水性低表面清洗防锈一步法处理液的制备方法与流程

本发明涉及水性低表面金属处理工艺技术领域，尤其是涉及一种水性低表面清洗防锈一步法处理液的制备方法。

背景技术：

大型金属构架、贮罐、管道等防腐工程，喷刷防腐涂料时，前期除锈防锈所采取的常规方法都不方便，打砂易产生火花不安全，且很快又二次生锈，采取酸洗更不可能。所以研发一种安全、环保、易施工操作，除锈防锈性能好的工艺意义重大。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种水性低表面清洗防锈一步法处理液的制备方法，制备的处理液性能稳定，操作工艺简单且环保，一定程度上可以提高碳钢的防腐能力和涂层的附着力，可与防腐涂料配合使用。

为实现上述目的，本发明提供了一种水性低表面清洗防锈一步法处理液的制备方法，包括以下步骤：

(1)配置除油剂工作液

将适量除油剂溶于水中，配置成浓度为50g/L的除油剂工作液待用；

(2)处理液的制备

将浓度为0.8-2.8g/l的酞酸丁酯和浓度为2.0-10.0g/l的柠檬酸混合在一起并搅拌使之溶解，然后加入浓度为0.2-1.2g/l的单宁酸和浓度为1.2-2.8g/l的环氧丙烷衍生物搅拌使之溶解，最后滴加浓度为1.0-6.0ml/l的氟硅酸，加水搅拌均匀，调节PH值为3-7，即可得到处理液。

优选的，所述除油剂工作液为LS-206除油剂。

优选的，所述步骤(2)中通过酒石酸或氢氧化钠调节PH值。

优选的，使用上述处理液制备试片，将相同规格的碳钢铁试片浸入到5％的 LS-206除油剂工作液中10-15min，取出后用自来水冲洗干净，然后将试片放入到上述处理液中进行成膜实验，之后取出试片，用清水冲洗干净，晾干得到转化膜。

因此，本发明采用上述水性低表面清洗防锈一步法处理液的制备方法，制备的处理液性能稳定，操作工艺简单且环保，一定程度上可以提高碳钢的防腐能力和涂层的附着力，可与防腐涂料配合使用。

下面通过实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为成膜过程的开路电位曲线；

图2为最佳处理液制得的化学转化膜的SEM形貌。

具体实施方式

本发明提供了一种水性低表面清洗防锈一步法处理液的制备方法，包括以下步骤：

(1)配置除油剂工作液

将适量除油剂溶于水中，配置成浓度为50g/L的除油剂工作液待用，除油剂工作液为LS-206除油剂；

(2)处理液的制备

将浓度为0.8-2.8g/l的酞酸丁酯和浓度为2.0-10.0g/l的柠檬酸混合在一起并搅拌使之溶解，然后加入浓度为0.2-1.2g/l的单宁酸和浓度为1.2-2.8g/l的环氧丙烷衍生物搅拌使之溶解，最后滴加浓度为1.0-6.0ml/l的氟硅酸，加水搅拌均匀，通过酒石酸或氢氧化钠调节PH值为3-7，即可得到处理液。使用上述处理液制备试片，将相同规格的碳钢铁试片浸入到5％的LS-206除油剂工作液中10-15min，取出后用自来水冲洗干净，然后将试片放入到上述处理液中进行成膜实验，之后取出试片，用清水冲洗干净，晾干得到转化膜。对转化膜进行点滴试验，在转化膜的表面滴一滴检测液进行点滴，同时启动秒表，观察并记录液滴变色的时间，取三个点的平均值来确保实验结果的可靠性。评价标准是：液滴变色的时间越长，转化膜的抗腐蚀性越好。检测液的组成为：浓度为41g/L的CuSO4·5H2O、35g/L的NaCl、0.1mol/L的 HCl(ρ＝1.19g/mL)3ml/L。

实施例1

Φ-t曲线的测定：取由正交试验优化处的配方配制的成膜工作液250mL 于电解槽中，成膜工作液通过充有饱和氯化钾溶液的盐桥与饱和氯化钾溶液联通，以饱和甘汞电极为参比电极(插入饱和氯化钾溶液中)，经除油剂处理后的试片(裁制成12cm×1.5cm)为工作电极，工作电极插入到工作液中的同时联通盐桥，用CH660C电化学工作站测定成膜过程的开路电位随时间变化φ-t曲线。如图1所示，电极电位由最初的0.6346V在180s内迅速上升至 0.686V，成膜开始阶段电位迅速上升，这一过程是膜的重要生长过程。钢铁表面通过化学作用，形成一层均匀致密的转化膜。180s之后的300s内缓慢上升至0.6879V，之后处于相对稳定的状态，至此转化膜已经形成。随着时间的延长，电位逐渐变正，说明转化膜的抗蚀能力逐渐增强。360s以后电位增加缓慢，说明膜的形成和脱落过程近似达到动态平衡。600s以后电位基本不变，趋于稳定，可认为转化膜已经形成，所以成膜时间适宜范围为6min-10min。通过测定开路电位随时间变化的φ-t曲线来看，该研究的成膜过程主要是通过吸附作用完成的。

实施例2

将浓度为1.6g/L的酞酸丁酯、4g/L的柠檬酸、0.4g/L的单宁酸和4mL/L 的氟硅酸加入到自来水中进行混合，取不同量的环氧丙烷衍生物，分别为 0.2g、0.3g、0.4g、0.5g、0.6g、0.7g于上述混合液中，加自来水稀释至刻度线环氧丙烷衍生物的浓度分别为0.8g/L、1.2g/L、1.6g/L、2.0g/L、2.4g/L、 2.8g/L，用酒石酸或氢氧化钠调节pH至4，成膜时间为8min，对处理过的试片进行硫酸铜点滴试验。从试验结果可以看出，随着环氧丙烷衍生物加入量的增加，抗蚀性随之增加，达到1.6g/L时，继续增加环氧丙烷衍生物的量，膜的抗蚀性能下降，环氧丙烷衍生物浓度的适宜范围是1.2g/L-2.0g/L。

实施例3

将浓度为1.6g/L的酞酸丁酯、4g/L的柠檬酸、1.6g/L的环氧丙烷衍生物、4mL/L的氟硅酸加入到自来水中进行混合，然后分别加入浓度为0.2g/L、 0.4g/L、0.6g/L、0.8g/L、1.0g/L、1.2g/L的单宁酸进行混合，用酒石酸或氢氧化钠调节pH至4，成膜时间为8min，对处理过的试片进行硫酸铜点滴实验。从试验结果可以看出，单宁酸中含有大量的羟基，在起始阶段，界面处氢离子减少，溶液酸度降低，使局部[OH-]瞬间升高，[OH-]与单宁酸多羟基H结合脱水使单宁酸中氧与活性基体[Fe]表面结合形成化学吸附膜，所以金属表面的抗蚀性增强，随加入量继续增加时，转化膜的抗蚀性反而降低。这是由于单宁酸在金属表面达到单层饱和吸附以后，再增大其吸附量会导致形成的化学吸附膜疏松，抗蚀性降低，所以单宁酸浓度的适宜范围是 0.2g/L-0.6g/L。

实施例4

将浓度为1.6g/L的酞酸丁酯、4g/L的柠檬酸、0.4g/L的单宁酸、1.6g/L 环氧丙烷衍生物加入到自来水中进行混合，取不同量的氟硅酸，分别为 0.25mL、0.50mL、0.75mL、1.0mL、1.25mL、1.5mL于上述混合液中，加自来水稀释至刻度线，氟硅酸的浓度分别为1.0mL/L、2.0mL/L、3.0mL/L、 4.0mL/L、5.0mL/L、6.0mL/L，用酒石酸或氢氧化钠调节pH至4，成膜时间为8min，对处理过的试片进行硫酸铜点滴实验。氟硅酸在钢铁表面的作用机理为：

H2SiF6+Fe→Fe²⁺+HSiF⁶-+H2↑ (1)

2HSiF⁶-+Me²⁺→MeSiF6↓+H2SiF6 (2)

反应(1)的作用是降低金属表面的氢离子；反应(2)的作用是在基体表面生成难溶物，沉积在金属表面。当加入少量的氟硅酸时，反应(1)不能充分进行，因此反应(2)不能发生，导致抗蚀性极差，随着氟硅酸的加入，反应(2)进行的程度增加，抗蚀性也随之增加。当加入到一定量时，抑制反应(2)的发生，抗蚀性反而降低。因此氟硅酸浓度的适宜范围是2.0mL/L-4.0mL/L。

实施例5

将浓度为4g/L的柠檬酸、0.4g/L的单宁酸、1.6g/L的环氧丙烷衍生物、 3mL/L的氟硅酸加入到自来水中进行混合，取不同量的酞酸丁酯，分别为 0.2g、0.3g、0.4g、0.5g、0.6g、0.7g于上述混合液中，加自来水稀释至刻度线，酞酸丁酯的浓度分别为0.8g/L、1.2g/L、1.6g/L、2.0g/L、2.4g/L、 2.8g/L，用酒石酸或氢氧化钠调节pH至4，成膜时间为8min，对处理过的试片进行硫酸铜点滴实验。随着酞酸丁酯加入量的增加，膜的抗蚀性呈现上升的趋势，但当加入量增加至2.0g/L后，转化膜的抗蚀性反而降低，膜的结构疏松，所以酞酸丁酯浓度的适宜范围为1.6g/L-2.4g/L。

实施例6

将浓度为2.0g/L的酞酸丁酯、0.4g/L的单宁酸、1.6g/L的环氧丙烷衍生物、3mL/L的氟硅酸加入到自来水中进行混合，取不同量的柠檬酸，分别为0.5g、1.0g、1.5g、2.0g、2.5g于上述混合液中，加自来水稀释至刻度线，柠檬酸的浓度分别为2g/L、4g/L、6g/L、8g/L、10g/L，用酒石酸或氢氧化钠调节pH至4，成膜时间为8min，对处理过的试片进行硫酸铜点滴实验。柠檬酸的浓度较低时，膜的抗蚀性较低，随其加入量的增加，膜的抗蚀性逐渐增强，但是加入量过多，抗蚀性随之降低，所以柠檬酸浓度的适宜范围为 2g/L-6g/L。

实施例7

将浓度为2.0g/L的酞酸丁酯、4g/L的柠檬酸、0.4g/L的单宁酸、1.6g/L 的环氧丙烷衍生物、3mL/L的氟硅酸加入到自来水中进行混合，加自来水稀释至刻度线，用酒石酸或氢氧化钠调节pH，使溶液pH分别为3、4、5、6、 7，成膜时间为8min，对处理过的试片进行硫酸铜点滴实验。通过初步实验探索发现，只有在酸性环境下才能保证成膜液的稳定和膜的形成，当pH小于3时，以金属腐蚀反应为主，处于不成膜状态，随着pH的增加，抗蚀性也随之增加，当pH大于5时，抑制反应发生，抗蚀性反而降低，因此初步实验得到的pH的适宜范围是4-6。

实施例8

根据大量初步实验，改变成膜液中各因素设计做正交试验(L73)，各因素水平见表1，用硫酸铜点滴时间作为性能评价的定量因子，正交试验结果见表 2。根据指标K筛选出最佳工艺为：酞酸丁酯1.6g/L，柠檬酸6g/L，单宁酸 0.6g/L，环氧丙酸衍生物1.6g/L，氟硅酸3mL/L，pH＝4，成膜时间8min。根据R值判断各因素对实验结果的影响顺序为：氟硅酸>柠檬酸>酞酸丁酯 >pH值>成膜时间>环氧丙酸衍生物>单宁酸。

表1因素水平表

表2正交试验结果

实施例9

将用最佳处理液制得的碳钢试片裁成5×5mm的规格进行SEM扫描，结果如图2所示，可观察到铁表面生成一层均匀的非晶态膜。

因此，本发明采用上述水性低表面清洗防锈一步法处理液的制备方法，制备的处理液性能稳定，操作工艺简单且环保，一定程度上可以提高碳钢的防腐能力和涂层的附着力，可与防腐涂料配合使用。

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。