CN101805896A - 铸件表面处理剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种铸件表面处理剂及其制备方法，其特征在于，它的组分及按体积百分数计各组分的含量如下：磷酸5～30％，含8～30个碳原子的脂肪酸盐0.05～5.0％，含1～3个碳原子的一元醇10～80％，表面活性剂0.025～6.0％，香精或色素0～2％，水0～60％。本发明表面处理剂克服了现有技术气味重，对人有危害，对环境有污染的缺点，特别是表面处理剂中的一元醇不仅对人和环境无害，而且使铸件的表面处理工艺省去了脱脂、除锈工序，铸件可以直接采用喷涂或浸渍工艺处理，而且处理后的铸件干燥时间短，处理后工件外观好更利于铸件表面的后续处理。本发明铸件表面处理剂的制备可以采用现有生产设备，且方法简单。
Description
技术领域
本发明涉及一种铸件表面处理剂及其制备方法，特别适合铸铁材料或其他铁基金属材料的表面处理，属于金属表面处理领域。
背景技术
金属表面处理的主要目的是提高金属材料的防腐蚀性能。利用简单、安全的方法进行金属表面处理，一直是人们追求的目标。但现有的表面处理方法所用表面处理剂大多含有对环境有害的物质，如铈Se、铬Cr、铜Cu、硫S等，而且表面处理工艺比较复杂。例如：目前市场上可用于铸件发黑的表面处理剂产品(牌号HH902)，其膜成分主要为铈Se、铬Cr、铜Cu、硫S、铁Fe、氧O，现在的常规处理工艺包括除油和除锈→喷涂或浸渍→晾干。在中国专利公开的技术中同样存在上述问题，例如：CN1139706公开的“铸件耐腐蚀处理溶液及其应用的铸件防腐处理工艺”是采用含有钒酸钠NaVO3或钒酸铵NH4VO3或二者的混合物的盐酸或硝酸作为处理剂对铸件进行表面处理，其处理工艺首先将铸件抛光并对表面脱脂处理，再将铸件置于耐腐蚀处理溶液中，在铸件表面形成附着基底膜，然后清洗铸件，再在铸件表面的附着基底膜上涂覆防腐蚀涂层并干燥；CN101386981公开的“抗腐蚀剂和用于金属表面的防腐蚀工艺”是采用包含磷酸和/或选自锆Zr、钛Ti、铪Hf和硅Si的一种或多种元素的至少一种氟酸或其阴离子的溶液，以及乙烯基吡咯烷酮的均聚或共聚物作为处理剂。上述公开的两种方法都含有重金属元素、强腐蚀物质，而且处理工艺要求高；CN101130863公开的“发黑磷化液的制备方法”是含有硝酸镍、柠檬酸、氟硼酸钠、间硝基苯、磺酸钠、钨酸钠等物质的表面处理剂；CN1139705公开的“常温钢铁发黑剂”、CN1085606公开的“钢铁常温快速发黑剂″都是利用含硒体系，在一定酸度条件下于钢铁表面进行复杂的氧化还原反应和缓慢连续的沉淀反应满足发黑要求，操作难控制且复杂；而目前通常采用的含磷酸的表面处理剂，其磷化工艺包括制品打磨→水洗→除油→水洗→除锈→水洗→磷化→水洗→晾干，工序太多。因此，目前急需开发一种低毒、环保而且处理工序简化的铸件表面处理剂。
发明内容
本发明的第一个目的是：提供一种低毒、环保、处理工序简化且防腐蚀效果明显的铸件表面处理剂。
实现本发明第一个目的的技术方案是：一种铸件表面处理剂，其特点是：它的组分及按体积百分数计各组分的含量如下：磷酸5～30％，含8～30个碳原子的脂肪酸盐0.05～5.0％，含1～3个碳原子的一元醇10～80％，表面活性剂0.025～6.0％，香精或色素0～2％，水0～60％。
上述铸件表面处理剂中，它的组分及按体积百分数计各组分的含量如下：磷酸19％，含8～30个碳原子的脂肪酸脂肪酸盐0.8％，含1～3个碳原子的一元醇50％，表面活性剂0.2％，水30％。
上述铸件表面处理剂中，所述表面活性剂是非离子型表面活性剂、阴离子型表面活性剂、两性表面活性剂之中的一种或几种。
上述铸件表面处理剂中，所述表面活性剂是非离子型表面活性剂OP-10、6503、TX-10之中的一种或几种。
上述铸件表面处理剂中，所述含8～30个碳原子的脂肪酸盐是含8～30个碳原子的脂肪酸的钾盐、钠盐、铵盐、锂盐、铷盐之中的一种或几种。
上述铸件表面处理剂中，所述含1～3个碳原子的一元醇是乙醇、异丙醇之中的一种或两种。
上述铸件表面处理剂中，所述水是自来水或去离子水或蒸馏水。
本发明的第二个目的是：提供一种简单的制备低毒、环保、处理工序简化且防腐蚀效果明显的铸件表面处理剂的方法。
实现本发明第二个目的的技术方案是：一种铸件表面处理剂的制备方法，其特点是：
①按铸件表面处理剂各组分和含量准备各组分
铸件表面处理剂各组分及按体积百分数计各组分的含量如下：磷酸5～30％，含8～30个碳原子的脂肪酸盐0.05～5.0％，含1～3个碳原子的一元醇10～80％，表面活性剂0.025～6.0％，香精或色素0～2％，水0～60％；
②具体操作
a)在容器中加入40～50％步骤①准备的水，升温至65～75℃，先加入含8～30个碳原子的脂肪酸盐搅拌至混合均匀，再加入含1～3个碳原子的一元醇搅拌至混合均匀；
b)将容器中物料温度降到20～30℃，加入步骤①准备的其余组分及剩余的水，搅拌至混合均匀后，静置、过滤，即制得铸件表面处理剂；
或者
a)在容器中加入40～50％步骤①准备的含1～3个碳原子的一元醇，升温至65～75℃，加入含8～30个碳原子的脂肪酸盐搅拌至混合均匀；
b)将容器中物料温度降到20～30℃，加入步骤①准备的其余组分及剩余的含1～3个碳原子的一元醇搅拌至混合均匀后，静置、过滤，即制得铸件表面处理剂。
上述铸件表面处理剂制备方法中，所述表面活性剂是非离子型表面活性剂、阴离子型表面活性剂、两性表面活性剂之中的一种或几种；所述含8～30个碳原子的脂肪酸盐是含8～30个碳原子的脂肪酸的钾盐、钠盐、铵盐、锂盐、铷盐之中的一种或几种；所述含1～3个碳原子的一元醇是乙醇、异丙醇之中的一种或两种；所述水是自来水或去离子水或蒸馏水。
上述铸件表面处理剂制备方法中，所述表面活性剂是非离子型表面活性剂OP-10、6503、TX-10之中的一种或几种。
本发明的技术效果是：本发明技术方案的铸件表面处理剂各个组分具有下述优点：①表面处理剂中的磷酸对铁基材料具有一定的溶解性能，从而满足一定的去锈要求，并且磷酸可以在被处理表面形成磷化层提供防腐蚀效果；②表面处理剂中的一元醇，一方面有助于去除表面油脂，通过醇类物质的挥发为磷化膜形成提供较好条件，另一方面还可以加速处理后铸件表面的干燥速度，缩短处理时间；③表面处理剂中的含8～30个碳原子的脂肪酸盐，一方面具有较好的缓蚀作用，因为当它们与铁基基体作用时，会在铁基表面形成一层吸附层，这层吸附层可以阻止酸性物质侵入，而且由于含8～30个碳原子的碳链具有疏水作用，又提高了防腐蚀性能，另一方面，含8～30个碳原子的脂肪酸盐还可以为磷化膜形成提供合适条件，确保处理效果；④表面处理剂中的表面活性剂为其提供较好的浸润性。同时，本发明技术方案的铸件表面处理剂各个组分的配比合理不仅使各个组分的作用得以充分发挥而且各个组分还具有良好的协同作用。此外由于本发明表面处理剂不含重金属元素和有害溶剂，因此还克服了现有表面处理剂气味重，对人有危害，对环境有污染的缺点。特别是表面处理剂中的一元醇不仅对人和环境无害，而且使得铸件的表面处理工艺省去了脱脂、除锈工序，可以直接采用喷涂或浸渍工艺处理，大大简化了铸件的表面处理工艺；而且处理后的铸件干燥时间短，处理后工件外观好，所形成的膜层涂装结合力良好，可以作为涂装预处理。有利于铸件表面的后续处理。
总之，采用本发明处理剂处理铸件，可以满足一定的去锈要求，并且可以在被处理表面形成具有防腐蚀效果膜层；该膜层涂装结合力好，可以作为涂装预处理。
本发明铸件表面处理剂的制备可以采用现有生产设备，且方法简单。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不构成对本发明的任何限制。
各实施例所用原料均为工业品，而且可以通过商业渠道购得。
(一)制备铸件表面处理剂
实施例1
①配方见表1
表1
| 组分 | 原料名称 | 用量，体积％ |
| 磷酸 | 磷酸(H3PO4含量85％) | 20 |
| 含8～30个碳原子的脂肪酸盐 | 油酸钾 | 0.5 |
| 含1～3个碳原子的一元醇 | 乙醇 | 61 |
| 表面活性剂 | OP-10 | 0.5 |
| 香精或色素 | / | 0 |
| 水 | 自来水 | 18 |
注：OP-10是非离子型表面活性剂聚乙二醇辛基苯基醚的商品名称
②具体制备步骤
a)在容器中加入40～50％配方量的水，升温至65～75℃，先加入油酸钾搅拌0.5～1小时至混合均匀，再加入乙醇搅拌至混合均匀；
b)将容器中物料温度降到20～30℃，加入磷酸、表面活性剂OP-10及剩余的水，搅拌至混合均匀后，静置、过滤，制得外观透明均匀的液体即为本发明铸件表面处理剂A。
实施例2
①配方见表2
表2
| 组分 | 原料名称 | 用量，体积％ |
| 磷酸 | 磷酸(H3PO4含量85％) | 19 |
| 含8～30个碳原子的脂肪酸盐 | 油酸 钠 | 0.8 |
| 含1～3个碳原子的一元醇 | 乙醇 | 80 |
| 表面活性剂 | 6503 | 0.2 |
| 香精或色素 | / | 0 |
| 水 | / | 0 |
注：6503是非离子型表面活性剂椰子油烷基醇酰胺磷酸酯盐的商品名称
②具体制备步骤
a)在容器中加入40～50％配方量的乙醇，升温至65～75℃，入油酸钠搅拌0.5～1小时至混合均匀；
b)将容器中物料温度降到20～30℃，加入磷酸、表面活性剂6503及剩余的乙醇，搅拌至混合均匀后，静置、过滤，即制得本发明铸件表面处理剂B。
实施例3
①配方见表3
表3
| 组分 | 原料名称 | 用量，体积％ |
| 磷酸 | 磷酸(H3PO4含量85％) | 30 |
| 含8～30个碳原子的脂肪酸盐 | 油酸钠 | 0.8 |
| 含1～3个碳原子的一元醇 | 乙醇异丙醇 | 3320 |
| 表面活性剂 | 十二烷基苯磺酸钠 | 0.2 |
| 组分 | 原料名称 | 用量，体积％ |
| 色素 | 亮蓝 | 0.01 |
| 水 | 自来水 | 15.99 |
注：十二烷基苯磺酸钠为阴离子型表面活性剂
②具体制备步骤
a)在容器中加入40～50％配方量的水，升温至65～75℃，先加入油酸钠搅拌0.5～1小时至混合均匀，再加入乙醇和异丙醇搅拌至混合均匀；
b)将容器中物料温度降到20～30℃，加入磷酸、表面活性剂十二烷基苯磺酸钠、亮蓝及剩余的水，搅拌至混合均匀后，静置、过滤，制得外观为蓝色透明均匀的液体即为本发明铸件表面处理剂C。
实施例4
①配方见表4
表4
| 组分 | 原料名称 | 用量，体积％ |
| 磷酸 | 磷酸(H3PO4含量85％) | 28 |
| 含8～30个碳原子的脂肪酸盐 | 油酸铵 | 0.8 |
| 含1～3个碳原子的一元醇 | 乙醇 | 71 |
| 表面活性剂 | OP-10 | 0.2 |
| 香精或色素 | / | 0 |
| 水 | / | 0 |
注：OP-10是非离子型表面活性剂聚乙二醇辛基苯基醚的商品名称
②具体制备步骤
a)在容器中加入40～50％配方量的乙醇，升温至65～75℃，入油酸铵搅拌0.5～1小时至混合均匀；
b)将容器中物料温度降到20～30℃，加入磷酸、表面活性剂OP-10及剩余的乙醇，搅拌至混合均匀后，静置、过滤，即制得本发明铸件表面处理剂D。
实施例5
①配方见表5
表5
| 组分 | 原料名称 | 用量，体积％ |
| 磷酸 | 磷酸(H3PO4含量85％) | 19 |
| 含8～30个碳原子的脂肪酸盐 | 油酸钠 | 0.8 |
| 含1～3个碳原子的一元醇 | 乙醇 | 50 |
| 表面活性剂 | 6503 | 0.2 |
| 色素或香精 | / | 0 |
| 水 | 自来水 | 30 |
注：6503是非离子型表面活性剂椰子油烷基醇酰胺磷酸酯盐的商品名称
②具体制备步骤
除配方不同外，具体制备步骤与实施例1相同，制得外观透明均匀的液体即为本发明铸件表面处理剂E。
对比例1
①配方见表6
表6
| 组分 | 原料名称 | 用量，体积％ |
| 磷酸 | 磷酸(H3PO4含量85％) | 19 |
| 含8～30个碳原子的脂肪酸盐 | 油酸钠 | 0.8 |
| 表面活性剂 | OP-10 | 0.2 |
| 水 | 自来水 | 80 |
注：OP-10是非离子型表面活性剂聚乙二醇辛基苯基醚的商品名称
②具体制备步骤
a)在容器中加入40～50％配方量的水，升温至65～75℃，先加入油酸钠搅拌0.5～1小时至混合均匀；
b)将容器中物料温度降到20～30℃，加入磷酸、表面活性剂OP-10及剩余的水，搅拌至混合均匀后，静置、过滤，制得外观透明均匀的液体即为即为对比表面处理剂1。
对比例2
①配方见表7
表7
| 组分 | 原料名称 | 用量，体积％ |
| 磷酸 | 磷酸(H3PO4含量85％) | 28 |
| 含8～30个碳原子的脂肪酸盐 | 油酸钠 | 0.8 |
| 表面活性剂 | OP-10 | 0.2 |
| 水 | 自来水 | 71 |
②具体制备步骤
除配方不同外，具体制备步骤与对比例1相同，制得外观透明均匀的液体即为对比表面处理剂2。
(二)本发明铸件表面处理剂性能检测
采用铸铁板作样板，用实施例1～5制得的铸件表面处理剂A～E及对比例1和2制得的铸件表面处理剂1和2分别对样板进行喷涂、浸渍，然后按国家标准GB 11376-97《金属的磷酸盐转化膜》和GB 6807-86《钢铁工件涂漆前磷化处理技术条件》检测处理后样板的外观、除锈性能、防腐蚀性能、涂装附着力、室内存放期，结果列在表8。
表8
| 检测项目 | 表面处理剂A | 表面处理剂B | 表面处理剂C | 表面处理剂D | 表面处理剂E | 表面处理剂1 | 表面处理剂2 |
| 外观 | 灰黑 | 灰黑 | 灰黑 | 灰白 | 灰黑 | 灰白、掉灰 | 不干 |
| 除锈性 | 较好 | 较好 | 好 | 好 | 好 | 好 | 好 |
| 硫酸铜滴定 | 45s | 35s | 60s | 33s | 52s | ＜10s | / |
| 涂装附着力 | 一级 | 二级 | 一级 | 二级 | 一级 | 三级 | / |
| 室内存放期 | ＞160h | ＞100h | ＞240h | ＞100h | ＞200h | ＜6h | / |
按照常规要求铸件处理后，硫酸铜滴定变色时间越长越好，通常要求硫酸铜滴定＞10s；处理后铸件一般室内存放时间≯24h；涂装附着力要求≤2级，1级最好，而表8数据表明，用本发明铸件表面处理剂处理铸件后，相关指标均满足和超过上述常规要求。由此证明本发明处理剂处理铸件，可以满足一定的去锈要求，并且可以在被处理表面形成具有防腐蚀效果膜层；该膜层涂装结合力好，可以作为涂装预处理。
Claims (10)
1.一种铸件表面处理剂，其特征在于，它的组分及按体积百分数计各组分的含量如下：磷酸5～30％，含8～30个碳原子的脂肪酸盐0.05～5.0％，含1～3个碳原子的一元醇10～80％，表面活性剂0.025～6.0％，香精或色素0～2％，水0～60％。
2.根据权利要求1所述铸件表面处理剂，其特征在于，它的组分及按体积百分数计各组分的含量如下：磷酸19％，含8～30个碳原子的脂肪酸脂肪酸盐0.8％，含1～3个碳原子的一元醇50％，表面活性剂0.2％，水30％。
3.根据权利要求1或2所述铸件表面处理剂，其特征在于，所述表面活性剂是非离子型表面活性剂、阴离子型表面活性剂、两性表面活性剂之中的一种或几种。
4.根据权利要求3所述铸件表面处理剂，其特征在于，所述表面活性剂是非离子型表面活性剂OP-10、6503、TX-10之中的一种或几种。
5.根据权利要求1或2所述铸件表面处理剂，其特征在于，所述含8～30个碳原子的脂肪酸盐是含8～30个碳原子的脂肪酸的钾盐、钠盐、铵盐、锂盐、铷盐之中的一种或几种。
6.根据权利要求1或2所述铸件表面处理剂，其特征在于，所述含1～3个碳原子的一元醇是乙醇、异丙醇之中的一种或两种。
7.根据权利要求1或2所述铸件表面处理剂，其特征在于，所述水是自来水或去离子水或蒸馏水。
8.一种铸件表面处理剂的制备方法，其特征在于，
①按铸件表面处理剂各组分含量准备各组分
铸件表面处理剂各组分及按体积百分数计各组分的含量如下：磷酸5～30％，含8～30个碳原子的脂肪酸盐0.05～5.0％，含1～3个碳原子的一元醇10～80％，表面活性剂0.025～6.0％，香精或色素0～2％，水0～60％；
②具体操作
a)在容器中加入40～50％步骤①准备的水，升温至65～75℃，先加入含8～30个碳原子的脂肪酸盐搅拌至混合均匀，再加入含1～3个碳原子的一元醇搅拌至混合均匀；
b)将容器中物料温度降到20～30℃，加入步骤①准备的其余组分及剩余的水搅拌至混合均匀后，静置、过滤，即制得铸件表面处理剂；
或者
a)在容器中加入40～50％步骤①准备的含1～3个碳原子的一元醇，升温至65～75℃，加入含8～30个碳原子的脂肪酸盐搅拌至混合均匀；
b)将容器中物料温度降到20～30℃，加入步骤①准备的其余组分及剩余的含1～3个碳原子的一元醇搅拌至混合均匀后，静置、过滤，即制得本发明铸件表面处理剂。
9.根据权利要求8所述的铸件表面处理剂制备方法，其特征在于，所述表面活性剂是非离子型表面活性剂、阴离子型表面活性剂、两性表面活性剂之中的一种或几种；所述含8～30个碳原子的脂肪酸盐是含8～30个碳原子的脂肪酸的钾盐、钠盐、铵盐、锂盐、铷盐之中的一种或几种；所述含1～3个碳原子的一元醇是乙醇、异丙醇之中的一种或两种；所述水是自来水或去离子水或蒸馏水。
10.根据权利要求9所述铸件表面处理剂制备方法，其特征在于，所述表面活性剂是非离子型表面活性剂OP-10、6503、TX-10之中的一种或几种。
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