一种用于金属表面处理的改良锆基转化膜及其制备方法与应用技术

本发明专利技术涉及一种基于传统锆化膜进行升级改良的锆基转化膜成膜液，原料组分及其以质量百分比100％计：成膜剂1‑10％，氧化剂0.1‑5％，螯合剂1‑10％，防锈剂0.1‑3％，分散剂0.01‑3％，中和剂0.1‑5％，余量为水(工业用水)。本发明专利技术优点在于无机螯合剂的加入络合了工业用水的杂离子，同时改良了锆转化液稳定性差、不能处理粗糙钢铁基材的缺陷。本发明专利技术不但提高膜层耐腐蚀性能，而且可以降低生产成本，同时处理液处理面积大，参数简单便于控制，适合大规模应用。

【技术实现步骤摘要】
一种用于金属表面处理的改良锆基转化膜及其制备方法与应用
本专利技术涉及一种在钢铁表面防腐转化膜的制备方法与应用，属于金属表面处理
范畴。
技术介绍
公开该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。在金属表面前处理工艺中，传统上最常用的是磷化工艺，磷化工艺自专利技术之日起至今已有百年历史，因其具有裸膜耐腐蚀能力强、漆膜性能好、处理工件范围广等优点，一经专利技术便被广泛应用在金属表面前处理各个领域。但是随着如今社会对于环保要求的越来越高，磷化技术的弊端暴露无疑，磷化处理后沉渣多，重金属离子含量高，废液排放污染严重，对环境的伤害日益严重。基于此背景，在金属表面前处理行业中，研发新型环保型前处理成膜剂迫在眉睫。目前市场上的一种主流的环保型产品为：锆基转化膜(又称陶化膜)。锆化液产品的优点是：(1)可在常温、低浓度和较短时间内完成操作；(2)转化处理液中不含重金属镍、亚硝酸盐、铬酸盐等污染物、无需表调，可减轻废水处理的负担；(3)溶液维护方便，在常温下使用，pH值控制在4.5～5.5，处理时间30-200秒，膜厚20-120nm；(4)转化膜的耐蚀性与涂膜的附着力与磷化处理相当；(5)总运作成本比磷化处理低(能耗和水耗也低)；(6)适用于多种金属材料(如钢铁、铝、锌、镁合金等)的涂装前处理(浸渍或喷淋)。但专利技术人发现：该类锆基转化膜也存在着处理液稳定性较差，处理液中其他杂质离子副作用大，必须采用纯水，对于工艺流程要求较高，能处理的基材表面处理要求高等缺陷。
技术实现思路
针对现有锆化液的不足，本专利技术提供一种基于钢铁表面耐腐蚀、附着力性能优异的改良锆基成膜剂，可以采用工业用水配制溶液，可处理表面条件较差的钢铁基材，大大降低成本，可以大规模工业化应用。为实现上述技术目的，本专利技术采用如下技术方案：本专利技术的第一个方面，提供了一种钢铁表面改良锆基成膜液，由如下质量百分比的原料组成：成膜剂1-10％，氧化剂0.1-5％，螯合剂1-10％，防锈剂0.1-3％，分散剂0.01-3％，中和剂0.1-5％，余量为水。本专利技术是在锆基转化膜的基础上引入精选螯合剂来改良锆基转化膜的适用性范围窄的缺点，而且进一步增强耐腐蚀效果与漆膜附着力性能。通过螯合剂结合溶液中多种游离金属离子在金属基体表面杂化沉积，形成多维层状结构的坚实转化膜层。可以处理表面粗糙度较大的钢铁表面，可以大大提高处理液适用范围。本专利技术的第二个方面，提供了一种钢铁表面改良锆基成膜液的制备方法，包括：向工业水中依次加入成膜剂、氧化剂、螯合剂、防锈剂、分散剂、中和剂，混合均匀后，调节pH为1.8～2.2；所述加入过程中，待前一试剂溶解均匀后再加入后一试剂。本专利技术采用工业用水作为原料，改良了相比传统的锆化处理液必须要用纯水，大大降低原料成本，但是在钢铁表面的膜层性能并没有显著降低，各项指标均能满足国标要求。本专利技术的第三个方面，提供了任一上述的钢铁表面改良锆基成膜液在钢铁表面处理中的应用。本专利技术的有益效果在于：(1)螯合剂的引入可以与无机锆转化膜结合在钢铁表面成三维网状膜，膜层相比传统锆化膜更厚，耐腐蚀性能更强；改良了锆化膜只能处理表面粗糙度较小的钢铁基材；(2)采用工业用水作为原料，改良了相比传统的锆化处理液必须要用纯水，大大降低原料成本；(3)虽然采用工业用水，但是在钢铁表面的膜层性能并没有显著降低，依然可以满足裸膜测试，漆膜测试等，各项指标均能满足国标要求；(4)本专利技术成膜液无污染、无重金属离子，对环境没有损害。(5)本专利技术的方法简单、成本低、实用性强，易于推广。附图说明构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。图1是实施例1至实施例4的阻抗结果图。具体实施方式应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本专利技术提供进一步的说明。除非另有指明，本专利技术使用的所有技术和科学术语具有与本专利技术所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本专利技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。一种钢铁表面改良锆基成膜液，原料组分及其以质量百分比100％计：成膜剂1-10％，氧化剂0.1-5％，螯合剂1-10％，防锈剂0.1-3％，分散剂0.01-3％，余量为水(自来水)。本专利技术的成膜剂相较于众多学者研究的锆化膜的优势在于，出发点在于工业中的生产应用，解决众多企业目前磷化膜，铬酸盐转化膜等高污染产品被禁用而现有产品有局限性无法完全替代磷化膜等的困境，满足国家新时代对环境保护的要求。优选的，所述钢铁表面改良锆基成膜液由成膜剂，螯合剂，氧化剂组成。根据专利技术优选的，成膜剂包括氟钛酸、氟硼酸、氟硅酸、氢氟酸、氟锆酸、中的一种或几种；更优选的，所述成膜剂为氟锆酸或氟钛酸。与现有论文研究的锆化膜体系相比，本专利技术研究了更宽泛的体系如氟锆酸、氟钛酸、氟硼酸、氟硼酸+硝酸钠、氧氯化锆、双氧水、六偏磷酸钠、三聚磷酸钠、酒石酸钠、植酸、柠檬酸钠、氨基三羧酸等，且可以采工业用水，不需纯水，成本降低，各原料及处理液条件工业应用上均能满足要求。而目前的论文所做的测试是关于理论研究的电化学数据，不够接近工业应用实际。根据专利技术优选的，氧化剂包括氧氯化锆、硝酸钠、硝酸锌、双氧水、氯酸钠等；更优选的，所述氧化剂为硝酸钠，硝酸锌，氧氯化锆。根据专利技术优选的，螯合剂包括柠檬酸钠、酒石酸钠、硼酸、植酸、六偏磷酸钠、醋酸钠、乙二酸、氨基三羧酸、氨基三羧酸钠中的一种或几种；更优选的，所述螯合剂为柠檬酸钠，六偏磷酸钠，酒石酸钠，植酸。本专利技术研究发现：通过多种无机螯合剂复配，如六偏磷酸钠、三聚磷酸钠等将工业用水中的钙镁离子等螯合沉降，降低钙镁杂离子对锆化液产生的干扰，既改良了传统的锆化处理液必须要用纯水的缺点，又大大降低原料成本，而且钢铁表面的膜层性能并没有显著降低，因此，可采用工业用水作为原料。根据专利技术优选的，防锈剂包括苯甲酸钠、钼酸钠、钨酸钠、海藻酸钠、硫脲中的一种或几种；更优选的，所述防锈剂为钼酸钠，硫脲，苯甲酸钠，以提高金属的防锈时间。根据专利技术优选的，分散剂包括水性聚氨酯、纳米二氧化钛溶胶、聚丙烯酸酯、纳米氧化锌溶胶、十二烷基苯磺酸钠中的一种或几种；更优选的，所述分散剂为聚丙烯酸酯，纳米氧化锌溶胶，以改善各组分在成膜液中的分散效果，增强成膜性能。根据专利技术优选的，中和剂包括氢氧化钠、碳酸钠、氢氧化钾、氨水中的一种或几种。更优选的，所述中和剂为氢氧化钠，以本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钢铁表面改良锆基成膜液，其特征在于，由如下质量百分比的原料组成：成膜剂1-10％，氧化剂0.1-5％，螯合剂1-10％，防锈剂0.1-3％，分散剂0.01-3％，中和剂0.1-5％，余量为水。/n

【技术特征摘要】
1.一种钢铁表面改良锆基成膜液，其特征在于，由如下质量百分比的原料组成：成膜剂1-10％，氧化剂0.1-5％，螯合剂1-10％，防锈剂0.1-3％，分散剂0.01-3％，中和剂0.1-5％，余量为水。


2.如权利要求1所述的钢铁表面改良锆基成膜液，其特征在于，由如下质量百分比的原料组成：成膜剂1-5％，氧化剂0.1-2.5％，螯合剂1-5％，防锈剂0.1-1.5％，分散剂0.01-1.5％，中和剂0.1-5％，余量为水。


3.如权利要求1所述的钢铁表面改良锆基成膜液，其特征在于，由如下质量百分比的原料组成：成膜剂5-10％，氧化剂2.5-5％，螯合剂5-10％，防锈剂1.5-3％，分散剂1.5-3％，中和剂0.1-5％，余量为水。


4.如权利要求1-3任一项所述的钢铁表面改良锆基成膜液，其特征在于，所述成膜剂包括氟钛酸、氟硼酸、氟硅酸、氢氟酸、氟锆酸中的一种或几种。


5.如权利要求1-3任一项所述的钢铁表面改良锆基成膜液，其特征在于，所述氧化剂包括氧氯化锆、硝酸钠...

【专利技术属性】
技术研发人员：马厚义，王岩，赫威，
申请(专利权)人：匠之心表面功能化技术济南有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37