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金属表面带锈处理技术研究进展

作者: 长沙固特瑞  浏览量:18  发布时间:2018-09-03

为减少金属在使用中的腐蚀,涂覆有机涂层是效果显著、简单方便且成本低廉的方法,而有机涂层和金属间的附着力是涂层发挥其保护作用的前提和关键所在。然而在涂层施工前,金属表面往往已经在外部环境侵蚀离子作用下发生腐蚀生锈,为消除锈层对涂层附着力和保护性的影响,延长涂层对金属的保护时间,在涂覆有机涂层之前就需要对金属表面进行彻底的除锈处理。金属的除锈方法包括手工除锈、机械除锈、化学法除锈等[1],以上各种除锈方法都有一定的应用局限性。因此,如果有一种处理方式能够不用进行表面除锈处理就能进行涂层的施工,不但能节省涂层涂装时间,提高效率,还能节约成本,减少环境污染和对人体的伤害。

2 带锈处理的种类

带锈处理技术是选择能将锈层稳定、钝化或转化的化合物,使得活泼的锈层变为稳定的物质,达到对金属表面除锈和保护的双重目的。现在广泛研究的带锈处理技术包括三种类型:渗透型、钝化型和转化型[2]。

2.1 渗透型

渗透型带锈处理技术是利用对锈层渗透、润湿作用强的涂层将疏松的锈层物理包覆起来,一般与锈层不发生化学反应,只是将活泼的锈层与外界侵蚀性环境隔离开来,防止金属的进一步腐蚀。同时也利用涂层的防护作用保护金属。

2.2 稳定型

稳定型带锈处理技术的主要组成部分为稳锈剂,它产生的络合阴离子能够与活泼的锈层反应形成难溶的杂多酸化合物,这种杂多酸化合物是惰性的从而达到稳定锈层的目的。稳锈剂的种类很多,包括无机的铁酸盐、磷酸盐、铬酸盐以及有机氮碱化合物等[3]。

无机稳锈剂是受到锈层中组织致密、稳定并具有一定保护作用的四氧化三铁(Fe3O4)的晶体结构启发,通过加入二价和三价的离子促使锈层中的活泼成分形成类似于Fe3O4的结构的稳定物质(如氢氧化锌与活泼的γ-FOOH反应,式(1-1)。

稳定型处理对金属表面的锈蚀程度要求不严,但是稳定剂对锈层转化程度低,且稳定锈层需要很长时间,因此在使用后仍有腐蚀生锈的可能。

2.3 转化型

转化型带锈处理又叫做反应型带锈处理,它是通过锈转化剂与活泼的锈层发生化学反应形成转化膜,此转化膜对金属基体有一定保护作用,其成分为金属螯合物或络合物。目前,转化型带锈处理的主要方式是将锈转化剂加入与一些成膜物质相结合制成转化型带锈涂料,这种涂料绝大多数情况下当作底漆使用。

3 转化剂作用机理

在带锈处理中,最重要的组成部分就是锈转化剂,经过许多研究者的研究发现能够对锈层有较好转化作用的锈转化剂主要包括亚铁氰酸、磷酸以及单宁酸等。

单宁酸是一种大分子化合物,其典型的结构如图1所示。单宁酸中含有大量羟基和酯基基团,研究表明正是通过邻羟基基团与锈层作用形成蓝色的单宁酸铁金属螯合物,其形成过程如图2[4]。由于单宁酸有很多邻羟基基团,可以与大量铁离子反应,而铁离子也可以与几个不同的单宁酸分子反应,如此交错的反应形成致密的单宁酸铁网状结构。此致密的螯合物沉积在金属表面上形成保护层,呈现出很好的耐蚀性。

单宁酸处理表现出优异的耐蚀性的原因两方面:一是形成了致密的单宁酸转化膜,二是反应使得原来疏松多孔的锈层也变得致密,可以有效阻止外界侵蚀性离子的渗透,提高了整体的保护性。

4 存在问题

目前,带锈处理技术只能在表面锈层厚度为30μm~40μm的钢铁表面进行,超过这个厚度,带锈处理技术起不到提高附着力的作用,因此,亟需开发性能优异的转化剂及带锈处理技术。