专利名称：一种铁锈转化剂及其使用方法
技术领域：
本发明涉及一种包括磷酸，有机酸，金属碳酸盐，去离子水和金属粉末的液固两相铁锈转化剂。
本发明还涉及一种通过使用本发明的铁锈转化剂把附着在钢板表面上的铁锈转化成一层坚硬的，附着力强的保护层的方法。
AU-B-17531/83公开了一种用于金属表面化学转化，以改进金属表面耐腐蚀性的溶液。该溶液每升包括至少0.2毫摩尔以(XPO3)n式表示的多磷酸盐，式中n≥3，X为碱金属，碱土金属或铵，至少0.3毫摩尔有机螯合剂和至少0.15qt.-g锌离子。
但该溶液有这样的缺点，即在使用之前，必须对需要处理的金属进行表面除油，漂洗和酸洗等处理步骤。
迄今为止，在钢表面涂漆之前都需经机械方法如镌凿、火焰洗涤、喷砂等或化学方法如酸蚀对钢表面进行处理，以除掉其表面上的铁锈或锈片。镌凿和火焰洗涤往往不能将金属表面的铁锈清除干净，这样涂上的油漆便会在铁锈未清除干净的地方过早地剥落。喷砂法需要良好的劳动保护，避免操作人员得石沫沉着病。酸蚀法的缺点在于只能除掉钢锭表面氧化皮和铁层的一个薄层，且清洗后的表面易于很快地锈化。
本发明的目的在于提供一种铁锈转化剂，其具有强的渗透铁锈的能力并将铁锈转化成坚硬的附着力强的保护性涂层。使用本发明的铁锈转化剂时，需要处理的钢板不必预先完全脱锈，因而，免去使用造价高的清除钢板表面锈层的设备。
本发明的另一个目的是提供一种使用本发明铁锈转化剂保护生锈钢板的方法。
在铁锈转化剂中，磷酸是一个通用的组分，金属碳酸盐的存在可以与铁锈中的硫酸盐反应，有利于生成一种磷酸盐并固定下来。金属粉末可以协助将铁锈转化成磁铁矿。基于这一原理形成了本发明组合物，即由磷酸，有机酸，金属碳酸盐，水和金属粉末组成的铁锈转化剂。
按照本发明的铁锈转化剂，其中含有40-45%(重)的磷酸(80%);
9-10%(重)的有机酸，有机酸可以为C1～C5有机酸，最好为C2～C3有机酸，尤其是乙酸;
1-2%(重)的金属碳酸盐，金属碳酸盐可以为碳酸锌，碳酸镁和碳酸锰，最好为碳酸锰;
35-45%(重)的去离子水;
5-9%(重)的金属粉末，金属粉末可以是锌粉或铁粉，最好是100目铁粉。
按照本发明的铁锈转化剂是由液相和固相组成的两相组合物，其中的固相为金属粉末。金属粉末是作为活化剂在铁锈转化剂使用之前加入的。加入金属粉末后静置30-40分钟便可以使用。用金属刷将生锈钢板上的松散的锈片刮下，利用涂刷法或喷洒法将铁锈转化剂涂复在3″×2″(实验室用)和6″×4″(现场暴露试验用)生锈钢板的表面上。每升铁锈转化剂可以涂复9.0平方米的生锈钢板表面。当被涂钢板表面呈黑色、干燥和坚硬状态时，说明附着在钢板上的铁锈已转化为坚硬的保护层。铁锈转化成保护层一般需要10-60分钟。
有时按照需要在铁锈已转化的钢板上涂复一层底漆和/或饰面漆。通常所用的适宜的底漆为铁丹或铁丹铬酸锌;适宜的饰面漆为醇酸二氧化钛或氯化橡胶。
下面以具体的实验方法进一步详细说明本发明。
(a)附着力试验把铁锈已转化的钢板以水平方向放置在平坦表面上。用一锋利的钢针在钢板表面划许多方格。将一条粘带贴在钢板被划区域上。在粘带之上放一毡垫并在毡垫上施加-1kg的重物。一小时之后，撤去重物和毡垫，快速将粘性带从被涂钢板上剥去。
(b)刮伤试验用Sheen′s自动刮伤机做刮伤实验。将铁锈已转化的钢板安装在滑动板上。向针夹施加1kg的力。针尖降低至试验钢板上产生一条约6cm长的划痕，然后检查痕中是否露出基底金属。
(c)覆盖面积和干燥时间使用一升铁锈转化剂涂复生锈钢板，当被涂钢板表面呈黑色、干燥和坚硬状态时，说明铁锈已转化成坚硬的保护层。测定覆盖钢板的面积，同时测定铁锈转化成坚硬的保护层所需时间，即干燥时间。
(d)耐温试验把铁锈已转化的试件放置在温度为150℃的干燥箱中，放置60分钟，然后将其取出，检查其表面是否有涂层脱落。
(e)腐蚀破坏试验1.将由本发明铁锈转化剂处理的和经酸蚀，手洗处理的3″×2″钢板分别浸没在蒸馏水中25天。各试件的耐腐蚀性见表1。
2.把铁锈已转化的或经过酸蚀或手洗的3″×2″软钢板分别涂上铁丹铬酸锌底漆和/或醇酸二氧化钛饰面漆。在实验室中，将盐水(3%NaCl)喷洒在试件钢板上，并在盐雾室中，放置25天，周期地观察现象，结果见表1。
(f)将铁锈已转化试件和经酸蚀，磷酸化后试件分别涂复一层底漆和/或饰面漆，作盐雾试验(25天)，结果见表2。
(g)铁锈中的无机盐对涂层的影响试验存在于铁锈中的无机盐(氯化钠和硫酸钠)对腐蚀的影响按如下方法测试将尺寸为7.5×5cm的生锈钢板浸没在3%氯化钠或3%硫酸钠溶液中过夜，撤出和干燥。将其中的一组试件用水洗涤，第二组试件用甲醇洗涤，第三组试件用氢氧化锂乙醇溶液洗涤。各组试件表面用铁锈转化剂处理。铁锈已转化的试件涂复一层底漆和/或饰面漆，然后进行25天的盐雾试验。与未经铁锈转化剂处理的试件比较，结果见表3。
(h)曝露试验将铁锈已转化的6″×4″软钢板涂复一层底漆和/或饰面漆。将试件曝露在海边(离海水45米远)，以三个月为一个周期进行观察，结果见表4。
表1.铁锈已转化或铁锈未转化的软钢板(m.s)涂复底漆和/或饰面漆后在腐蚀破坏试验(25天)中的结果蒸馏水 3%氯化钠 盐喷洒试验处理类型 浸没 浸没 (3%氯化钠)1.铁锈转化剂+底漆 无变化 极少量浮泡 无变化2.铁锈转化剂+饰面漆 无影响 无变化 无变化3.酸蚀+底漆 少量锈 锈化 全部锈化斑4.酸蚀+饰面 少量浮 少量锈斑 全部锈化漆 泡5.手洗+底漆 全部锈 严重锈化 涂漆成薄片化 锈化6.手洗+饰面 少量锈 全部锈化 完全锈化漆 斑注底漆铁丹铬酸锌饰面漆醇酸二氧化钛表2.铁锈已转化试件与酸蚀和磷酸化试件的盐雾试验(25天)结果处理方法 涂漆系统 观察结果 锈化百分数(%)1.在盐酸 铁丹底漆和中酸蚀 氯化橡胶饰 表面全部 70-80面漆 褐色锈化2.磷酸化 同上 全面浮泡 25-303.铁锈转化剂处理 氯化橡胶饰 各别地方 10-15面漆 少量锈斑表3.在盐雾试验(25天)中，无机盐对生锈试件的影响处理类型 观察结果 锈化百分数(%)1.铁锈中含氯化钠 严重锈化 90-952.铁锈中含氯化钠+ 各别处有锈斑 10-15铁锈转化剂3.铁锈中含氯化钠+铁锈转化剂，其中(a)用水洗涤 各别处有锈斑 15(b)用甲醇洗涤 同上 5-10(c)用氢氧化锂甲醇 同上 20溶液洗涤4.铁锈中含硫酸钠 严重锈化 75-80
表3(续)在盐雾试验(25天)中，无机盐对生锈试件的影响处理类型 观察结果 锈化百分数(%)5.铁锈中含硫酸钠+ 各别处有锈斑 10-15铁锈转化剂6.铁锈中含硫酸钠+铁锈转化剂，其中(a)用水洗涤 各别处有锈斑 10-15(b)用甲醇洗涤 同上 10-15(c)用氢氧化锂甲醇 同上 10-15溶液洗涤注各试件均涂一层铁丹底漆和一层氯化橡胶饰面漆表4.海边(离海水45米远)曝露试验(10个月)处理方法 m.s.角钢 6″×4″板钢1.手洗+底漆 一般 差2.酸蚀+底漆 差 差3.铁锈已转化 很好 很好+底漆4.手洗+底漆 一般 一般+饰面漆5.酸蚀+底漆 一般 差+饰面漆6.铁锈已转化 优秀 很好+底漆+饰面漆注底漆铁丹铬酸锌I.S.2074饰面漆醇酸二氧化钛被涂复按本发明铁锈转化剂的试件表面涂层的微观结构照片说明，向生锈钢板表面涂复铁锈转化剂可获得一层坚硬的附着力强的精细均匀涂层。铁锈转化剂与铁锈反应，将铁锈转化成磁铁矿嵌入金属磷酸盐层中。
通过测定铁锈已转化试件的物理性能表明，铁锈已转化的试件具有非常好的附着力，因为粘性带扯去后没有涂层脱落。试件通过了负荷为1kg的刮伤试验而没有露出基底金属。一升铁锈转化剂溶液可以涂复9平方米的生锈钢板表面，并需要10-60分钟干燥。耐温试验表明铁锈已转化钢板涂层可耐温至150℃，说明可用于烤漆场合。
表1给出了腐蚀破坏试验结果。从表1可以看出，由本发明铁锈转化剂涂复的试件可以在浸没试验和盐雾喷洒试验中得到保护，持续25天。与经手洗和酸蚀并涂复底漆和/或饰面漆的试件比较，经本发明铁锈转化剂处理并涂复底漆和/或饰面漆的试件，在盐喷洒试验和蒸馏水、氯化钠溶液浸没试验中表现很好，基本没有锈化现象。
从表2可以看出，经酸蚀或磷酸化并涂复底漆和饰面漆的试件在盐雾试验中，表面锈化分别达70-80%和25-30%，而经本发明铁锈转化剂处理并涂复饰面漆的试件锈化只有10-15%。
表3是在盐雾试验(25天)中无机盐对生锈试件的影响。表3给出了含有氯化钠或硫酸钠的生锈钢板涂复底漆和饰面漆后在盐雾试验中的性能以及含有氯化钠或硫酸钠的生锈钢板经溶剂洗涤并经本发明铁锈转化剂处理和涂复底漆和饰面漆的试件在盐雾试验中的性能。从表3可以看出，含有无机盐并涂有底漆和饰面漆的试件锈化达70-90%，而用溶剂洗涤并经本发明铁锈转化剂处理的试件，锈化约为5-10%。
表4是海边(离海水45米)曝露试验。它给出了经不同方法处理的钢板在海边曝露试验中的观察结果。结果表明，经本发明铁锈转化剂处理的钢板在海边(离海水45米)放置10个月后，涂漆表面依然很好没有生锈现象，而未经铁锈转化剂处理的钢板锈化现象严重。
实施例原料80%正磷酸 2700ml碳酸锰 180g乙酸 900ml去离子水 4500ml100目铁粉 900g将去离子水倒入不锈钢容器中，然后在搅拌下缓慢地加入正磷酸。继续搅拌稀酸以使充分混合。在搅拌下分批加入碳酸锰。以防物料溢出反应器。碳酸锰加完之后继续搅拌15分钟。溶液的颜色为暗红色或紫色。搅拌下将乙酸加到上述溶液中，溶液的颜色变线。在30分钟内将上述溶液加至70℃，当溶液变为淡棕色时说明各组分已充分溶解。过滤上述混合物，所得液体准备下步使用。
将铁粉加入上述溶液中并静置30-40分钟，便得到液固两相铁锈转化剂，
权利要求
1.一种液固两相铁锈转化剂，其中包括40-45%(重量)的正磷酸(80%)；9-10%(重量)的有机酸，有机酸可以为C1～C5有机酸，最好为C2～C3有机酸，1-2%(重量)的金属碳酸盐；金属碳酸盐选自碳酸锌，碳酸镁和碳酸锰；35-45%(重量)的去离子水，和5-9%(重量)的金属粉末。
2.权利要求1的铁锈转化剂，其中的有机酸为乙酸。
3.权利要求1的铁锈转化剂，其中的金属碳酸盐为碳酸锰。
4.权利要求1的铁锈转化剂，其中的金属粉末为100目的铁粉。
5.一种把附着在钢板表面上的铁锈转化成坚硬，附着力强的保护层的方法，该方法包括在生锈钢板上涂复一层铁锈转化剂，根据需要也可在铁锈已转化成保护层以后，涂复一层底漆和/或饰面漆，其中铁锈转化剂含有40-45%(重量)的正磷酸(80%);9-10%(重量)的有机酸，有机酸可以为C1～C5有机酸，最好为C2～C3有机酸;1-2%(重量)的金属碳酸盐，金属碳酸盐选自碳酸锌，碳酸镁和碳酸锰;35-45%(重量)的去离子水，和5-9%(重量)的金属粉末。
6.权利要求5的方法，其特征在于利用涂刷法或喷涂法将铁锈转化剂涂复在生锈钢板上。
7.权利要求5的方法，其特征在于每升铁锈转化剂可以涂复9平方米的生锈钢表面。
8.权利要求5的方法，其特征在于将铁锈转化成保护层需要10-60分钟干燥。
9.权利要求5的方法，其中所述的底漆为铁丹或铁丹铬酸锌，饰面漆为醇酸二氧化钛或氯化橡胶。
10.权利要求5的方法，其特征在于铁锈已转化的涂层可耐温达150℃。
11.权利要求5的方法用于烤漆场合。
全文摘要
一种铁锈转化剂以及使用该铁锈转化剂，将钢表面上的铁锈转化成坚硬，附着力强的保护层的方法。其中铁锈转化剂包括40-45％(重)磷酸，9-10％(重)有机酸，1-2％(重量)金属碳酸盐，35-45％(重)去离子水的5-9％(重)的金属粉末。
文档编号C23C22/18GK1049871SQ8910664
公开日1991年3月13日 申请日期1989年8月30日 优先权日1989年8月30日
发明者迪米特利·阿英多罗斯 申请人:克雷默斯公司