本发明涉及金属涂层技术领域，特别涉及一种金属表面成膜促进剂及其制备和使用方法。
背景技术：
磷化是金属表面处理的常用手段，金属制品通过磷化处理可在表面生成一层不溶于水的磷化膜。由于磷化膜具有微孔结构，有良好的吸附能力，故被广泛用作油漆、电泳、静电喷漆、喷粉等涂装底层，能够提高与漆膜结合力和金属制品的耐蚀性。
在常温磷化过程中，由于温度较低不利于磷化过程的水解、置换和氧化反应的进行，从而造成常温成膜缓慢、磷化膜质量差等缺点。且现有金属制品在加工时受加工工艺的影响也难以达到快速成膜的效果，保证不了金属制品的质量。因此为了提高成膜的效率往往需要添加一定量的促进剂。然而我国目前普遍使用的促进剂并不能保证金属表面成膜的均匀性，其促进成膜的效率也较低，检测过程也较复杂。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明目的在于提供一种金属表面成膜促进剂及其制备和使用方法。本发明提供的金属表面成膜促进剂可以提高金属表面成膜的速率，同时使膜层均匀细腻，有良好的粘附效果和防锈效果。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
一种金属表面成膜促进剂，包括以下质量百分含量的组分：
碳酸钠10～15％；
亚硝酸盐10～15％；
余量水。
优选的，所述亚硝酸盐为亚硝酸钠、亚硝酸钾和亚硝酸铵中的一种或几种。
本发明提供了上述金属表面成膜促进剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)将碳酸钠与水搅拌混合，得到第一混合液；
(2)将亚硝酸盐加入到第一混合液中，依次进行一次搅拌和二次搅拌，得到第二混合液；
(3)将第二混合液与水搅拌混合，得到金属表面成膜促进剂。
优选的，所述步骤(1)中搅拌的速率为500～650r/min，搅拌的时间为30～40min。
优选的，所述步骤(1)中水的用量为原料中全部水量的40～50％。
优选的，所述步骤(2)中一次搅拌的速率为300～650r/min。
优选的，所述步骤(2)中二次搅拌的速率为300～500r/min，时间为30～40min；所述二次搅拌的速率低于一次搅拌的速率。
优选的，所述步骤(3)中搅拌的速率为300～500r/min，时间为20～30min。
本发明还提供了上述金属表面成膜促进剂的使用方法，包括以下步骤：
将促进剂、皮膜剂与水混合，得到成膜混合液；
将金属制品浸泡于所述成膜混合液中。
优选的，所述促进剂的用量为水质量的2～4‰，所述浸泡的时间为5～15min。
本发明提供了一种金属表面成膜促进剂，包括以下质量百分含量的组分：碳酸钠10～15％；亚硝酸盐10～15％；余量水。本发明所用原料来源广泛，廉价易得，其中亚硝酸盐中的no2-作为氧化剂可以促进金属表面磷化膜的形成，提高成膜速率；碳酸钠可以降低原材料消耗，使膜层均匀细腻，二者共同作用可以使膜层具有良好的粘附效果和防锈效果。实施例结果表明，使用本发明提供的金属表面成膜促进剂促进点数可达3，得到的膜层粘附性可达100％，防锈时间可达5h。
本发明提供了上述金属表面成膜促进剂的制备方法，此法简便易行，易于实现工业化。
本发明还提供了上述金属表面成膜促进剂的使用方法，此法操作简单，能够快速方便地检测促进剂的点数。
具体实施方式
本发明提供了一种金属表面成膜促进剂，包括以下质量百分含量的组分：
碳酸钠10～15％；
亚硝酸盐10～15％；
余量水。
以质量百分含量计，本发明提供的金属表面成膜促进剂包括10～15％的碳酸钠。本发明对所述碳酸钠的来源没有特殊要求，使用本领域常规市售的碳酸钠即可。在本发明中，碳酸钠可以降低原材料的消耗。
以质量百分含量计，本发明提供的金属表面成膜促进剂包括10～15％的亚硝酸盐。在本发明中，所述亚硝酸盐优选为亚硝酸钠、亚硝酸钾和亚硝酸铵中的一种或几种。本发明对所述亚硝酸盐的来源没有具体的要求，使用本领域常规市售的亚硝酸盐即可。在本发明中，亚硝酸盐中的no2-作为氧化剂可以促进金属表面磷化膜的形成，提高成膜速率。
以质量百分含量计，本发明提供的金属表面成膜促进剂还包括余量的水。
本发明提供了上述金属表面成膜促进剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)将碳酸钠与水搅拌混合，得到第一混合液；
(2)将亚硝酸盐加入到第一混合液中，依次进行一次搅拌和二次搅拌，得到第二混合液；
(3)将第二混合液与水搅拌混合，得到金属表面成膜促进剂。
本发明将碳酸钠与水搅拌混合，得到第一混合液。在本发明中，所述步骤(1)中搅拌的速率优选为500～650r/min，更优选为500～550r/min；所述搅拌的时间优选为30～40min，更优选为32～36min；所述水的用量优选为原料中全部水量的40～50％。本发明优选在常温下进行搅拌。
得到第一混合液后，本发明将亚硝酸盐加入到第一混合液中，依次进行一次搅拌和二次搅拌，得到第二混合液。在本发明中，所述一次搅拌的速率优选为300～650r/min，更优选为400～550r/min；本发明对一次搅拌的时间没有特殊的要求，能够使亚硝酸盐与第一混合液混合均匀即可；所述二次搅拌的速率优选为300～500r/min，更优选为350～450r/min；所述搅拌的时间优选为30～40min，更优选为35min。在本发明中，所述二次搅拌的速率低于一次搅拌的速率。
得到第二混合液后，本发明将第二混合液与水搅拌混合，得到金属表面成膜促进剂。在本发明中，所述搅拌的速率优选为300～500r/min，更优选为350～450r/min；所述搅拌的时间优选为20～30min，更优选为22～28min。
本发明还提供了上述金属表面成膜促进剂的使用方法，包括以下步骤：
将促进剂、皮膜剂与水混合，得到成膜混合液；
将金属制品浸泡于所述成膜混合液中。
本发明将促进剂、皮膜剂与水混合，得到成膜混合液。在本发明中，所述促进剂的用量优选为水质量的2～4‰，更优选为2.5～3.5‰。在本发明中，所述皮膜剂优选为磷酸盐、硝酸盐和氧化锌中的一种或几种。在本发明中，所述皮膜剂的用量优选为水质量的8～12％，更优选为8～10％。本发明对促进剂、皮膜剂和水的混合方式没有具体要求，使用本领域技术人员熟知的混合方式将上述成分混合均匀即可。
得到成膜混合液后，本发明将金属制品浸泡于所述成膜混合液中。本发明优选在浸泡金属制品前对金属制品依次进行除油除锈和水洗，本发明对所述除油除锈和水洗的具体方式没有特殊的要求，使用本领域技术人员熟知的除油除锈和水洗方式即可。在本发明中，所述浸泡的时间优选为5～15min，更优选为8～12min。
下面结合实施例对本发明提供的金属表面成膜促进剂及其制备和使用方法进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
(1)将100kg碳酸钠与400kg水以650r/min的速率搅拌30min，得到第一混合液；
(2)将100kg亚硝酸钠加入到第一混合液中，依次进行一次搅拌和二次搅拌，得到第二混合液，其中一次搅拌的速率为650r/min，二次搅拌的速率为500r/min，二次搅拌的时间为40min。
(3)将第二混合液与400kg水在500r/min的速率下搅拌混合20min，得到金属表面成膜促进剂。
取此金属表面成膜促进剂4kg与1000kg水、100kg皮膜剂进行混合，得到成膜混合液，将经除油除锈和水洗处理的铁金属制品浸泡于成膜混合液15min后，测试膜层的粘附性、厚度、防锈性能，以及成膜混合液的游离酸、全酸和促进点数，将所得结果列于表1中。
其中，膜层的粘附性能的测试方法为：将表面包覆有膜层的金属制品放入水中水煮两小时观察金属表面膜层的黏附量；
膜层厚度的测试方法为：按照按国家标准《钢铁工件涂装前磷化处理技术条件》(gb/t6807—2001)进行测试。
防锈性能的测试方法为：根据gb/t6807标准，采用3％氯化钠溶液，在15～20℃浸泡1h，洗净烘干，检查表面是否生锈，用于测定其耐蚀性；
游离酸的测试方法为：取10ml成膜混合液于200ml烧杯中，加蒸馏水20～30ml，滴甲基橙指示剂(0.1％甲基橙水溶液)，然后用0.1mnaoh标准液滴定，颜色由桔红变到桔黄为终点，所消耗naoh标准液的毫升数为游离酸的点数；
全酸的测试方法为：取10ml成膜混合液于200ml烧杯中，加蒸馏水20～30ml，滴入5～8滴酚酞指示剂(0.1％的酚酞、60％的乙醇溶液)，然后用0.1mnaoh标准液，滴定至颜色由桔黄变为微红为终点，所消耗的naoh标准滴的毫升数为全酸的点数；
促进点数的测试方法为：用发酵管取槽液八分满加入安基磺酸0.01g反应倒立后水位的最低点为促进剂的点数。
实施例2
(1)将150kg碳酸钠与315kg水以400r/min的速率搅拌35min，得到第一混合液；
(2)将150kg亚硝酸钾加入到第一混合液中，依次进行一次搅拌和二次搅拌，得到第二混合液，其中一次搅拌的速率为500r/min，二次搅拌的速率为400r/min，二次搅拌的时间为40min。
(3)将第二混合液与385kg水在400r/min的速率下搅拌混合25min，得到金属表面成膜促进剂。
取此金属表面成膜促进剂3kg与1000kg水、80kg皮膜剂进行混合，得到成膜混合液，将经除油除锈和水洗处理的铁金属制品浸泡于成膜混合液10min后，按照实施例1的测试方法测试膜层的粘附性、厚度、防锈性能，以及成膜混合液的游离酸、全酸和促进点数，将所得结果列于表1中。
实施例3
(1)将120kg碳酸钠与300kg水以500r/min的速率搅拌40min，得到第一混合液；
(2)将130kg亚硝酸铵加入到第一混合液中，依次进行一次搅拌和二次搅拌，得到第二混合液，其中一次搅拌的速率为400r/min，二次搅拌的速率为300r/min，二次搅拌的时间为40min。
(3)将第二混合液与450kg水在400r/min的速率下搅拌混合30min，得到金属表面成膜促进剂。
取此金属表面成膜促进剂2kg与1000kg水、120kg皮膜剂进行混合，得到成膜混合液，将经除油除锈和水洗处理的铁金属制品浸泡于成膜混合液5min后，按照实施例1的测试方法测试膜层的粘附性、厚度、防锈性能，以及成膜混合液的游离酸、全酸和促进点数，将所得结果列于表1中。
对比例1
将100kg碳酸钠与800kg水以650r/min的速率搅拌30min，省略加入亚硝酸盐，得到碳酸钠溶液。
取碳酸钠溶液4kg与1000kg水、100kg皮膜剂进行混合，得到成膜混合液，将经除油除锈和水洗处理的铁金属制品浸泡于成膜混合液15min后，按照实施例1的测试方法测试膜层的粘附性、厚度、防锈性能，以及成膜混合液的游离酸、全酸和促进点数，将所得结果列于表1中。
对比例2
将100kg亚硝酸钠与800kg水以650r/min的速率搅拌30min，省略加入碳酸钠，得到亚硝酸钠溶液。
取亚硝酸钠溶液4kg与1000kg水、100kg皮膜剂进行混合，得到成膜混合液，将经除油除锈和水洗处理的铁金属制品浸泡于成膜混合液15min后，按照实施例1的测试方法测试膜层的粘附性、厚度、防锈性能，以及成膜混合液的游离酸、全酸和促进点数，将所得结果列于表1中。
表1实施例1～3及对比例1～2中金属表面成膜促进剂性能测试结果
由表1可知，本发明提供的金属表面成膜促进剂具有良好的粘附效果和防锈效果，得到的膜层均匀细腻，其促进点数可达3，得到的膜层粘附性可达100％，防锈时间可达5h。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。