酸钠、十二烷醇硫酸钠) 0.1(十二烷基醇磷酸酯和烷基聚氧乙烯磷酸脂)
渗透性 1.0(丙三醇) 0.5(聚乙二醇) 1.0(山梨糖醇) 0.06(丙三醇、聚乙二醇) 0.1(山梨糖醇和聚乙二醇) 0.15(丙三醇、山梨糖醇)
合金粉 8(铁屑) 5铁屑) 6(铁屑) 9(铁屑) 5(铁屑) 7(铁屑)
自来水 38 35.6 42.1 42.99 36.3 36.55
合计 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00
表2铁锈已转化或铁锈已转化试样涂覆底漆和/或面漆后的腐蚀破坏试验(50天后的结果)
处理类型 自来水浸渍 3％NaCl浸渍
本发明实施例 本发明转化剂 无变化 无变化
本发明转化剂+底漆 无变化 极少量浮泡
对比例 酸蚀+底漆+面漆 个别处锈斑 部分锈化
手洗+底漆+面漆 少量锈斑 全部锈化
注：底漆为红丹底漆，面漆为醇酸二氧化钛
                                表3CuSO4点滴试验
                 锈蚀处                  未锈处
未处理 实施例1处理 EXIT RUST处理(澳) 未处理 实施例1处理 K0-99处理)(USA)
20-30min ＞3h 1-2h ＜10s ＞4min  2min
表4铁锈已转化或铁锈已转化试样涂覆底漆和/或面漆后的盐雾试验结果
处理类型 试验时间 试验结果
本发明实施例 本发明转化剂 150小时 无变化
本发明转化剂+底漆 300小时 无变化
对比例 酸蚀+底漆+面漆 300小时 部分锈化
手洗+底漆+面漆 300小时 全部锈化
注：底漆为红丹底漆，面漆为醇酸二氧化钛

Claims (11)

1、一种铁锈转化剂，该转化剂是一种以磷酸为主，以水为溶剂，并含有有机酸、催化剂、防锈剂、缓蚀剂、活性剂、渗透剂和合金粉所组成的处理液，其特征在于具体化学成份为(重量％)：磷酸(H3PO4，85％)为35-50％，有机酸为8-10％，自来水为35-45％，催化剂为1.0-2.0％，防锈剂为0.2-0.8％，缓蚀剂为0.05-0.5％，活性剂为0.01-1.0％，渗透剂为0.05-2.0％，合金粉为4-9％。
2、根据权利要求1所述转化剂，其特征在于催化剂应该是MnCO3、ZnCO3、ZnO中的任意一种组份。
3、根据权利要求1所述转化剂，其特征在于缓蚀剂是苯甲酸钠、酒石酸和柠檬酸中的任意一种组份。
4、根据权利要求1所述转化剂，其特征在于防锈剂应该是MoO3和KNO2中的任意一种组份。
5、根据权利要求1所述转化剂，其特征在于渗透剂应是丙三醇、山梨糖醇和聚乙二醇中的任意一种组份。
6、根据权利要求1所述转化剂，其特征在于活性剂应是十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、石油磺酸钠、十二烷醇硫酸钠、十二烷基醇磷酸酯和烷基聚氧乙烯磷酸脂中的任意一种组份。
7、根据权利要求1所述转化剂，其特征在于有机酸应该是甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、戊酸中的任意一种酸。
8、根据权利要求1、2所述转化剂，其特征在于催化剂还可以是MnCO3、ZnCO3、ZnO中的任意两种和两种以上之和所组成。
9、根据权利要求1和3所述转化剂，其特征在于缓蚀剂还可以是苯甲酸钠、酒石酸和柠檬酸中的任意两种和两种以上之和所组成。
10、根据权利要求1和5所述转化剂，其特征在于渗透剂还可以是丙三醇、山梨糖醇和聚乙二醇中的任意两种和两种以上之和所组成。
11、根据权利要求1和6所述转化剂，其特征在于活化剂还可以是十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、石油磺酸钠、十二烷醇硫酸钠、十二烷基醇磷酸酯、烷基聚氧乙烯磷酸脂中的任意两种或两种以上之和所组成。
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