一种钢铁表面钝化成膜液及其使用方法技术

本发明专利技术公开了一种钢铁表面钝化成膜液及其使用方法，制得的该钢铁金属表面钝化成膜液为水溶液，水溶液的ｐＨ值为０．１～５，水溶液的使用温度为１℃～４０℃，与钢铁金属表面的接触时间为５分钟～６０分钟，配制每升水溶液中含有：钛盐：其质量浓度为０．０１％～１％；氟化物：其质量浓度为５％～２０％；硝酸：其质量浓度为１％～１０％。能够在常温状态下在钢铁表面生成色泽均匀的防腐膜，这种防腐膜主要成分为对环境友好的氟铁酸盐，膜层连续致密，具有良好的防腐、粘合性能。由于生产过程不使用六铬价和磷酸盐，使得钢铁表面的处理生产过程及其废旧产品对环境的污染大大减轻，也使得钢铁金属废旧产品的回收再生过程更加方便。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉钢铁表面防腐膜及钢铁表面的处理方法，具体地说是一种钢铁 金属表面钝化成膜液及其使用方法。制得的钢铁金属表面钝化成膜液，不含 六价铬和磷酸盐，能够在常温状态下在钢铁表面生成防腐膜，赋予钢铁表面 良好耐蚀和粘合性能，是一种环保型钢铁表面化学钝化成膜液。
技术介绍
钢铁占金属材料使用量的90%以上，是日常生活中应用最广泛、然而却 最容易腐蚀的金属，全世界每年生产的钢铁产品有近30%受到不同程度的腐 蚀，其中约有10%的钢铁产品将报废。全世界每年因腐蚀造成的经济损失约 7000亿美元，约占各国国民经济产值的2%-4%。钢铁设备还因腐蚀造成设备 性能下降，使生产安全受到严重威胁、生产效率大幅度下降。钢铁防腐蚀处理技术有许多，但钢铁表面磷化处理和钢铁金属表面镀锌 再进行铬酸盐钝化(化学转化)处理是钢铁腐蚀保护中目前最常用的两种方 法。钢铁表面磷化处理是通过钢铁基体与含有磷酸盐、重金属离子、氟离 子、硝酸盐、亚硝酸盐等成分的转化液发生化学反应而在钢铁表面形成磷化 膜的一种技术。磷化膜的特点之一是多孔性，膜本身的耐蚀性有限，有的在 干燥过程中就迅速产生水锈。因此，磷化处理技术的目的通常是增强钢铁表 面与有机涂层的结合力，其处理后的钢铁产品一般只在室内使用。为了提高 磷化膜的防腐能力，磷化后通常还必须对磷化膜作进一步填充、氧化作用的 封闭钝化处理，使磷化膜能够稳定于大气中。经封闭处理的磷酸盐膜，可以 作为钢铁金属基体的防蚀层。尽管如此，该技术产生的磷化膜仍然存在着耐4蚀性能较差以及磷化液中含有的磷酸盐、重金属离子对环境造成富营养化、 重金属污染等缺点。对于大多数用于室外环境的钢铁产品和设备，人们通常采用镀锌钢铁铬 酸盐钝化处理技术，即钢铁表面先镀锌，再在镀锌层表面进行铬酸盐钝化处 理。作为一种传统的金属表面加工处理工艺，钢铁金属表面镀锌并进行铬酸 盐化学转化处理虽然能给钢铁提供极好的腐蚀保护，但由于锌资源的日渐紧 缺，以及镀锌过程中剧毒氰化物、铬酸盐钝化处理过程中致癌铬酸盐的使用， 尤其是铬酸盐处理的产品由于转化膜含有致癌物六价铬，失去使用价值废弃 后产生的电子垃圾污染已经对人类环境造成了巨大的危害。随着全球信息产 业的迅猛发展，产品更新换代速度的加快，世界各国每年产生的电子垃圾达 百万、千万吨，而且这个数字还在逐年攀升。电子垃圾填埋处理时有毒物渗 漏、焚化处理时产生的有毒气体对环境和人类健康造成的极大危害，已经受 到了全世界的关注。因此，金属表面铬酸盐转化处理技术这一具有百年历史的传统工艺已经面临着被取消的命运。欧盟2006年7月1日实施的《关于 在电子电器设备中限制使用某些有害物质》的RoHS(The Restriction of the Use of Certain Hazardous Substances in Electrical and Electric Equipment)指令，规定从2006年7月1日起，进入欧盟市场的新电子电器 产品应不得含有包括六价铬等六种有害物质，其目的在于提高报废电子电器 产品的回收及再循环率、减少电子电器产品废料对水源和土壤引起的二次污 染、保障社会的可持续发展。我国也于2007年3月1日起执行欧盟RoHS 指令，禁止在金属表面处理工艺过程中使用六价铬等有害物质。目前，为了增加钢铁金属的防腐性能，人们提出了各种各样的磷化处理 方法。在如中国专利(申请号03113780.6)公开了一种锌、铁金属及其组 件同槽磷化方法，该方法采用含有磷酸盐和锌、镍、锰等金属盐以及氟化物等成分组成的磷化液，在温度为15X: 6(TC条件下，磷化处理3 15分钟， 使锌、铁金属表面获得达到国家标准性能要求的均匀磷化膜。中国专利申请 公开的一种金属镀锌层钝化用络酸盐组合物及其应用(申请号 91102396.8),采用由Cr03、 NaHS04、 NaH2P04、 AgN03、烷基聚氧乙烯醚组 成的钝化液，在pHl. 5 1. 9条件下钝化处理金属镀锌层表面，使金属镀 锌层获得优异的抗腐蚀性能。虽然上述专利所公开的钝化液，在钢铁或镀锌层表面经上述钝化液处理 后，其表面防腐性能大大提高，但钝化液中含有磷酸盐、重金属离子和六价 铬，却对人类健康和环境生态造成严重的破坏和影响。
技术实现思路
针对上述
技术介绍
中存在的缺陷或不足，本专利技术的目的在于，提供一种 钢铁表面化学钝化成膜液及其使用方法，该转化液不含有六价铬和磷酸盐， 常温条件下在钢铁表面生成的致密防腐膜具有良好的耐蚀和有机涂层粘合 性能，是一种环保型钢铁表面化学钝化成膜液。为了实现上述任务，本专利技术采用如下的技术解决方案 一种钢铁金属表面钝化成膜液，其特征在于，制得的该钢铁金属表面钝化成膜液为水溶液，该水溶液的pH值为0.1 5，水溶液的使用温度为rc 40°C，与钢铁金属表面的接触时间为5分钟 60分钟，配制每升水溶液中 含有钛盐其质量浓度为0.01% 1%;氟化物其质量浓度为5% 20%; 硝酸其质量浓度为1% 10%。上述钢铁金属表面钝化成膜液的优选方案为所述的水溶液的pH值为0.5 4，水溶液的使用温度为5°C 30°C，与 钢铁金属表面的接触时间为10分钟 40分钟，配制每升水溶液中含有钛盐其质量浓度为0.05% 0.5%;氟化物其质量浓度为10% 15%;6硝酸其质量浓度为2.5% 7.5%。所述的钛盐采用氯化钛、硫酸钛、硫酸氧钛、硝酸氧钛、钛酸钠、钛酸 钾和二氧化钛其中的至少一种。所述的氟化物采用氟化铵、氟氢化铵、氟化钠、氟氢化钠、氟化钾、氟 氢化钾中的至少一种。所述的硝酸可以由浓硝酸稀释获得，也可以由可溶于水的硝酸盐，如， 硝酸铵、硝酸钠或硝酸钾，调节溶液pH获得。上述钢铁金属表面钝化成膜液的使用方法，其特征在于，包括下列步骤1) 先将钢铁金属表面进行脱脂处理后用去离子水漂洗；2) 再对钢铁金属表面进行除锈处理后用去离子水漂洗；3) 采用钢铁金属表面钝化液进行转化处理，该水溶液在使用时，温度 控制在rC 4(TC， pH为0.1 5，与钢铁金属表面的接触时间为5分钟 60分钟；4) 将转化处理后的钢铁金属用去离子清洗后，自然干燥，即在钢铁金 属表面形成色泽均匀的钝化膜。本专利技术的钢铁金属表面钝化成膜液，由于不含会导致水体富营养化的磷 酸盐、致癌物六铬价(铬酸盐)以及有毒的金属离子，不仅对环境的污染大 大减轻，而且成本大幅度降低。本专利技术充分利用了稀硝酸的氧化性和强酸性，将钢铁金属表面的铁氧化 为三价铁离子或低价铁氧化物氧化为能够溶于酸的三氧化二铁而成为三价 铁离子，转化液中的氟离子与三价铁离子络合形成氟铁络离子后，将与转化 液中的铵离子或钾离子或钠离子反应生成氟铁酸盐沉淀，结果在钢铁金属表 面形成以难溶的以氟铁酸盐为主要成分的致密转化膜层，使钢铁金属的耐腐 蚀性得到大大提高。所生成的钝化膜，由于利用了钢铁金属表面本身溶解的 成分一三价铁离子形成转化膜的特点，使得致密的转化膜易于在钢铁表面形成，而且转化膜耐蚀性能好、与有机涂层附着力强。附图说明图1是A3钢表面转化膜X射线能谱分析。以下结合附图和专利技术人给出的实施例对本专利技术作进一步的详细说明。具体实施例方式本专利技术制成的钢铁金属表面钝化成膜液，是含有硝酸、氟化物、钛盐的水溶液。1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钢铁金属表面钝化成膜液，其特征在于，制得的该钢铁金属表面钝化成膜液为水溶液，该水溶液的ｐＨ值为０．１～５，使用温度为１℃～４０℃，与钢铁金属表面的接触时间为５分钟～６０分钟，配制的每升水溶液中含有：　钛盐：其质量浓度为０．０１％～ １％；氟化物：其质量浓度为５％～２０％；　硝酸：其质量浓度为１％～１０％。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：郭瑞光，魏肖艳，
申请(专利权)人：西安建筑科技大学，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]