CN1456705A - 一种耐腐蚀涂层钢轨生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种耐腐蚀涂层钢轨生产工艺，利用本方法可在钢轨的表面冷镀富锌涂层或富铝涂层或富锌铝涂层，使钢轨能适应各种较恶劣的环境。本发明通过下述技术方案予以实现：用冷镀方法在钢轨表面形成耐腐蚀涂层，包括如下步骤：①将钢轨置于处理液内进行除油、除锈处理，并在钢轨表面形成一层化学处理膜，所述处理液含有如下成份：磷酸35～105g/l，磷酸二氢锌15～75g/l，植酸10～45g/l，酒石酸1.5～15g/l，硫脲0.5～8g/l，促进剂(A)0.5～5g/l，钼酸盐2～25g/l；②用热风或感应加热干燥表面化学处理钢轨，干燥温度≤50℃；③采用有气喷涂或无气喷涂法或静电喷涂法，在钢轨表面喷涂富锌涂料或富铝涂料或富锌铝涂料，形成厚度为25微米到75微米的富锌涂层或富铝涂层或富锌铝涂层。
Description
所属技术领域
本发明涉及钢材的化学处理及涂装工艺，尤其是一种钢轨表面化学处理后涂装耐腐蚀涂层的工艺。
背景技术
铁路运输向高速、重载的方向发展，加之气候环境的变化，国内部分铁路局在线使用钢轨锈蚀比较严重，比如：某些隧道内在线钢轨因锈蚀导致产生裂纹，使用2-3年就必须更换；甚至未上线的钢轨已出现坑状锈蚀；运输家禽及冷藏物质车因排放污水而腐蚀钢轨；因海洋性气候影响，沿海地区钢轨普遍腐蚀严重。特别是高寒地区，如青藏路，处于恶劣的气候环境，且穿越无人区，铁路部门每年将不得不花大量人力、物力维护、更换因腐蚀而加速失效的钢轨。因此，提高钢轨的耐腐蚀性显得十分必要。
对提高钢轨耐腐蚀性，国内外没有任何成型的、完全可工业化应用的技术，只进行过一些技术性探讨及尝试。据铁道建筑研究所出版的1998年第11期“铁路建筑”期刊中“运营隧道内的钢轨防腐蚀技术研究”一文所报道的国内外在提高钢轨耐腐蚀性能的技术性探索及尝试的方法有：对在线钢轨喷砂除锈，再喷涂环氧富锌有机涂料，以提高钢轨耐蚀性能；对在线路轨采用牺牲保护法提高钢轨耐腐蚀性能；钢轨喷丸除锈，再热喷涂锌合金提高钢轨耐蚀性能；以及在钢轨钢中添加铜、铬等合金元素，提高钢轨耐蚀性能等技术方法。上述所采取的种种钢轨防腐保护措施均有一定的效果，但是，这些技术在生产工艺实施及成本却存在如下明显的不足：
1、钢铁材料在涂装前，必须对钢铁材料进行前处理，目的是除去钢铁表面的油和锈，并使钢铁表面具有一定粗糙度或化学性质，以便于涂层与钢铁能紧密的物理结合或化学结合。对于除油除锈而言，一般有两种方法，一种常用的两步工序法，即除油采用有机溶剂和合成洗涤剂清洗，除锈采用机构或手工的方法除锈；另一种是一步化学法，即采用常规的三合一(除油、除锈、磷化)或四合一(除油、除锈、磷化、钝化)一步法处理。但是，因钢轨钢碳含量较高，常规的三合一或四合一处理易使钢轨吸氢，导致钢轨产生裂纹，钢轨的除油除锈不适应一般的三合一或四合一处理除油、除锈。
对钢铁材料进行热喷涂及涂装富锌涂料时，为保证喷涂或涂装质量及性能，必须去除钢铁材料表面油污和锈迹。国家标准中为保证热喷涂材料或锌粉与钢铁材料的附着性，对钢铁材料的除锈等级作了严格规定：喷丸处理达Sa2.5级，手工除锈达S3级，且除锈的钢铁材料必须在4小时内完成涂装，不然，表面易返锈。用砂布、钢丝刷、铲刀等手工方法对钢铁表面除锈，不仅劳动强度大，生产效率低，除锈不彻底，而且除锈过程中的粉尘对人体的危害也极大；此外钢轨对表面质量极其敏感，采用手工除锈极易损伤钢轨表面，造成钢轨疲劳寿命降低，对列车安全行驶产生危害。采用一般的机械除锈方法，有粉尘污染和噪音污染。更重要的是，采用一般的喷丸机械除锈，对钢轨这样横切面积比较小的异型材来讲，交界棱边和窄面上的锈迹要去除干净，除锈速度必然相当慢。上述种种因素制约了钢轨热喷涂保护性锌铝涂层方法或钢轨喷涂环氧富锌涂层或富铝涂层或富锌铝涂层方法在规模化生产上的运用。
2、采用牺牲保护法虽然能提高钢轨耐蚀性能，但因牺牲保护回路的电流对现代化铁路信号有干扰，以及每年需要更换消耗牺牲锌片，造成施工成本及管理成本高，而未能推广应用；
3、在钢轨钢中添加铜、铬等合金元素以提高钢轨耐蚀性能等技术方法，吨钢成本高，且钢轨钢的冶炼、轧制等工艺技术需作相当大的改变，并且由于铜、铬的加入对高碳钢轨韧性和焊接性能产生危害，降低了钢轨使用的安全性，因而而未予以推广。
上述的种种因素制约了各种类型的耐蚀钢轨的规模化、产业化生产。
发明内容
为了克服现有钢轨化学除油除锈易使钢轨产生裂纹和耐腐蚀涂层附着性差的不足，本发明提供了一种钢轨耐腐蚀涂层的冷镀方法，即先对钢轨表面进行化学处理，然后再在其上覆盖富锌涂层或富铝涂层或富锌铝涂层，所用化学处理液不仅能有效地除去钢轨表面的油污和锈蚀层，钢轨不会产生裂纹，同时还能在钢轨表面上形成化学处理膜层，提高耐腐蚀涂层的附着性。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：用冷镀方法在钢轨表面形成耐腐蚀涂层，包括如下步骤：
①钢轨表面化学处理，将钢轨置于处理液内进行除油、除锈处理，并在钢轨表面形成一层化学处理膜，所述处理液含有如下成份：
磷酸35～105g/l，磷酸二氢锌15～75g/l，植酸10～45g/l，酒石酸1.5～15g/l，硫脲0.5～8g/l，促进剂0.5～5g/l，钼酸盐2～25g/l；
②钢轨表面干燥，用热风或感应加热干燥钢轨表面，干燥温度≤50℃；
③钢轨耐腐蚀涂层的喷涂，采用有气喷涂或无气喷涂法或静电喷涂法，在钢轨表面喷涂富锌涂料或富铝涂料或富锌铝涂料，形成厚度为25微米到75微米的富锌涂层或富铝涂层或富锌铝涂层。
上述步骤①钢轨表面化学处理液中的促进剂为羟胺磺酸与高氯酸盐按重量3∶2合成的氧化性促进剂。
上述步骤③钢轨耐腐蚀涂层喷涂中，每公斤富锌涂料或富铝涂料或富锌铝涂料中加入有250～300g植酸盐。
本发明的有益效果是，所采用的化学处理液能有效地除去钢轨表面的油污和锈蚀层，钢轨不会产生裂纹，同时还能在钢轨表面上形成化学处理膜层，提高耐腐蚀涂层的附着性。钢轨表面的腐蚀涂层附着牢固，在钢轨破坏性寿命试验的落锤试验中，1t的重锤从相对高度9m下落所产生的冲击负荷作用在涂层上，涂层未破裂；在加载载荷7.2t到36t的三点动载荷作用下，加载到200万次，涂层未出现破裂，附着力达到≥9Mpa。冷镀涂层能适应各种较恶劣环境：耐5％浓度的盐雾加速腐蚀性能优异；摄氏零下30度条件下，冷镀层未出现任何破裂、老化现象；在摄氏49度、湿度≥95％R.H的高温、高湿环境的条件下，试验2600小时冷镀层未出现任何锈迹。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进一步说明。
本发明的工艺方法用冷镀方法在钢轨表面形成耐腐蚀涂层，包括如下步骤：
①钢轨表面化学处理
将钢轨置于处理液内进行除油、除锈处理，并在钢轨表面形成一层化学处理膜，所述处理液含有如下成份：磷酸35～105g/l，磷酸二氢锌15～75g/l，植酸10～45g/l，酒石酸1.5～15g/l，硫脲0.5～8g/l，促进剂0.5～5g/l，钼酸盐2～25g/l。
该化学处理液除油是利用其表面活性剂的亲油基团吸附在油污表面，并穿透油污，油污被润湿、膨胀，使油污与铁基体间的结合被松开。表面活性剂的亲水基团朝向化学处理液的水中，特别是在振荡等外部条件作用下，将松开的油污卷到水中，产生乳化、分散、悬浮现象，达到清洗油污的效果。
该化学处理液的除锈是磷酸将铁锈转变成可溶性的铁盐，再在磷酸及磷酸盐的作用下，铁基体表面生成一层致密的磷酸盐保护膜，即磷化膜。
促进剂为羟胺磺酸与高氯酸盐合成的氧化性促进剂，先将磺酸与羟胺在加入催化剂的条件下合成羟胺磺酸，再在常温或加热条件下，将羟胺磺酸与高氯酸盐按重量3∶2的比例合成。
促进剂是成膜助剂，其有两方面的主要作用，一是使生成的磷化膜均匀、细致，改善磷化膜的耐磨性、延展性及防锈性；化学反应温度提高虽，加速了磷化膜的成膜，但温度高会产生酸雾而污染环境，促进剂的第二个主要作用正是在化学处理温度较低的情况下，也能使磷化膜尽快形成。
在钢轨表面的化学处理过程中，游离酸度控制在3～20点，总酸度控制在25～50点，促进剂控制在3～15点，处理液温度为5～45℃，化学处理时间为3～30min。
在钢轨表面的化学处理过程中，一根或数根(最好是≥5根)成型钢轨以倒置方式(轨底朝上)，由翻钢装置传输到化学处理装置内进行表面化学处理。
钢轨表面化学处理在有超声波振荡的条件下，处理温度5～40℃，处理时间3～20分钟，最好是处理温度加热到20～35℃，处理时间3～8分钟；化学处理在无超声波条件下，处理温度10～45℃，处理时间6～20分钟，最好是处理温度加热到30～40℃，处理时间10～30分钟。
②钢轨表面干燥
经化学处理的一根或数根钢轨，再在水漂洗槽中水洗或不经水洗，用热风或感应加热干燥钢轨表面，干燥温度≤50℃。
③钢轨耐腐蚀涂层的喷涂
钢轨仍以倒置的方式进入喷涂室内，采用有气喷涂或无气喷涂法或静电喷涂法，在钢轨表面喷涂富锌涂料或富铝涂料或锌铝涂料，形成厚度为25微米到75微米的富锌涂层或富铝涂层或富锌铝涂层，即冷镀层。
每公斤富锌涂料或富铝涂料或富锌铝涂料中加入有250～300g植酸盐，如植酸钠。植酸盐是一种骄螯合剂，利用其结构和特性，一方面与金属形成络合物，一方面使涂层形成网状结构，锌粉间结合牢固，使涂层能适应化学处理，提高涂层的附着性。
本发明所采用的富锌或富铝或富锌铝涂料，包括无机类磷酸盐富锌或富锌铝涂料，如成都天合公司GZH202、GZH203、GZH204牌号、扬州金陵公司的ET-98牌号的涂料等；无机类硅酸盐富锌或富铝或富锌铝涂料，如武汉铁华公司的Lw-1牌号、武汉阳泰公司Yt-100牌号的涂料等；有机类富锌或富铝或富锌铝涂料，如立邦公司的HI-PON20牌号的涂料等。
根据不同的需要，可在已有涂层上用喷涂或刷涂或辊涂的方法涂装与富锌涂层或富铝涂层或富锌铝涂层相适应的任意面漆，面漆选用耐老化性能或耐磨性能良好的面漆，如立邦公司的HI-RUBBERE等。
也可以不涂装面漆。
最后将完成处理的钢轨吊装、堆垛、入库。
实施例1：
将钢轨例置传送到化学处理槽中，化学处理液温度为35℃，在超声波振荡条件下，浸泡3分钟后，去除钢轨表面的油迹、锈迹、磷化，处理的钢轨同时传送到平台上静置6分钟。
化学处理液含有：磷酸105g/l，磷酸二氢锌75g/l，植酸45g/l，酒石酸15g/l，硫脲7g/l，促进剂0.8g/l，钼酸盐24g/l。
接着将钢轨仍以倒置形式传送到喷涂室，在富锌涂料中加入250g植酸钠，用无气喷涂装置在钢轨表面喷涂25～75微米冷镀层。
最后吊装、堆垛，完成排钢入库。
实施例2：
将钢轨用本发明进行冷镀耐蚀处理，将钢轨例置传送到化学处理槽中，化学处理液温度为20℃，在超声波振荡条件下，浸泡8分钟，去除钢轨表面的油迹、锈迹、磷化。
化学处理液含有：磷酸60g/l，磷酸二氢锌50g/l，植酸30g/l，酒石酸10g/l，硫脲8g/l，促进剂5g/l，钼酸盐24g/l。
仍以倒置的方式再传送到烘干装置内，用45℃的热风烘干。
紧接着将钢轨传送到喷涂室，在富铝涂料中加入290g植酸钠，喷涂厚度为25微米到75微米的冷镀涂层。
最后吊装、堆垛，完成排钢入库。
实施例3：
将钢轨用本发明进行冷镀耐蚀处理，将钢轨例置传送到化学处理槽中，化学处理液温度为25℃。在无超声波振荡条件下，浸泡5分钟，去除钢轨表面的油迹、锈迹、磷化。
化学处理液含有：磷酸90g/l，磷酸二氢锌70g/l，植酸35g/l，酒石酸14g/l，硫脲6g/l，促进剂2g/l，钼酸盐15g/l。
仍以倒置的方式再传送到烘干装置内，用45℃的热风烘干。紧接着将钢轨传送到喷涂室，在富锌铝涂料中加入270g植酸钠，喷涂厚度为25微米到75微米的冷镀涂层。最后吊装、堆垛，完成排钢入库。
实施例4：
将钢轨用本发明进行冷镀耐蚀处理，将钢轨例置传送到化学处理槽中，化学处理液温度为30℃。在无超声波振荡条件下，浸泡30分钟，去除钢轨表面的油迹、锈迹、磷化，仍以倒置的方式再传送到烘干装置内，用45℃的热风烘干。紧接着将钢轨传送到喷涂室，喷涂厚度为25微米到75微米的冷镀涂层。最后吊装、堆垛，完成排钢入库。
实施例5：
将钢轨用本发明进行冷镀耐蚀处理，将钢轨例置传送到化学处理槽中，化学处理液温度为45℃。在无超声波振荡条件下，浸泡10分钟，去除钢轨表面的油迹、锈迹、磷化，仍以倒置的方式再传送到烘干装置内，用45℃的热风烘干。紧接着将钢轨传送到喷涂室，喷涂厚度为25微米到75微米的冷镀涂层。最后吊装、堆垛，完成排钢入库。
实施例6：
将钢轨用本发明进行冷镀耐蚀处理，将钢轨例置传送到化学处理槽中，化学处理液温度为40℃。在无超声波振荡条件下，浸泡15分钟，去除钢轨表面的油迹、锈迹、磷化，仍以倒置的方式再传送到烘干装置内，用45℃的热风烘干。紧接着将钢轨传送到喷涂室，喷涂厚度为25微米到75微米的冷镀涂层。最后吊装、堆垛，完成排钢入库。
上面已结合实施例对本发明具体实施方式进行了示例性的描述，显然本发明不限于此，在本发明范围内进行的各种改进均没有超出本发明保护范围。
Claims (10)
1、一种耐腐蚀涂层钢轨生产工艺，包括如下步骤：
①钢轨表面化学处理，将钢轨置于处理液内进行除油、除锈处理，并在钢轨表面形成一层化学处理膜，所述处理液含有如下成份：
磷酸35～105g/l，磷酸二氢锌15～75g/l，植酸10～45g/l，酒石酸1.5～15g/l，硫脲0.5～8g/l，促进剂0.5～5g/l，钼酸盐2～25g/l；
②钢轨表面干燥，用热风或感应加热干燥钢轨表面，干燥温度≤50℃；
③钢轨耐腐蚀涂层的喷涂，采用有气喷涂或无气喷涂法或静电喷涂法，在钢轨表面喷涂富锌涂料或富铝涂料或锌铝涂料，形成厚度为25微米到75微米的富锌涂层或富铝涂层或富锌铝涂层。
2、根据权利要求1所述的耐腐蚀涂层钢轨生产工艺，其特征在于：所述步骤①钢轨表面化学处理液中的促进剂为羟胺磺酸与高氯酸盐按重量比3∶2合成的氧化性促进剂。
3、根据权利要求1所述耐腐蚀涂层钢轨生产工艺，其特征在于：所述步骤①钢轨表面化学处理中，游离酸度控制在3～20点，总酸度控制在25～50点，促进剂控制在3～15点，处理液温度5～45℃，化学处理时间为3～30min。
4、根据权利要求1所述耐腐蚀涂层钢轨生产工艺，其特征在于：步骤①钢轨表面化学处理是在有超声波振荡的条件下进行，处理液温度为5～40℃，化学处理时间为3～20min。
5、根据权利要求4所述的耐腐蚀涂层钢轨生产工艺，其特征在于：所述处理液温度为20～35℃，化学处理时间为3～8min。
6、根据权利要求1所述耐腐蚀涂层钢轨生产工艺，其特征在于：步骤①钢轨表面化学处理是在无超声波条件下进行，处理液温度10～45℃，化学处理时间6～20min。
7、根据权利要求6所述耐腐蚀涂层钢轨生产工艺，其特征在于：所述处理液温度为30～40℃，化学处理时间10～30min。
8、根据权利要求1所述耐腐蚀涂层钢轨生产工艺，其特征在于：所述步骤③钢轨耐腐蚀涂层喷涂中，在每公斤富锌涂料或富铝涂料或富锌铝涂料中加入有250～300g植酸盐。
9、根据权利要求8所述耐腐蚀涂层钢轨生产工艺，其特征在于：所述植酸盐为植酸钠。
10、根据权利要求1所述耐腐蚀涂层钢轨生产工艺，其特征在于：所述步骤③钢轨耐腐蚀涂层喷涂的富锌或富铝或锌铝涂料可以是无机类磷酸盐富锌或富锌铝涂料、无机类硅酸盐富锌或富铝或富锌铝涂料、有机类富锌或富铝或富锌铝涂料。
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