专利名称：钢铁表面的复合有机保护膜的制备方法
技术领域：
本发明属于钢铁表面保护技术领域，特别是涉及一种能够耐热、耐腐蚀、低 摩擦系数的一种钢铁表面的复合有机保护膜的制备方法。
背景技术：
为/防止钢铁零部件的腐蚀生锈，增加零部件的美观，传统方法一直沿用碱 性煮黑工艺、涂漆、喷塑等工艺。
钢铁材料表面的保护及装饰方法、种类很多，应用也很广。有利用电化学反 应的电镀；有利用氧化反应的发黑、磷化等。还有利用物理冶金方法的热浸镀金 属(如热浸锌、热浸铝等)及浸涂、喷涂各种漆等。在一些特别工况使用的钢铁 材料还可利用物理、化学方法的气相沉积，冷、热喷涂金属和金属化合物及塑料。 高温化学渗及离子注入某些元素如氮、硅、铝等，在某些要求耐磨、耐蚀的工、 模具及有些零部件上也得到应用。这些工艺普遍存在操作烦琐、劳动强度大、生 产成本高、环境污染严重、三废治理费用高等缺点。
利用钢铁工件本身余热形成有机保护膜的钢铁防锈(高分子)发黑(中国科 技成果)虽有研究如JH-300、 JH-200钢铁发黑剂系用于20(TC以上的钢铁表面 发黑。依据热反应聚合机理使表面沉积一层黑色高分子保护膜，具有较强的防锈 能力。3%硫酸铜液滴2_3滴，IO分钟无玫瑰色红斑；3%氯化钠溶液浸30分钟无 锈斑；5%草酸溶液滴2-3滴，8分钟无腐蚀斑点替代碱性发黑。该方法制备的有 机物保护膜，膜层薄而单一、疏松，虽有一定的防腐作用， 一般仅用于代替高温 碱性发黑或常温发黑，用于工件库存保护。利用余热的两次成膜虽耐热、耐蚀性
得到提高但减摩性不高。
因而，在本发明之前，由于不能用钢铁工件本身的余热得到致密、耐热、减 摩、不沾水的保护膜，大大影响有机保护膜的性能，致其缺少在耐热、耐蚀、要 求低摩擦系数情况下实际应用的基础。
发明内容
本发明的目的在于提供一种钢铁表面的复合有机保护膜的制备方法，其特征 在于，包括如下步骤
1) 将水性环氧树脂乳液、水或水性色浆混合并搅拌均匀，制成水性环氧树 脂成膜液备用。
2) 在水性环氧树脂成膜液中添加分散剂和减摩、耐蚀、耐热材料，其中， 分散剂的用量按重量份数比选为水性环氧树脂成膜液分散剂=10:0.05 — 10:0.5。
3) 实行工件余热成膜
将钢铁工件在加热炉1中加热到15CTC—600°C，保温使工件热透，取出工件 并浸入含1%--10%的水性环氧树脂成膜液池中，停留5—30秒取出，在加热炉2 中加热60 — 10(TC干燥，或将己制成了一层保护膜的钢铁工件重新加热到150°C —350°C，保温20—60分钟，取出工件空气中冷却或水中冷却，在钢铁工件表面 制成一层复合有机保护膜。
所述分散剂为磷酸三钠。
所述减摩、耐蚀、耐热材料为水性聚四氟乙烯和有机膨润土。
所述聚四氟乙烯加入量按重量份数比控制在水性环氧树脂成膜液水性聚 四氟乙烯=10: 1 — 10:5;有机膨润土加入量按重量份数比控制在水性环氧树脂 成膜液有机膨润土粉末=10:0. 1 — 10:2。
所述水性色浆为无机物着色剂，无机物粉末粒度在1000-2000目范围，其无 机物着色剂包括碳黑、氧化铁黑、钛白粉；
所述无机物着色剂加入量按重量份数比控制在水性环氧树脂成膜液无机 物着色剂=10: 0.2—10:0.3，无机物着色剂在水性环氧树脂成膜液中均匀分布。
本发明的有益效果是本发明制备的复合有机保护膜因在水溶性环氧树脂中 添加了耐热、耐蚀、减磨材料"膨润土"和"聚四氟乙烯树脂"，使形成的膜层 的耐热性、耐腐蚀性大大提高，摩擦系数大大降低。通过成膜后的加热烘干，即可以提高保护膜中各组分的结合，又可以提高膜的致密性，由于添加了聚四 氟乙烯树脂使保护膜具有不沾水的特点，极大提高了保护膜的各种性能。与钢铁 材料有强的结合力和较高的耐腐蚀性，并不会发生保护膜的剥落。
实验表明，在360'C下保持2小时膜层不破坏，在5%的盐酸溶液中浸泡3天 不起皮其腐蚀点小于1个/平方厘米，在5%的氢氧化钠溶液中浸泡5天无异常。 本发明的钢铁有机保护膜可应用于各种钢铁零部件如各种紧固件、弹簧类零件、
各种机械零件和其他工程钢铁构件等的保护和装饰，从而大大拓展了钢铁有机保 护膜的应用范围。
图1为钢铁表面覆有复合有机保护膜的结构示意图。
图2钢铁表面覆有复合有机保护膜的制备工艺流程图。
具体实施例方式
以下参照图1所示的钢铁表面覆有复合有机保护膜的结构示意图和图2所示 的钢铁表面覆有复合有机保护膜的制备工艺流程图，进一步详细描述实现所述方 法的几种实施例。 实施例1
对照图2，在100毫升水中加40克1500目有机膨润土，搅拌均匀并放置1 小时后备用；在100克固含量为50%的水性环氧树脂乳液中添加2克水性碳黑色 浆(根据颜色要求，可添加其他颜色的色浆)、1克磷酸三钠、20克已配制好的 有机膨润土液体，50克50%的水性聚四氟乙烯乳液，搅拌均匀制成环氧树脂成膜
液备用。根据工件大小、加热温度调整成膜液的使用浓度。成膜液自来水=1:
5。实例1工件为①20螺母。加热温度40(TC士1(TC，保温20分钟，取出工件并 浸入已经调整好浓度的成膜液中IO秒钟，然后取出，待工件表面水分蒸发掉后， 把已经成膜后的工件重新放入加热炉中加热，加热温度为20(TC士1(TC，保温30 分钟，取出工件空冷或浸入水中冷却，即得到膜厚约为15um的有机保护膜(如 图l所示)。本实施例的有机保护膜在5。/。的盐酸溶液中浸泡3天而不起皮，腐蚀点小于1 个/平方厘米。在5%氢氧化钠水溶液中浸泡7天无异样，摩擦系数降低且不沾水。 实施例2
钢铁工件为O40螺母，加热温度400。C士1(TC，保温20分钟，成膜液自
来水l: 7。
对照图2，首先，对工件螺母进行加热，加热温度400。C士l(rC，保温20分 钟，然后取出工件并浸入已经调整好浓度的成膜液池中10秒钟，待工件表面水 分蒸发掉后，把第一次成膜后的工件重新放入加热炉中加热，加热温度为15(TC 士1(TC，保温30分钟，取出工件空冷，即得到膜厚约为20mn的有机保护膜。
本实施例的有机保护膜在5%的盐酸溶液中浸泡3天而不起皮，腐蚀点小于1 个/平方厘米。在5%氢氧化钠水溶液中浸泡7天无异样，摩擦系数降低且不沾水。 实施例3
钢铁工件为O40螺母，加热温度50(TC士1(TC，保温20分钟，成膜液自 来水=1: 8;
对照图2，首先，对工件螺母进行加热，加热温度40(TC士1(TC，保温20分 钟，然后取出工件并浸入己经调整好浓度的成膜液池中10秒钟，待工件表面水 分蒸发掉后，把第一次成膜后的工件重新放入加热炉1中加热，加热温度为300 °C±10°C，保温15分钟，取出工件空冷或浸入水中冷却，然后取出，即得到膜 厚约为20um的有机保护膜。
本实施例的有机保护膜在5%的氯化钠溶液中浸泡20天而不起皮，腐蚀点小 于1个/平方厘米。在5%氢氧化钠水溶液中浸泡10天无异样，摩擦系数降低且不 沾水。
权利要求
1. 一种钢铁表面的复合有机保护膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤1)将水性环氧树脂乳液、水或水性色浆混合并搅拌均匀，制成水性环氧树脂成膜液备用；2)在水性环氧树脂成膜液中添加分散剂和减摩、耐蚀、耐热材料，其中，按重量份数比选为水性环氧树脂成膜液∶分散剂＝10∶0.05—10∶0.5；3)实行工件余热成膜将钢铁工件在加热炉1中加热到150℃—600℃，保温使工件热透，取出工件并浸入含wt％--10wt％的水性环氧树脂成膜液池中，停留5—30秒取出，在加热炉2中加热60—100℃干燥，或将已制成了一层保护膜的钢铁工件重新加热到150℃—350℃，保温20—60分钟，取出工件空气中冷却或水中冷却，在钢铁工件表面制成一层复合有机保护膜。
2. 根据权利要求1所述钢铁表面的复合有机保护膜的制备方法,其特征在于， 所述分散剂为磷酸三钠。
3. 根据权利要求1所述钢铁表面的复合有机保护膜的制备方法，其特征在于， 所述减摩、耐蚀、耐热材料为水性聚四氟乙烯和有机膨润土。
4. 根据权利要求1所述钢铁表面的复合有机保护膜的制备方法，其特征在于， 所述聚四氟乙烯加入量按重量份数比控制在水性环氧树脂成膜液水性聚四氟 乙烯==10: 1 — 10:5;有机膨润土加入量按重量份数比控制在水性环氧树脂成膜 液有机膨润土粉末=10:0. 1 — 10:2。
5. 根据权利要求1所述钢铁表面的复合有机保护膜的制备方法，其特征在于， 所述水性色浆为无机物着色剂，无机物粉末粒度在1000-2000目范围，其无机物 着色剂为碳黑、氧化铁黑或钛白粉。
6. 根据权利要求5所述钢铁表面的复合有机保护膜的制备方法，其特征在于， 所述无机物着色剂加入量按重量份数比控制在水性环氧树脂成膜液无机物着色 剂=10: 0.2—10:0.3，无机物着色剂在水性环氧树脂成膜液中均匀分布。
全文摘要
本发明公开了属于钢铁表面保护技术领域的一种钢铁表面的复合有机保护膜的制备方法。先将水性环氧树脂乳液、水或水性色浆混合并搅拌均匀，制成水性环氧树脂成膜液备用；并添加分散剂和减摩、耐蚀、耐热材料，其次实行工件余热成膜，将钢铁工件加热、保温使工件热透，取出工件并浸入水性环氧树脂成膜液池中，停留5-30秒取出加热干燥，或将已制成了一层保护膜的钢铁工件重新加热，保温，取出工件空气中冷却或水中冷却，在钢铁工件表面制成一层复合有机保护膜。本发明制备的复合有机保护膜的耐热、耐腐蚀性高，摩擦系数大大降低。保护膜具有不沾水的特点，提高了保护膜的各种性能。与钢铁材料有强的结合力，并不会发生保护膜的剥落，应用广泛。
文档编号B05D7/24GK101543814SQ20091008249
公开日2009年9月30日 申请日期2009年4月21日 优先权日2009年4月21日
发明者王树成, 王淑花, 赵国刚 申请人:黑龙江科技学院