1 前言钢铁表面在覆盖防护层(例如防腐涂层、玻璃钢衬里、橡胶衬里、喷塑涂漆)前,都要对其表面进行除锈处理,以提高涂膜的附着力和防锈性〔1〕。目前常用表面清理方法有人工除锈、酸洗除锈和喷丸除锈,它们都不同程度地存在以下不足:(1)人工除锈劳动强度大、污染大、工作效率低且除锈效果差;(2)酸洗除锈虽可获得清洁表面,但酸洗过程中,酸洗液对操作人员有一定的伤害,还易产生环境污染;(3)喷丸除锈受到专用设备、工作形状(如缝隙内锈层难以除尽)、操作环境等诸多条件限制,且施工周期长、施工费用高;(4)分步除锈工序繁琐,导致处理成本偏高。鉴于以上的原因,国内外纷纷研制出了多种“带锈涂料”〔3.6〕,这类涂料可以直接涂覆在生锈的钢铁表面,通过对锈层渗透、转化,起到保护作用,从而省去除锈工作,实现除锈与防锈的统一。但是这类产品仍有以下不足:(1)实际应用条件苛刻,如锈层厚度、均匀性等对其性能影响极大;(2)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的物质的功能发挥,对锈的转化作用不完全彻底,因而达不到预期的效果。为此,世界各国如澳大利亚、美国、日本及东欧等国对水基除锈防锈剂的研究十分活跃,并有不少商品出现。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ＥＸＩＴＲＵＳＴ)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研制了一种铁锈转化剂(磷酸型)〔7〕,但它由两组分组成,使用不方便,且需用去离子水配制,成本高。针对以上问题,结合我国防腐工程的实际情况,我们着重从实用、经济、耐蚀等方面自行设计研制开发出一种新型高效除锈防锈剂。
2 工艺研究抛开成膜物和有机溶剂,我们重点对锈的作用进行试验研究〔8〕。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,而一旦表面有水分存在,必然降低表面电解液的电阻,从而加剧钢铁的腐蚀;(2)黑色转化层的性质与使用丹宁酸的批号有关,不同批号的产品,其转化层的结构可能会有所差异〔9〕,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;(4)丹宁萃取液是用工业酒精与含丹宁植物浸泡萃取15天制成的,还要分离过滤弃渣等,工序复杂,生产周期长,且原料成本偏高(4.5元/ｋｇ)。况且丹宁植物由于植被锐减往往得不到保证,从而大大制约了该产品的生产效率和生产规模。因此,我们着重对以磷酸为主的处理液进行研究〔10、11〕。在查阅国内外文献的基础上,进行了大量的筛选试验,其中包括添加剂的种类、浓度等。对配方进行选择的基本依据包括:(1)直观观察,观察涂刷处理后锈层的表面是否泛黄、泛白、转化是否完全;(2)对处理后的膜层进行盐雾及电化学试验,检验膜层的耐蚀性能。
2.1 产品最佳配方的筛选与确定本着实用、经济、耐蚀的原则,经过试验和研究,初步筛选出20个可供进一步筛选的试验配方,详见表1所列,20个试验配方的主要技术经济指标比较见表2所示。这20个配方的经济性能指标的变化比较情况详见图1曲线。由图可知,9号配方综合指标最好,因此可选9号配方为除锈防锈剂最佳配方。
2.2 产品的制备工艺
2.2.1 锈转化剂制备将金属有机络合剂与3种有机溶剂按一定配比混合后在30℃～40℃下搅拌10分钟即可制得锈转化剂。
2.2.2 助剂Ａ的制备将阴离子表面活性剂与非离子表面活性剂、锈转化促进剂及水按一定比例混合后在30℃下搅拌10分钟,即可制得助剂Ａ。
2.2.3 本除锈防锈剂的制备先按最佳配方比例将水加入反应器中并升温至40℃,然后在搅拌下依次加入:磷酸二氢钠、磷酸二氢锌、磷酸镍、磷酸和柠檬酸锌。加毕搅拌5分钟后,再依次加入锈转化剂和助剂Ａ,在40℃下继续搅拌5分钟即可制得本除锈防锈剂,然后过滤包装即为本品成品。
3 耐蚀性能检测
3.1 盐雾试验
3.1.1 实验条件
3.1.1.1 试样制备:将本除锈防锈剂涂在50ｍｍ×100ｍｍ×3ｍｍ的Ａ3钢上,待膜干涸后,测量厚度(测量6个点取平均值)为25μｍ,用氯化橡胶封边。试样在装入试验箱前用钢针划“×”痕。
3.1.1.2 实验仪器:用上海实验仪器厂生产的ＹＱ～25Ｄ气流式盐雾腐蚀试验箱。
3.1.1.3 试验方法:按ＡＳＴＭＢ117.73进行。其条件为:(1)恒温35±1℃;(2)相对湿度≥95%;(3)喷雾量0.3～0.5ｍｌ/ｈ,30ｃｍ2;(4)喷雾方法为连续喷雾;(5)盐水浓度3%ＮａＣｌ;(6)盐水ｐＨ值6.5～7.2;(7)试验板呈30°斜放,试验面与雾流方向平行,每48小时调换一次位置。
3.1.1.4 试验效果检验:每喷雾48小时后停机0.5小时,观察并记录现象,最后按ＡＳＴＭＤ1654.79ａ评级。
3.1.2 实验结果各观测日期所得结果列于表3:
3.2 电化学试验在3%ＮａＣｌ溶液中,除锈后的Ａ3钢和带锈涂上本除锈防锈剂的Ａ3钢极化曲线见图2。由图可见,除锈后的Ａ3钢,阳极极化曲线斜率较小,而且极化到 0.64Ｖ处,电流密度便显著增加;而在未除锈的Ａ3钢表面涂上本除锈防锈剂后,阳极极化曲线比较陡,直到 0.57Ｖ电流密度才显著增加,其防腐蚀作用明显。
4 产品的使用方法
4.1 处理工艺路线钢铁件表面组织净化涂刷(或喷淋、浸渍)本除锈防锈剂干燥涂装
4.2 处理工艺的几点说明(1)如果锈层不是很厚,且与底材基体结合较为紧密,可先用毛刷或抹布将其表面污物除净,然后再涂刷本除锈防锈剂,1～2小时之后,对效果较差的部位可再涂刷一遍。(2)若锈蚀比较严重,且锈层呈块状或龟裂状(或者锈层与底金属结合疏松),首先应将该层锈蚀物用外力(如铁刷等)去除后,再刷上本除锈防锈剂。
5 本产品主要技术及经济指标
外观:棕黑色溶液
比重:1.20
粘度范围:8一20秒(涂4“杯)
pH值:1一1.5
锈层厚:40一50um
干燥时间:表干4小时，实干24小时
转化膜附着力:1级(划圈法)
转化时间:1一2 min
转化温度:室温
转化方式:喷淋、涂刷或浸渍
转化膜厚:25um
转化膜防锈期:室温、湿度不大于70%，
无腐蚀气体条件下180天不生锈
转化膜外观:灰黑色
3%盐水浸渍试验:3天无锈斑
转化膜耐蚀性能:经7天盐雾试验后，无
起泡、脱落、生锈等现象。
涂刷面积:10一12 m2/ kg
贮存期:1年
处理步骤:1步
工作液原料成本:2.142元/kg
工作液售价:6. 5一7元/kg
用户处理成本:0. 179元/扩
6 结束语由上可知,本产品在常温下几分钟内就可将钢铁表面的锈转化成一种与钢铁牢固结合的转化膜,使之在室内放置半年以上不生锈,从而起到除锈防锈的双重作用。它可代替繁重的人工除锈,减轻工人的劳动强度和环境污染,且附着力远高于人工除锈之涂膜附着力,具有除锈、防锈,增强耐蚀性和附着力等多种功能〔12〕。其使用方便,对不同工件可分别采用涂刷、浸泡、喷淋等工艺〔13〕,尤其对于不宜浸泡的大型钢铁构件和固定钢铁件,更可显示出其独特优势,由于配方的合理性,使用时安全无毒、难燃、无排放、无污染〔13〕。对焊接、切割、焊缝质量均无影响,对钢基无腐蚀作用,并且其配方设计及制备工艺具有创新性,传统的制备除锈转化剂的方法生产周期长(通常要1～2周),设备投资大,而本产品只需0.5小时就可制得锈转化防锈剂,不仅工效提高了数十倍,而且原料成本也下降了许多,具有质优价廉之特点。它可广泛用于汽车及船舶制造与修理(如:汽车底架底盘的浸渍或防锈除锈,船体钢板表面涂漆前的除锈处理等),还可广泛用于各种钢铁制造及加工业(如:钢铁结构、桥梁、铁塔、钢铁容器、钢门钢窗、公路护栏、石油管道等)各种露天管道表面的除锈防锈处理,具有明显的经济效益与社会效益。因此,值得我们大力推广和应用。
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