一种普通钢涂装基底用钝化剂及其制备方法 |
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| 申请号 | CN201710824285.4 | 申请日 | 2017-09-13 | 公开(公告)号 | CN107475705A | 公开(公告)日 | 2017-12-15 |
| 申请人 | 山东金利特新材料有限责任公司; | 发明人 | 宋肖肖; 苏启顺; 苏阳; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种普通 钢 涂装 基底用 钝化 剂及其制备方法，属于金属 表面处理 技术领域，其特征在于，包括以下 质量 百分比的组分： 磷酸 二氢钠0.5-1.5%， 氯化钠 10-15%， 草酸 15-20%，草酸铵0.3-0.7%， 石墨 烯分散液1-5%，余量为去离子 水 ；其制备过程采用首先机械剥离法制备 石墨烯 分散液，然后将石墨烯分散液加入到由磷酸二氢钠、氯化钠、草酸、草酸铵组成的钝化剂 基础 液中；本发明的钝化体系成本低廉、无毒无铬，适用于普通钢涂装基底，能够大幅度提高普通钢涂装后的耐 腐蚀 性、耐盐雾性及附着 力 。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种普通钢涂装基底用钝化剂，其特征在于，包括以下质量百分比的组分：磷酸二氢钠0.5-1.5%，氯化钠10-15%，草酸15-20%，草酸铵0.3-0.7%，石墨烯分散液1-5%，余量为去离子水。 |
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| 说明书全文 | 一种普通钢涂装基底用钝化剂及其制备方法技术领域背景技术[0002] 钢铁零件在加工成型之后，其表面活性非常高，很容易遭受腐蚀，严重影响其美观及使用寿命，因此钢铁件通常需要进行钝化处理，使金属表面生成保护膜，减缓腐蚀。传统的钝化处理通常采用铬酸盐与金属作用在其表面生成铬基体金属的混合物氧化物膜层，但铬酸及其盐具有很高的毒性和强致癌性，而含有六价铬的废水处理又较为复杂，因此对环境造成严重的污染，随着环保意识的逐渐增强，铬酸及其盐的使用必将受到严格的阻制。目前对于六价铬钝化的替代主要有无铬钝化和三价铬钝化两种，其中，无铬钝化通常采用钛酸盐、钼酸盐、稀土、硅酸盐等，但缺点是外观与耐蚀性不好，三价铬钝化剂是采用有机络合剂，并加入其他金属，提高耐蚀性，另外在钝化液中加入封孔剂，使之填充到钝化膜骨架中，克服了三价铬钝化无自愈能力的缺点。 [0003] 现有技术中，申请号为201410120126.2的中国发明专利公布了一种电镀铬钢铁件用钝化处理剂，其组分包括氢氧化钾、硝酸铬、正辛醛、石墨烯、丙二酸、草酸、硅胶负载硫酸锆和叔丁醇，有效钝化成分采用硝酸铬和草酸，虽然三价铬钝化剂达到了质量要求，耐腐蚀，但依然存在重金属铬的潜在危害，而且该体系采用了大量的催化剂以及毒性溶剂叔丁醇，制造成本较高，尤其不适用于普通钢涂装基底用。植酸和有机物钝化液环保性好，无重金属离子处理问题，但是耐腐蚀性较差。因此，目前缺乏成本低廉、环保无毒的普通钢涂装基底用钝化剂。 发明内容[0004] 本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种成本低廉、无毒无铬的环保型的普通钢涂装基底用钝化剂及其制备方法。 [0005] 本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种普通钢涂装基底用钝化剂，其特征在于，包括以下质量百分比的组分：磷酸二氢钠0.5-1.5%，氯化钠10-15%，草酸15-20%，草酸铵0.3-0.7% ，石墨烯分散液1-5%，余量为去离子水。 [0006] 进一步的，所述普通钢涂装基底用钝化剂包括以下质量百分比的组分：磷酸二氢钠0.8-1.5%，氯化钠12-15%，草酸18-20%，草酸铵0.5-0.7%，石墨烯分散液3-5%，余量为去离子水。 [0007] 进一步的，所述普通钢涂装基底用钝化剂包括以下质量百分比的组分：磷酸二氢钠0.8%，氯化钠12%，草酸18%，草酸铵0.5%，石墨烯分散液3%，余量为去离子水，本比例配方下钝化体系中石墨烯-草酸-铝金属之间牢固结合，且草酸根离子的电离量与该钝化体系配伍性更好，使得钝化体系更加均匀致密地涂覆于金属表面。 [0008] 进一步的，所述石墨烯分散液的浓度为1-10mg/ml，石墨烯分散液的溶剂采用去离子水。 [0009] 及一种如上所述的普通钢涂装基底用钝化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）将0.5-2份分散剂经搅拌溶解在85-90份去离子水中； （2）将1-5份膨胀石墨加入至（1）中，高速剪切机8000-12000r/min下剥离1-60min，得混合液； （3）将上述混合液静置后分离，得上层石墨烯分散液； （4）将磷酸二氢钠、氯化钠、草酸、草酸铵分别按比例溶解在去离子水中，制得钝化剂基础液； （5）取石墨烯分散液按比例加入至钝化剂基础液中，高速分散机常温下分散混合1-3小时，得到普通钢涂装基底用钝化剂，向钝化剂基础液中加入石墨烯分散液的过程中，在高速分散作用下，石墨烯与草酸中的一个羧基相结合，使石墨烯以片层结构均匀牢固地分布在钝化剂基础液中，草酸中的另一个羧基则作为与普通钢基金属螯合的活性基，形成润滑性好、金属结合力强的钝化剂。 [0011] 进一步的，所述步骤（2）中高速剪切机的转速为8000-12000r/min。 [0012] 进一步的，所述步骤（5）中高速分散机的转速为2000-4000r/min。 [0013] 本发明的有益效果是：1.本发明各组分无毒无铬，以草酸为主要钝化物质，草酸铵为辅助钝化物质，在草酸钝化体系中加入石墨烯，草酸含有2个羧基，一端连接石墨烯，另一端与金属鳌合，协同作用下在普通钢表面形成致密的无铬基底钝化膜； 2.草酸铵作为辅助成膜物质，可根据体系中草酸根的含量进行不同程度的电离，进而达到控制反应速度的目的，使得钝化膜更致密； 3.磷酸二氢钠为pH缓冲剂，可随着反应的进行对体系的pH起到缓冲作用，给钝化过程提供酸性的环境保障； 4.本发明钝化体系中的草酸、草酸铵、石墨烯、磷酸二氢钠各组分间相互协同作用，大幅度提高普通钢涂装后的耐腐蚀性、耐盐雾性及附着力，成本低廉，环保性好，适用于普通钢涂装基底。 具体实施方式[0015] 本实施例普通钢涂装基底用钝化剂的制备方法包括如下步骤：（1）将0.5份分散剂SDS经搅拌溶解在90份去离子水中； （2）将5份膨胀石墨加入至（1）中，高速剪切机12000r/min剥离1min，得混合液； （3）将上述混合液静置后分离，得上层浓度为1mg/ml的石墨烯分散液； （4）将磷酸二氢钠、氯化钠、草酸、草酸铵分别按比例溶解在去离子水中，制得钝化剂基础液； （5）取石墨烯分散液按比例加入至钝化剂基础液中，高速分散机常温下2000r/min分散混合1小时，得到普通钢涂装基底用钝化剂。 [0016] 实施例2一种普通钢涂装基底用钝化剂，包括以下质量百分比的组分：磷酸二氢钠1.5%，氯化钠 15%，草酸20%，草酸铵0.7% ，石墨烯分散液5%，余量为去离子水。 [0017] 本实施例普通钢涂装基底用钝化剂的制备方法包括如下步骤：（1）将1份分散剂海藻酸钠经搅拌溶解在85份去离子水中； （2）将1份膨胀石墨加入至（1）中，高速剪切机8000r/min剥离60min，得混合液； （3）将上述混合液静置后分离，得上层浓度为10mg/ml的石墨烯分散液； （4）将磷酸二氢钠、氯化钠、草酸、草酸铵分别按比例溶解在去离子水中，制得钝化剂基础液； （5）取石墨烯分散液按比例加入至钝化剂基础液中，高速分散机常温下4000r/min分散混合3小时，得到普通钢涂装基底用钝化剂。 [0018] 实施例3一种普通钢涂装基底用钝化剂，包括以下质量百分比的组分：磷酸二氢钠0.8%，氯化钠 12%，草酸18%，草酸铵0.5% ，石墨烯分散液3%，余量为去离子水。 [0019] 本实施例普通钢涂装基底用钝化剂的制备方法包括如下步骤：（1）将2份分散剂聚乙烯醇经搅拌溶解在90份去离子水中； （2）将3份膨胀石墨加入至（1）中，高速剪切机10000r/min剥离30min，得混合液； （3）将上述混合液静置后分离，得上层浓度为5mg/ml的石墨烯分散液； （4）将磷酸二氢钠、氯化钠、草酸、草酸铵分别按比例溶解在去离子水中，制得钝化剂基础液； （5）取石墨烯分散液按比例加入至钝化剂基础液中，高速分散机常温下3000r/min分散混合2小时，得到普通钢涂装基底用钝化剂。 [0020] 对比例1采用3%的草酸原液作为钝化剂。 [0021] 对比例2同实施例3，所不同的是未添加石墨烯分散液。 [0022] 对比例3同实施例3，所不同的是未添加草酸铵。 [0023] 对比例4同实施例3，所不同的是未添加草酸铵和石墨烯分散液。 [0024] 对比例5同实施例3，所不同的是将组分中的磷酸二氢钠替换为磷酸三钠。 [0026] 将上述实施例和对比例装入钝化槽中，将经过打磨清洗后的钢板浸泡入钝化槽中5min中，取出钢板经再次水洗吹干后，分别进行耐蚀性、耐盐雾性和附着力测试，其中耐蚀性测试标准参照GBT 10834-2008，耐盐雾性测试标准参照GBT 10125-2012，附着力测试参照GB1720-79(89)。测试结果见表1。 [0027] 表1 测试结果 耐蚀性 耐盐雾性 附着力 实施例1 278h开始腐蚀 126h开始腐蚀 0级 实施例2 295h开始腐蚀 167h开始腐蚀 0级 实施例3 338h开始腐蚀 196h开始腐蚀 0级 对比例1 106h开始腐蚀 53h开始腐蚀 2级 对比例2 154h开始腐蚀 67h开始腐蚀 1级 对比例3 167h开始腐蚀 81h开始腐蚀 2级 对比例4 128h开始腐蚀 65h开始腐蚀 3级 对比例5 8h开始腐蚀 9h开始腐蚀 5级 对比例6 6h开始腐蚀 3h开始腐蚀 5级 由表1数据可知，与现有技术相比，本发明实施例的耐蚀时间、耐盐雾时间以及钝化膜的附着力均有显著性提高，尤其是磷酸二氢钠0.8%、氯化钠12%、草酸18%、草酸铵0.5%、石墨烯分散液3%、余量去离子水配方下的钝化剂，具有显著的创造性特征。对比例1以草酸原液为钝化体系，耐蚀性和耐盐雾性效果较差，这是因为草酸虽具有钝化效果，但纯的草酸溶液在金属表面钝化慢，效果差；对比例2中未添加石墨烯分散液，钝化膜的孔洞得不到改善，致密性差，耐蚀及耐盐雾效果势必不佳；对比例3中未添加成膜辅助物质，会导致钝化膜稍有缺陷，致密性受到影响，钝化效果差；对比例4中不添加辅助成膜物质及石墨烯，钝化膜孔洞更多，耐蚀效果也较差；对比例5中将磷酸二氢钠替换为磷酸三钠，由于磷酸二氢钠在本钝化体系中作为pH缓冲剂，而磷酸三钠在水中几乎完全分解为磷酸氢二钠和氢氧化钠,属于强碱弱酸盐，因此钝化膜在碱性条件下无法形成；对比例6中将磷酸二氢钠替换为碳酸氢钠，碳酸氢钠也为强碱弱酸盐，而草酸等为弱酸性，在碱性条件下无法钝化成膜。 [0028] 本发明不使用含铬组分，以草酸为主要钝化物质，草酸铵为辅助钝化物质，草酸含有2个羧基，一端连接石墨烯，另一端与金属鳌合，协同作用下在普通钢表面形成致密的钝化膜，草酸铵作为辅助成膜物质，可根据体系中草酸根的含量进行不同程度的电离，进而达到控制反应速度的目的，使得钝化膜更致密，磷酸二氢钠为pH缓冲剂，可随着反应的进行对体系的pH起到缓冲作用，给钝化过程提供酸性的环境保障，因此，本发明钝化体系中的草酸、草酸铵、石墨烯、磷酸二氢钠各组分间存在协同作用，使得钝化剂的耐蚀性、耐盐雾性及附着力得到显著的提升。 |
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