[发明专利]一种钢铁表面无磷无铬钝化成膜液及其使用方法

说明书

技术领域

本发明涉及钢铁表面处理的方法及钢铁表面防腐膜，更具体地说是一种赋予钢铁表面良好耐蚀和粘合性能的不含六价铬和磷酸盐的钢铁表面环保型钝化液及其使用方法。

背景技术

钢铁是现代社会中使用最广泛且用量最大的工程材料，遍及国民经济的各个领域，如铁路、机械、建筑、海洋、船舶、化工等，据统计，2009年全国累计生产粗钢56784万吨。然而，钢铁却又是最容易腐蚀的金属。据调查，全世界每90s就有一吨钢铁腐蚀成铁锈，每年因腐蚀报废的钢铁相当于钢铁产量的30%。全世界每年因腐蚀造成的经济损失达到7000亿美元。而在我国，据中国工程院统计，在2000年我国交通部门仅火车和汽车行业的腐蚀损失就高达303亿元，而公路、桥梁和建筑行业因腐蚀造成的损失竟高达1000亿元。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蚀性能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。我国国家环境保护“十一五”规划中提出重点发展富营养化污染防治技术，国家环境保护“十二五”规划中要求在重点区域实施总磷排放总量控制，使钢铁表面磷化处理技术的未来应用受到极大影响。

作为一种传统的金属表面加工处理工艺，钢铁金属表面镀锌后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三致物六价铬，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对水体、焚化处理时产生的有毒气体对大气的污染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，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。我国首个十二五专项规划《重金属污染综合防治“十二五”规划》中明确将铬列入首先要控制的五种重金属之一。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。

针对上述污染问题，环保清洁的金属表面防腐蚀处理技术成为该领域的研究热点。在如中国专利申请（申请号：200710039973.6）公开的“采用臭氧作为钢铁磷化促进剂的磷化方法”中，采用含有氧化锌、硝酸钾、磷酸、十二烷基硫酸钠等成分组成的磷化液，并在磷化液中通入1.3～3.5mg/L的臭氧，在温度为40℃～45℃条件下，磷化处理15分钟，使铁金属表面获得达到国家标准性能要求的均匀磷化膜。在中国专利申请（申请号：201010150039.3）公布的“一种铁锈转化剂”中，使用由铁粉、乌洛托品、甘油组成的前处理液和由多聚磷酸、碳酸锰、醋酸和单宁酸组成的后处理液作为转化剂，在带锈钢铁表面进行喷涂，放置24h后使钢铁表面获得完整的铁锈转化膜。