钢铁件除油除锈防锈一步法处理液的制备方法与流程

本发明涉及钢铁件除油除锈防锈处理工艺技术领域，尤其是涉及一种钢铁件除油除锈防锈一步法处理液的制备方法。

背景技术：

目前钢铁件或钢铁制品涂装前表面预处理多采用除油(脱脂)→水洗→水洗→酸洗(盐酸)→水洗→水洗→表明调整→磷化→水洗→钝化→水洗→烘干→喷涂的多步处理。该工艺存在以下缺陷：(1)中间的多次水洗过程必须采取活水以避免污染后续药液，这样就有大量污水的排放，造成水资源的浪费和严重污染；(2)工件除锈大多使用盐酸，由于盐酸的挥发性，不仅对操作者身体造成危害，还具有严重的环境污染；(3)现使用的磷化液以传统的锌系磷化为主，该种磷化工艺在处理工件过程中需随时外加亚硝酸盐促进剂，亚硝酸盐遇酸分解放出有害的二氧化氮气体，且亚硝酸盐自身也确定为致癌物质。另外，磷化过程中磷化液产生大量沉渣，需定期清除。总之存在废液、废渣、废气排放问题，不仅给生产带来不便，还严重造成环境污染；(4)操作程序繁重，药液维护难度大；(5)磷化需加温(40℃—50℃)处理，且处理过程较长(10—30分钟)，不仅消耗能源，且生产效率较低。带钢轧制过程采取除油除锈→水洗→水洗→防锈处理工艺，虽然程序相对简化，但也存在上述环境污染问题。

ls-408锌系磷化液工艺流程：工件→除油(40℃,10min)→活水水洗→除锈(1:1盐酸，10min)→活水水洗→活水水洗→表调(1—2min)→磷化(即防锈10min)→水洗→钝化→晾干，工艺较为复杂，需要多步水洗。

tc400防锈剂工艺流程：工件→除油(40℃,10min)→活水水洗→除锈(1:1盐酸，10min)→活水水洗→活水水洗→防锈(室温5min)→晾干，需要用到盐酸进行除锈，多步水洗，工艺复杂，污染环境。

随着人们环保意识的不断提高，开发综合性、程序简单、操作方便、低能耗、环保型金属表面处理工艺具有重大现实意义，也是该领域的发展趋势。关于除油、除锈、磷化、钝化四合一处理工艺已有一些研究，但由于药液稳定性差、使用周期短、抗蚀性低、与涂料附着力差、成本高等原因一直没有得到推广。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种钢铁件除油除锈防锈一步法处理液的制备方法，将锆脲络合物、改性淀粉、异构醇分散剂、有机酸用于综合处理工艺中，并通过正交试验优化了配方和工艺条件，成功的研制出了一种低成本、低能耗、无污染、操作简单、药液稳定的除油除锈防锈一步法处理液。

为实现上述目的，本发明提供了一种钢铁件除油除锈防锈一步法处理液的制备方法，包括以下步骤：

(1)淀粉改性添加剂的制备

在装有电动搅拌和温度计的容器中加入玉米淀粉和去离子水，搅拌成乳状液，然后在50-70℃条件下边搅拌边加入适量的10％的氢氧化钠溶液，恒温搅拌反应2小时，反应液呈乳状，停止加热，冷却至室温，再用25％的氢氧化钠溶液进行糊化，继续搅拌30分钟，使之呈浅黄色胶状，向此胶状液中加入有机酸和三乙醇胺调整ph值，使ph值为5-7，然后再进行搅拌加热反应1小时，即得乳白色粘稠状的淀粉改性添加剂；

(2)锆脲络合物的制备

将氧氯化锆与乙烯基硫脲按一定比例混合均匀至呈浅黄色粉末，即得锆脲络合物；

(3)防锈成膜剂浓缩液的制备

按质量比为10:80:10:1称取工业级有机酸、异构醇分散剂、改性淀粉添加剂和锆脲络合物于容器中，加水搅拌至完全溶解即得防锈成膜剂浓缩液；

(4)复合表面活性剂的制备

首先将阴离子表面活性剂a和阴离子表面活性剂b用60-80℃的水溶解，然后加入非离子表面活性剂c和非离子表面活性剂d搅拌均匀后加入适量的消泡剂，即得到复合表面活性剂；

(5)除油除锈防锈一步法处理液的制备

在制备的防锈成膜剂浓缩液中加入10％的复合表面活性剂混合均匀即得到除油除锈防锈一步法处理液。

(6)疲劳试验及校正液的制备

对通过步骤(1)-(5)的方法制备的除油除锈防锈一步法处理液进行稀释，在稀释5倍的除油除锈防锈一步法处理液中批量分次处理试件，测定除油除锈防锈一步法处理液中各组分及游离酸和总酸度的变化，同时测定防锈膜的性能，找出消耗规律，研制出校正液。

优选的，所述步骤(1)中的玉米淀粉、去离子水和氢氧化钠的添加比例为40:160:3。

优选的，所述步骤(4)中阴离子表面活性剂a：阴离子表面活性剂b：非离子表面活性剂c：非离子表面活性剂d：水＝1：1：1：1：4。

优选的，所述步骤(6)通过原子吸收标准加入法对铁离子、锆进行定量测定，找出变化规律通过调整使除油除锈防锈一步法处理液中的锆脲络合物，异构醇分散剂恢复到初始状态，有机酸的消耗量通过测定上述组分恢复初始状态时的游离酸度，由该测定值与最初游离酸度的差值来确定；

改性淀粉添加剂的补加量最后根据防锈膜性能的变化通过试验来确定。

因此，本发明采用上述结构的钢铁件除油除锈防锈一步法处理液的制备方法，将锆脲络合物、改性淀粉、异构醇分散剂、有机酸用于综合处理工艺中，并通过正交试验优化了配方和工艺条件，成功的研制出了一种低成本、低能耗、无污染、操作简单、药液稳定的除油除锈防锈一步法处理液，一步法处理工艺替代多步法处理工艺，由于取消了分步处理之间多次水洗程序，减少废水排放和节约用水98％以上，同时大大提高了生产效率，处理成本大幅降低，相当于锌系磷化的88.57％。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明一种钢铁件除油除锈防锈一步法处理液的制备方法实施例的流程图。

具体实施方式

图1为本发明一种钢铁件除油除锈防锈一步法处理液的制备方法实施例的流程图，如图所示，本发明提供了一种钢铁件除油除锈防锈一步法处理液的制备方法，包括以下步骤：

(1)淀粉改性添加剂的制备

在装有电动搅拌和温度计的容器中加入玉米淀粉和去离子水，搅拌成乳状液，然后在50-70℃条件下边搅拌边加入适量的10％的氢氧化钠溶液，玉米淀粉、去离子水和氢氧化钠的添加比例为40:160:3，恒温搅拌反应2小时，反应液呈乳状，停止加热，冷却至室温，再用25％的氢氧化钠溶液进行糊化，继续搅拌30分钟，使之呈浅黄色胶状，向此胶状液中加入有机酸和三乙醇胺调整ph值，使ph值为5-7，然后再进行搅拌加热反应1小时，即得乳白色粘稠状的淀粉改性添加剂。

(2)锆脲络合物的制备

将氧氯化锆与乙烯基硫脲按一定比例混合均匀至呈浅黄色粉末，即得锆脲络合物。

(3)防锈成膜剂浓缩液的制备

按质量比为10:80:10:1称取工业级有机酸、异构醇分散剂、改性淀粉添加剂和锆脲络合物于容器中，加水搅拌至完全溶解即得防锈成膜剂浓缩液。

(4)复合表面活性剂的制备

首先将阴离子表面活性剂a和阴离子表面活性剂b用60-80℃的水溶解，然后加入非离子表面活性剂c和非离子表面活性剂d搅拌均匀后加入适量的消泡剂，即得到复合表面活性剂，阴离子表面活性剂a：阴离子表面活性剂b：非离子表面活性剂c：非离子表面活性剂d：水＝1：1：1：1：4。

(5)除油除锈防锈一步法处理液的制备

在制备的防锈成膜剂浓缩液中加入10％的复合表面活性剂混合均匀即得到除油除锈防锈一步法处理液。

(6)疲劳试验及校正液的制备

对通过步骤(1)-(5)的方法制备的除油除锈防锈一步法处理液进行稀释，在稀释5倍的除油除锈防锈一步法处理液中批量分次处理试件，测定除油除锈防锈一步法处理液中各组分及游离酸和总酸度的变化，同时测定防锈膜的性能，找出消耗规律，研制出校正液；通过原子吸收标准加入法对铁离子、锆进行定量测定，找出变化规律通过调整使除油除锈防锈一步法处理液中的锆脲络合物，异构醇分散剂恢复到初始状态，有机酸的消耗量通过测定上述组分恢复初始状态时的游离酸度，由该测定值与最初游离酸度的差值来确定；改性淀粉添加剂的补加量最后根据防锈膜性能的变化通过试验来确定。实验表明：只根据游离酸度的下降值来确定校正液的添加量，即可使处理液恢复正常使用，且可长期稳定使用不需清槽重配，彻底消除了污水排放问题。每立方使用液游离酸下降1个点时，需补加校正液3升。

将本发明得到的除油除锈防锈一步法处理液的使用工艺流程为：工件→一步法处理液(15min)→晾干，因此，本发明一步法处理工艺和其他工艺相比简单，处理总时间可缩短15分钟以上，大大提高了生产效率；不存在水洗步骤，可节约大量水资源和污水处理费用。

通过上述方法得到的除油除锈防锈一步法处理液与不同产品进行了性能比较，结果表明除油除锈防锈一步法处理液防锈膜抗蚀性、附着力、抗冲击力等各项指标均优于锌系磷化膜，达到或超出美国tc400产品水平，如表1。

表1

本发明制备的除油除锈防锈一步法处理液较其他的产品处理成本降低了，采用一步法处理液综合成本仅为0.62元/m²；而采用ls-408锌系磷化液的综合成本为的综合成本为0.7元/m²；采用tc400防锈剂处理成本为0.77元/m²；比较可见一步法处理成本较低，仅为锌系磷化的88.57％，为tc400防锈剂的80.52％。

实施例

本发明提供了一种钢铁件除油除锈防锈一步法处理液的制备方法，包括以下步骤：

(1)淀粉改性添加剂的制备

在装有电动搅拌和温度计的250ml三口烧瓶中加入40g玉米淀粉和160ml去离子水，搅拌成乳状液，然后在50-70℃条件下边搅拌边加入3.0ml10％的氢氧化钠溶液，恒温搅拌反应2小时，反应液呈乳状，停止加热，冷却至室温，再用25％的氢氧化钠溶液进行糊化，继续搅拌30分钟，使之呈浅黄色胶状，向此胶状液中加入有机酸和三乙醇胺调整ph值，使ph值为5-7，然后再进行搅拌加热反应1小时，即得乳白色粘稠状的淀粉改性添加剂。

(2)锆脲络合物的制备

将氧氯化锆与乙烯基硫脲按一定比例混合均匀至呈浅黄色粉末，即得锆脲络合物。

(3)防锈成膜剂浓缩液的制备

称取工业级有机酸50g、异构醇分散剂400g、改性淀粉添加剂50g和锆脲络合物5g于1升烧杯中，加水至1000ml至全部溶解即得防锈成膜剂浓缩液。

防锈成膜剂浓缩液的优化

a、正交试验方案的确定

根据初步试验探索出的原料种类和用量范围及时间、温度范围设计正交试验，因素-水平表如表2所示。

表2

对表2中各组实验所对应的工艺条件制备处理液，每组同时处理三片试片，然后分别按对各组处理的试片进行防锈膜的表征(每片试片裁成三段，分别进行点滴和盐水浸泡试验)，最后取三片试片的各项指标的平均值。考虑到硫酸铜点滴是从局部快速鉴定膜的抗蚀性，而盐水浸泡是从整体考查膜的抗蚀性，且膜的整体情况与膜外观有连带关系，由此将综合性能的定量因子确定为：mi＝硫酸铜点滴时间(min)+3％盐水浸泡时间(h)+外观(级)

综合评定结果如表3。

表3

表3中k1、k2、k3、k4、k5分别为水平1、水平2、水平3、水平4、水平5mi的平均值，r是k值极差。由表3可见，根据综合指标k筛选出最佳工艺为a3b1c2d3e3f4，即最佳时间为15分钟；最佳温度为20℃；锆脲络合物、改性淀粉添加剂、异构醇分散剂、有机酸的加入量分别为1.0g/l、1.5g/l；80g/l、10g/l。

(4)复合表面活性剂的制备

首先将阴离子表面活性剂a和阴离子表面活性剂b用60-80℃的水溶解，然后加入非离子表面活性剂c和非离子表面活性剂d搅拌均匀后加入适量的消泡剂，即得到复合表面活性剂，阴离子表面活性剂a：阴离子表面活性剂b：非离子表面活性剂c：非离子表面活性剂d：水＝1：1：1：1：4；

(5)除油除锈防锈一步法处理液的制备

在制备的防锈成膜剂浓缩液中加入10％的复合表面活性剂混合均匀即得到除油除锈防锈一步法处理液。

(6)疲劳试验及校正液的制备

对通过步骤(1)-(5)的方法制备的除油除锈防锈一步法处理液进行稀释，在稀释5倍的除油除锈防锈一步法处理液中批量分次处理试件，测定除油除锈防锈一步法处理液中各组分及游离酸和总酸度的变化，同时测定防锈膜的性能，找出消耗规律，研制出校正液；通过原子吸收标准加入法对铁离子、锆进行定量测定，找出变化规律通过调整使除油除锈防锈一步法处理液中的锆脲络合物，异构醇分散剂恢复到初始状态，有机酸的消耗量通过测定上述组分恢复初始状态时的游离酸度，由该测定值与最初游离酸度的差值来确定；改性淀粉添加剂的补加量最后根据防锈膜性能的变化通过试验来确定。

因此，本发明采用上述结构的钢铁件除油除锈防锈一步法处理液的制备方法，将锆脲络合物、改性淀粉、异构醇分散剂、有机酸用于综合处理工艺中，并通过正交试验优化了配方和工艺条件，成功的研制出了一种低成本、低能耗、无污染、操作简单、药液稳定的除油除锈防锈一步法处理液。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。