| 专利名称： | 一种四合一型刷涂化学转化液 | ||
| 专利名称(英文)： | |||
| 专利号： | CN201610326572.8 | 申请时间： | 20160517 |
| 公开号： | CN105821404A | 公开时间： | 20160803 |
| 申请人： | 山东大学 | ||
| 申请地址： | 250061 山东省济南市历下区经十路17923号 | ||
| 发明人： | 吕宇鹏; 姜葱葱; 肖桂勇 | ||
| 分类号： | C23C22/42; C23G1/08; C23G1/04 | 主分类号： | C23C22/42 |
| 代理机构： | 济南圣达知识产权代理有限公司 37221 | 代理人： | 曹丽 |
| 摘要： | 本发明公开了一种四合一型刷涂化学转化液，所述的转化液由以下重量百分比的成分组成：脱脂剂1?1.5％、除锈剂2.5?3.5％、成膜剂9?13％、氧化剂0.3?0.8％、络合剂0.8?1.3％、缓蚀剂0.2?0.6％，余量为水，并调节pH值为1.5?2.0。使用方法：先将钢铁表面重油污及浮锈除干净，刷涂面保持干燥；然后再用漆刷沾转化液在钢铁上反复涂刷30?60s，待表面稍干后，将表面的气泡及多余的转化液刷净；最后将其置于通风处自然晾干。本发明的四合一型刷涂化学转化液在常温下将脱脂、除锈、表调、转化四步合一，方便操作。转化液性能稳定，成膜性好，经刷涂后能在钢铁基体表面形成一层连续致密的转化膜，耐蚀性优异。制造方法简单、操作方便、实用性强。 | ||
| 摘要(英文)： | |||
1.一种四合一型刷涂化学转化液，其特征是：由以下重量百分比的物质在常温常压下反应 而成：脱脂剂1～1.5％、磷酸2.5～3.5％、成膜剂9～13％、氯酸盐0.3～0.8％、柠檬酸0.8～1.3％、 钼酸盐0.2～0.6％，余量为水。
2.如权利要求1所述的转化液，其特征是：由以下重量百分比的物质在常温常压下反应而 成：脱脂剂1～1.25％、磷酸2.5～3％、成膜剂9～11％、氯酸盐0.3～0.5％、柠檬酸0.8～1.0％、钼 酸盐0.2～0.4％，余量为水。
3.如权利要求1所述的转化液，其特征是：由以下重量百分比的物质在常温常压下反应而 成：脱脂剂1.25～1.5％、磷酸3～3.5％、成膜剂11～13％、氯酸盐0.5～0.8％、柠檬酸1.0～1.3％、 钼酸盐0.4～0.6％，余量为水。
4.如权利要求1-3任一所述的转化液，其特征是：所述脱脂剂为阴离子型和非离子型表面 活性剂的混合物；优选的所述阴离子型表面活性剂为十二烷基磺酸钠或十二烷基硫酸钠，所 述非离子型表面活性剂为聚乙二醇或三乙醇胺。
5.如权利要求1-3任一所述的转化液，其特征是：所述成膜剂为氧化锌和硝酸。
6.如权利要求1所述的转化液，其特征是：所述转化液的pH值为1.5-2.0。
7.权利要求1-6任一项所述四合一型刷涂化学转化液的使用方法，其特征是：先将钢铁表 面重油污及浮锈除干净，刷涂面保持干燥；然后再用漆刷沾转化液在钢铁上反复涂刷，待表 面稍干后，将表面的气泡及多余的转化液刷净；最后将其置于通风处自然晾干。
8.如权利要求7所述的使用方法，其特征是：所述用漆刷沾转化液在钢铁上反复涂刷的时 间为30-60s。
9.权利要求1-6任一项所述的四合一型刷涂化学转化液在钢架、桥梁、管道、船舶等体积 庞大、结构复杂的金属制件表面防护处理中的应用。
10.权利要求1-6任一项所述的四合一型刷涂化学转化液在汽车工业、家用电器、造船工 业、航空及武器装备制造中的应用。
1.一种四合一型刷涂化学转化液，其特征是：由以下重量百分比的物质在常温常压下反应 而成：脱脂剂1～1.5％、磷酸2.5～3.5％、成膜剂9～13％、氯酸盐0.3～0.8％、柠檬酸0.8～1.3％、 钼酸盐0.2～0.6％，余量为水。
2.如权利要求1所述的转化液，其特征是：由以下重量百分比的物质在常温常压下反应而 成：脱脂剂1～1.25％、磷酸2.5～3％、成膜剂9～11％、氯酸盐0.3～0.5％、柠檬酸0.8～1.0％、钼 酸盐0.2～0.4％，余量为水。
3.如权利要求1所述的转化液，其特征是：由以下重量百分比的物质在常温常压下反应而 成：脱脂剂1.25～1.5％、磷酸3～3.5％、成膜剂11～13％、氯酸盐0.5～0.8％、柠檬酸1.0～1.3％、 钼酸盐0.4～0.6％，余量为水。
4.如权利要求1-3任一所述的转化液，其特征是：所述脱脂剂为阴离子型和非离子型表面 活性剂的混合物；优选的所述阴离子型表面活性剂为十二烷基磺酸钠或十二烷基硫酸钠，所 述非离子型表面活性剂为聚乙二醇或三乙醇胺。
5.如权利要求1-3任一所述的转化液，其特征是：所述成膜剂为氧化锌和硝酸。
6.如权利要求1所述的转化液，其特征是：所述转化液的pH值为1.5-2.0。
7.权利要求1-6任一项所述四合一型刷涂化学转化液的使用方法，其特征是：先将钢铁表 面重油污及浮锈除干净，刷涂面保持干燥；然后再用漆刷沾转化液在钢铁上反复涂刷，待表 面稍干后，将表面的气泡及多余的转化液刷净；最后将其置于通风处自然晾干。
8.如权利要求7所述的使用方法，其特征是：所述用漆刷沾转化液在钢铁上反复涂刷的时 间为30-60s。
9.权利要求1-6任一项所述的四合一型刷涂化学转化液在钢架、桥梁、管道、船舶等体积 庞大、结构复杂的金属制件表面防护处理中的应用。
10.权利要求1-6任一项所述的四合一型刷涂化学转化液在汽车工业、家用电器、造船工 业、航空及武器装备制造中的应用。
翻译：技术领域
本发明属于金属表面改性技术领域，特别涉及一种四合一型刷涂化学转化液。
背景技术
化学转化处理应用于工业领域己有百年历史，广泛应用于汽车工业、家用电器、造船工 业、航空及武器装备等领域。化学转化膜具有防腐蚀、耐磨减摩、提高润滑性和增进涂料与 金属基底附着力等多种作用，在钢铁、铝、镁、锌及其合金的表面防护处理中起到重要的作 用。传统工艺在转化前，需要先进行脱脂、除锈及表面调整等工序，繁琐的工序给实际生产 中的操作和控制等都增加了难度。采用脱脂、除锈、表调、转化“四合一”的转化液，大大简 化了操作工序，便于操作，同时降低了综合成本。然而，目前的“四合一”转化仍存在很多问 题，如除油效果不理想、转化液含有有害离子等缺陷。另外，传统工艺采用的喷淋或浸泡等 方式，不适于体积庞大、结构复杂的金属制件。
刷涂转化的工艺方法能够克服现有工艺方法的缺点和不足，不仅适用于大型钢铁结构件 的磷化及无槽、无加热设备制件的转化处理，而且具有耐蚀性好、不需加温、不需冲洗、节 约能源、没有“三废”、与油漆配套性能好等特点。目前的报道中，专利CN104233258A公开 了一种家用电器用室温刷涂磷化液，该磷化液的组成为：磷酸44～48g/L，磷酸二氢锌24～28 g/L，氧化锌10～12g/L，磷酸二氢钙16～20g/L，氧化钙6～8g/L，酒石酸6～8g/L，柠檬酸钠 5～7g/L，草酸12～14g/L，硫酸羟胺3～6g/L，氟化镍7～9g/L，硫酸镍6～8g/L，OP～103～5g/L， 十二烷基磺酸钠2～4g/L，余量为水。该磷化液中含有氟化镍成分，不利于环境保护。专利CN 102605363A公开了一种常温型快干涂刷式磷化液及其制备方法，所述磷化液组成为：磷酸 150～200g/L，磷酸二氢锌5～7g/L，乙二胺四乙酸1～3g/L，乙醇150～250ml/L，氟化钾3～5g/L， 硝酸铅0.1～0.3g/L，聚乙二醇60002～5g/L，余量为纯水。该专利中使用的氟化钾、硝酸铅对 操作人员有一定的危害性。因此，研制一种常温条件下，通过刷涂工艺，高效实现脱脂、除 锈、表调、转化等功能的环保转化液，对钢铁制件的涂装打底及耐蚀防护均具有重要的使用 价值，凸显其良好的经济效益和环境效益。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种四合一型刷涂化学转化液，将脱脂、除锈、表调、转化 四步合一，大大简化操作工序，降低施工成本。整个操作过程在常温下进行，且转化处理后 可免除水洗，实现节能减排。转化液性能稳定，成膜性好，经刷涂后能在钢铁基体表面形成 一层连续致密的转化膜，耐蚀性优异，防锈时间长。刷涂工艺操作简便，成膜速度快，适宜 于各种复杂形状的钢铁基体。
现有的磷化液中，为了加快成膜速率，往往加入氯酸盐；但研究中发现：氯酸盐的加入 会产生过多的磷酸铁沉渣，阻碍磷化的进行，为此，本发明在深入分析磷化反应和氯酸盐阻 碍机理的基础上，提出通过加入络合剂中和氯酸盐氧化产生的金属离子，从而保证磷化反应 地顺利进行。然而，实验结果表明：由于磷化液中存在多种金属离子，络合剂的选择性差， 无法实现预期的效果。因此，后续研究中将络合剂的筛选范围进一步扩大，偶然发现：采用 柠檬酸与氯酸盐复配，能够有效络合氧化产生的金属离子，减少沉渣的生成。两者的协同作 用还促进了成膜，提高了成膜质量。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种四合一型刷涂化学转化液，由以下重量百分比的物质在常温常压下反应而成：脱脂 剂1～1.5％、磷酸2.5～3.5％、成膜剂9～13％、氯酸盐0.3～0.8％、柠檬酸0.8～1.3％、钼酸盐0.2～0.6％， 余量为水。
优选的，所述的四合一型刷涂化学转化液是由以下重量百分比的物质在常温常压下反应 而成：脱脂剂1～1.25％、磷酸2.5～3％、成膜剂9～11％、氯酸盐0.3～0.5％、柠檬酸0.8～1.0％、 钼酸盐0.2～0.4％，余量为水。
其中，所述氧化剂为氯酸盐，加速成膜。
所述络合剂为柠檬酸，细化晶粒，减少沉渣。
所述缓蚀剂为钼酸盐，起缓蚀和促进作用，并能实现钝化的功能。
优选的，所述的四合一型刷涂化学转化液是由以下重量百分比的物质在常温常压下反应 而成：脱脂剂1.25～1.5％、磷酸3～3.5％、成膜剂11～13％、氯酸盐0.5～0.8％、柠檬酸1.0～1.3％、 钼酸盐0.4～0.6％，余量为水。
优选的：所述脱脂剂为阴离子型和非离子型表面活性剂的混合物；二者优选的质量比为 1～1.5:1～1.5。
脱脂剂由阴离子型和非离子型表面活性剂搭配，可以避免单一表面活性剂脱脂不理想的 问题。如常用的阴离子型表面活性剂虽具有一定的脱脂作用，但是过多使用会使转化液起泡， 转化膜发白；非离子型表面活性剂具有良好的渗透性、润湿性和除油能力，但与酸度较高的 转化液相容性差，使其去污能力大大降低。两者搭配使用不仅能够减少阴离子型表面活性剂 的用量，同时改善非离子型表面活性剂与转化液的相容性，能够显著提高脱脂除油的效果。
更优选的，所述阴离子型表面活性剂为十二烷基磺酸钠或十二烷基硫酸钠，所述非离子 型表面活性剂为聚乙二醇或三乙醇胺。
优选的，所述成膜剂为氧化锌和硝酸。直接对转化膜的厚薄及品质起决定性作用。二者 优选的质量比为1～1.5:1～1.5。
实验中还发现：钼酸盐与该成膜剂有缓蚀协同作用，可以进一步减少对基体的过度溶解， 改善膜层的防护性和耐蚀性。
优选的，所述转化液的pH值为1.5-2.0。
本发明还提供了任一上述的四合一型刷涂化学转化液的使用方法：先将钢铁表面重油污 及浮锈除干净，刷涂面保持干燥；然后再用漆刷沾转化液在钢铁上反复涂刷，待表面稍干后， 将表面的气泡及多余的转化液刷净；最后将其置于通风处自然晾干。
优选的，所述用漆刷沾转化液在钢铁上反复涂刷的时间为30-60s。
上述的任一项四合一型刷涂化学转化液皆可用于钢架、桥梁、管道、船舶等体积庞大、 结构复杂的金属制件表面防护处理。
上述的任一项四合一型刷涂化学转化液在汽车工业、家用电器、造船工业、航空及武器 装备制造中得到广泛应用。
本发明产生的有益效果：
1)转化液中的氯酸盐作为一种强氧化剂，能够加速成膜，但是单独使用会产生过多磷酸 铁，阻碍进一步磷化。通过加入柠檬酸，能够有效络合氧化产生的三价铁离子，减少沉渣的 生成。两者的协同作用促进了成膜，提高了成膜质量。同时，钼酸盐与成膜剂有缓蚀协同作 用，可以减少对基体的过度溶解，改善膜层的防护性和耐蚀性。
2)脱脂剂由阴离子型和非离子型表面活性剂搭配，可以避免单一表面活性剂脱脂不理想 的问题。如常用的阴离子型表面活性剂虽具有一定的脱脂作用，但是过多使用会使转化液起 泡，转化膜发白；非离子型表面活性剂具有良好的渗透性、润湿性和除油能力，但与酸度较 高的转化液相容性差，使其去污能力大大降低。两者搭配使用不仅能够减少阴离子型表面活 性剂的用量，同时改善非离子型表面活性剂与转化液的相容性，能够显著提高脱脂除油的效 果。
3)常温下一步实现脱脂、除锈、表调、转化等功能，并可省去常规酸洗、表调及水洗等 工序，工艺简便，综合成本降低。
4)转化液中不含有毒有害物质，转化液性能稳定，成膜性好，膜层连续致密，呈深灰色， 耐蚀性优良。
5)本发明的四合一型刷涂化学转化液，具有脱脂、除锈、表调、转化等功能，主要用于 大型复杂钢铁制件的涂装打底和耐蚀防锈，整个操作过程在常温下进行，无需水洗，转化液 无毒、无污染，具有显著的经济效益和环境效益。
6)本发明制造方法简单、操作方便、实用性强。
附图说明
图1为实施例1制备的刷涂转化膜的X射线衍射图；
图2为实施例1制备的刷涂转化膜的场发射扫描电镜图；
图3为实施例1制备的刷涂转化膜与基体在3.5wt％的氯化钠溶液中的极化曲线。
具体实施方式
以下通过实施例对本发明特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人 员的理解：
实施例1
一种四合一型刷涂化学转化液，其组成包括如下重量份的成分：脱脂剂10份、除锈剂30 份、成膜剂100份、氧化剂5份、络合剂10份、缓蚀剂2份，加水至1000份，并调节pH值 为1.75。
上述四合一型刷涂化学转化液的使用方法是：先将35CrMnSi钢表面重油污及浮锈除干 净，刷涂面保持干燥；然后再用漆刷沾转化液在钢铁上反复涂刷40s，待表面稍干后，将表 面的气泡及多余的转化液刷净；最后将其置于通风处自然晾干。
由图1可以看出，该刷涂转化膜的物相组成为磷酸锌(Zn3(PO4)2·4H2O)。磷酸锌本身具有 良好的耐蚀性，是一种非导电的无机盐；图2的SEM图表明，该转化膜是由致密、均匀的片 状晶体(10-20um)组成，膜层完整地覆盖了基体，能够防止腐蚀介质对基体的侵蚀，从而 起到提高耐蚀性的作用；图3的极化曲线证实了转化膜的耐蚀性能，经过刷涂转化处理的试 样较未处理基体具有较高的腐蚀电压和较低的腐蚀电流，显著提高了钢铁基体的耐蚀防护性 能。
实施例2
一种四合一型刷涂化学转化液，其组成包括如下重量份的成分：脱脂剂15份、除锈剂25 份、成膜剂90份、氧化剂3份、络合剂12份、缓蚀剂4份，加水至1000份，并调节pH值 为2.0。
上述四合一型刷涂化学转化液的使用方法是：先将35CrMnSi钢表面重油污及浮锈除干 净，刷涂面保持干燥；然后再用漆刷沾转化液在钢铁上反复涂刷60s，待表面稍干后，将表 面的气泡及多余的转化液刷净；最后将其置于通风处自然晾干。
实施例3
一种四合一型刷涂化学转化液，其组成包括如下重量份的成分：脱脂剂12份、除锈剂35 份、成膜剂120份、氧化剂6份、络合剂13份、缓蚀剂5份，加水至1000份，并调节pH值 为1.6。
上述四合一型刷涂化学转化液的使用方法是：先将35CrMnSi钢表面重油污及浮锈除干 净，刷涂面保持干燥；然后再用漆刷沾转化液在钢铁上反复涂刷30s，待表面稍干后，将表 面的气泡及多余的转化液刷净；最后将其置于通风处自然晾干。
实施例4
一种四合一型刷涂化学转化液，其组成包括如下重量份的成分：脱脂剂14份、除锈剂28 份、成膜剂130份、氧化剂8份、络合剂8份、缓蚀剂6份，加水至1000份，并调节pH值 为1.5。
上述四合一型刷涂化学转化液的使用方法是：先将35CrMnSi钢表面重油污及浮锈除干 净，刷涂面保持干燥；然后再用漆刷沾转化液在钢铁上反复涂刷50s，待表面稍干后，将表 面的气泡及多余的转化液刷净；最后将其置于通风处自然晾干。
实施例5
一种四合一型刷涂化学转化液，其组成包括如下重量份的成分：十二烷基磺酸钠7份、 聚乙二醇7份、磷酸28份、氧化锌65份、硝酸65份、氯酸盐8份、柠檬酸8份、钼酸盐6 份，加水至1000份，并调节pH值为1.5。
上述四合一型刷涂化学转化液的使用方法是：先将35CrMnSi钢表面重油污及浮锈除干 净，刷涂面保持干燥；然后再用漆刷沾转化液在钢铁上反复涂刷50s，待表面稍干后，将表 面的气泡及多余的转化液刷净；最后将其置于通风处自然晾干。
实施例6
一种四合一型刷涂化学转化液，其组成包括如下重量份的成分：十二烷基硫酸钠7份、 三乙醇胺7份、磷酸28份、氧化锌65份、硝酸65份、氯酸盐8份、柠檬酸8份、钼酸盐6 份，加水至1000份，并调节pH值为1.5。
上述四合一型刷涂化学转化液的使用方法是：先将35CrMnSi钢表面重油污及浮锈除干 净，刷涂面保持干燥；然后再用漆刷沾转化液在钢铁上反复涂刷50s，待表面稍干后，将表 面的气泡及多余的转化液刷净；最后将其置于通风处自然晾干。
最后应该说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽 管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对 前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分进行等同替换。凡在本发明的精神 和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。上 述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所 属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造 性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
