[发明专利]钢材的表面处理剂和表面处理过的钢材

说明书

本发明涉及用于钢材的一种新的表面处理剂，更具体地讲涉及在早期能够形成锈层(下文中称作为耐候性稳定的锈)的表面处理剂，该锈层甚至对于如在沿海地区受到盐影响的严重大气腐蚀的环境具有保护作用，也涉及涂覆所述表面处理剂的钢材。

通过向其中加入元素如磷、铜、铬和镍，通常能够提高钢在空气中的耐腐蚀性。

这种低合金钢称为耐侯性钢，也就是通常所说的不需保养的钢，即无需防腐蚀处理如涂漆，因为放置外面几年之内它能形成具有防腐蚀保护作用的锈(下文中称作为耐候性的锈)。

然而，形成耐候性的锈需要十年以上的时间，因此在这期间产生了未粘附的锈或水锈如红色锈或黄色锈，这样的缺点不仅在于其外观不令人满意，而且会引起周围环境的污染。特别是在海盐颗粒飞散于空气的环境中，这种趋势较为显著，此外，问题在于它不能形成耐候性的锈。

针对所述的问题，已经有人提议一种形成磷酸盐涂层的表面处理方法，如日本延迟公开专利平-01/142088中所提到的。

然而在此提议中，处理复杂，因为在形成磷酸盐涂层之前需要适当的预处理，此外当需要焊接钢材时，很难在焊接部分中进行处理，从而出现另一个问题即所述的处理很难用于建筑结构中。

另外，仍值得怀疑的是，使用这种方法能否在海盐飞散于空气中的严重大气腐蚀的环境下形成耐候性的锈。

在目前现有技术的状况下完成了本发明，本发明的目的在于研制一种表面处理剂，通过将其涂覆到所说的能形成锈的钢材如普钢或者低合金钢如耐候性钢的表面或锈层上，使之早期在钢材上能形成耐候性稳定的锈；以及研制一种涂覆所述表面处理剂的钢材。

为了实现上述目的，本发明人分析了通过放置20年或更长时间所形成的稳定的锈，现已发现得到的耐候性稳定的锈中含有非常紧密聚集的由α-(Fe，Cr)OOH(下文中称作为铬取代的针铁矿)组成的细晶粒。

因此，为了在早期形成耐候性的锈以及抑制未粘附的锈和水锈的形成，重要的是知道如何促进形成非常紧密的铬取代的针铁矿。

本发明人还发现一种特殊的方法用于解决上述问题，其中将由硫酸铬和丁醛树脂组成的处理剂涂覆钢材的表面或锈层上，从而在早期可以形成耐候性稳定的锈，而不会产生水锈等。

基于上述研究完成了本发明，其主要特征如下。

因此，本发明涉及钢的表面处理剂，特征在于，所述的处理剂中含有0.1-15％(重量)硫酸铬和10-40％(重量)粘合剂树脂，该树脂中含有丁醛树脂或丁醛树脂和另一种与丁醛树脂相容的树脂的混合物。

本发明将在下文中进行详细地描述。

(1)硫酸铬的作用

当锈的结构较为紧密时，易于物理屏蔽大气腐蚀的环境，同时也减少了铁离子的溶解，它是产生未粘附的锈和水锈根本原因。

然而，如果锈中有裂缝或孔隙时，它们作为提供水和氧气的一种途径，从而降低了锈的抗腐蚀性能。因此需要形成非常紧密和连续的锈层。

当水渗透到涂层时，硫酸铬变成了铬离子和硫酸根离子到达涂层和钢的界面中。硫酸根离子和水腐蚀钢，然后产生铁离子。铬离子具有将铁离子转化为铬取代的针铁矿的作用，其中针铁矿是耐候性稳定锈的主要成分。

此外，人们认为硫酸根离子不仅能促进早期铁离子的形成，而且也使得稳定的锈层细薄且非常紧密。

为了甚至在诸如盐粒飞散于空气的严重大气腐蚀的环境中达到这样的效果，需要在处理剂中加入0.1-15％(重量)硫酸铬。

当将使用加入0.1％(重量)或更多的硫酸铬的处理剂涂覆并在表面形成干燥涂层的钢置于大气腐蚀的环境中时，早期形成的耐候性的锈显示出具有抑制腐蚀性阴离子渗透的效果。

设定上限为15％(重量)的原因在于，如果不是这样，将会降低形成的耐候性稳定的锈对腐蚀性阴离子的抑制效果，从而不能保证在严重腐蚀环境下的抗腐蚀作用。这里提到的硫酸铬的量为除去挥发性物质如溶剂的处理剂中的固体部分。

(2)粘合剂树脂的作用

本发明中使用的粘合剂树脂的例子为丁醛树脂或丁醛树脂和另一种与丁醛树脂相溶的树脂的混合物(如蜜胺树脂和苯酚树脂)。

当处理剂中粘合剂树脂的量小于10％(重量)时，不会得到均匀的涂层，此外，得到的涂层不能提供持久的粘合力和强度。

另一方面，当粘合剂树脂的量大于40％(重量)时，渗透到涂层的水量变得较少，并且显著地延迟了耐候性稳定的锈的形成。

由于丁醛树脂非常柔软和有韧性，并且很容易地适应由于锈的形成而带来的钢表面形状的变化，因此它是本发明处理剂中的一种重要成分。