CN102019267A

CN102019267A - 金属表面防护处理方法和***

Info

Publication number: CN102019267A
Application number: CN2010105463694A
Authority: CN
Inventors: 赵树东
Original assignee: Beijing Erqi Railway Transportation Equipment Co Ltd
Current assignee: Beijing Erqi Railway Transportation Equipment Co Ltd
Priority date: 2010-11-15
Filing date: 2010-11-15
Publication date: 2011-04-20
Anticipated expiration: 2030-11-15
Also published as: CN102019267B

Abstract

本发明公开了一种金属表面防护处理方法和***。该金属表面防护处理方法包括：对金属表面进行预处理；将预处理后的金属表面涂覆水性防腐成膜剂，以形成厚度不超过2微米的膜层。该金属表面防护处理***包括：预处理功能区段和涂覆功能区段。本发明提供的方案使用水性防腐成膜剂对金属表面进行涂覆处理，实现了金属材料在后续使用过程中不需要增加去除绝缘层这一工序即可满足加工要求的金属表面防护处理方法。

Description

金属表面防护处理方法和***

技术领域

本发明涉及金属表面处理技术，尤其涉及金属表面防护处理方法和***。

背景技术

现代化工业生产中，经常会大量使用到钢材等金属材料，为了保证金属材料的工艺性能、表面状态、防腐性能等，金属材料在使用前需要进行表面除油除锈等预处理，并对预处理后的金属材料表面进行防腐处理，以防止钢材等金属材料在加工、储存的过程中再次发生生锈、腐蚀等问题。

下面以钢材这种最常使用的金属材料为例对金属表面防护处理方法进行说明。目前我国工业企业所使用的热轧钢板及角钢、槽钢等型材表面的防护处理方法可以大致包括除锈、喷漆等步骤。其中，除锈可以使用机械抛丸的方法，也即抛丸除锈的方法进行，喷漆是在预处理后的钢材表面喷涂油漆防护涂层，喷漆后还需要将钢材表面的漆膜进行烘干。而冷轧钢板一般比较薄，且表面涂有防锈油，因此对于冷轧钢板的常规表面防护处理方法可以大致包括除油、磷化等步骤。其中，除油可以包括脱脂、水洗、酸除锈等步骤，磷化可以包括水洗、磷化和钝化等步骤。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在如下缺点：

使用上述表面防护处理方法加工出来的钢材，其表面会形成厚度约在10微米至20微米的绝缘层，这样一层绝缘层虽然可以在一定程度上保护金属材料不受外界物质的腐蚀，但却对金属材料在后续的使用，如焊接、切割等工序存在不同程度的影响。尤其是对于作为重要部位的金属材料，在对其进行焊接之前必须要增加去除该绝缘层的工序才能够达到焊接标准，这样不仅增加了生产工序，而且耗费了大量的人力、物力、时间和场地；

在预处理后的钢材表面喷涂油漆防护涂层的过程中会使用大量的有机溶剂和树脂、染料等化工材料，消耗大量的能源；随着油漆漆膜的干燥，这些有机溶剂最终要挥发到空气中，对环境造成较大的影响；

在预处理后的钢材表面喷涂油漆防护涂层的过程中，易燃易爆，存在很多安全的隐患，而且对于操作人员也会造成身体的伤害，需要配置大量的安全环保设备、装置、工具等予以消除缓解；

在预处理后的钢材表面喷涂油漆防护涂层之后，漆膜的干燥过程需要较高的问题，一般在80℃左右，烘干加热要消耗大量的能源。

发明内容

本发明提供一种金属表面防护处理方法和***，用以解决现有技术中的缺陷，实现了金属材料在后续使用过程中不需要增加去除绝缘层这一工序即可满足加工要求的金属表面防护处理方法。

本发明提供一种金属表面防护处理方法，包括：

对金属表面进行预处理；

将预处理后的金属表面涂覆水性防腐成膜剂，以形成厚度不超过2微米的膜层。

本发明实施例还提供了一种金属表面防护处理***，包括：预处理功能区段和涂覆功能区段；

所述预处理功能区段用于对金属表面进行预处理；

所述涂覆功能区段用于将预处理后的金属表面涂覆水性防腐成膜剂，以形成厚度不超过2微米的膜层。

本发明提供的金属表面防护处理方法和***，通过使用水性防腐成膜剂对金属表面进行涂覆处理，形成厚度为2微米的保护膜层，不仅有效保护了金属表面不受外界的侵蚀，还可以保证后续焊接、切割工艺不会受到该膜层厚度的影响；同时，由于水性防腐成膜剂为环保材料，可以有效减少在预处理过程中对于环境的污染和操作人员人身的危害；而且，不需要经过高温烘干，有效降低了能耗。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的金属表面防护处理方法流程图；

图2为本发明实施例提供的金属表面防护处理***的结构示意图；

图3为图2中喷枪的布置结构及运行轨迹示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明实施例提供的金属表面防护处理方法流程图，该金属表面防护处理方法相对于现有技术中的金属表面防护处理方法最大的区别在于：在经过预处理后的金属表面涂覆水性防腐成膜剂。这种水性防腐成膜剂是一种绿色环保的水性防腐液，以水为介质，以生物基材为主要成分，生物基材包括氨基酸、转换剂、钝化剂及助剂，不含有机溶剂，不含重金属，无毒无害，可以彻底消除喷涂底漆/磷化过程中存在的环境污染问题。该水性防腐成膜剂中的生物因子可以通过与二价或三价金属离子产生螯合形成转化膜层或钝化膜层，膜层光洁、致密、牢固，有效提升了金属材料的抗氧化性能以及耐腐蚀性能。如图1所示，该方法包括：

步骤101：对金属表面进行预处理。

其中，以钢材为例，对于热轧钢板及角钢、槽钢等型材，预处理包括对钢材表面进行抛丸除锈处理；对于冷轧钢板，预处理包括对钢材表面进行除防护油处理。换句话说，表面有氧化层、锈蚀的厚钢板及型材，可采用机械抛丸的方法进行预处理，表面有油脂或薄钢板可采用化学方法进行预处理。

步骤102：将预处理后的金属表面涂覆水性防腐成膜剂，以形成厚度不超过2微米的膜层。

其中，水性防腐成膜剂可以为生物钝化(转化)膜剂或其他绿色环保水性防腐液。这种水性防腐成膜剂以水为介质，以生物基材为主要成分，包括氨基酸、转换剂、钝化剂及助剂，不使用有机溶剂，不含重金属，无毒无害，可以彻底消除喷涂底漆过程中存在的环境污染、易燃易爆的安全隐患，并且不会对生产过程中接触到的操作人员造成任何的人身伤害，因此也就不需要配置大量的安全环保设备等，节省了成本。该水性防腐成膜剂中的生物因子可以通过与二价或三价金属离子产生螯合形成转化膜层或钝化膜层，膜层光洁、致密、牢固，有效提升了金属材料的抗氧化性能以及耐腐蚀性能。

在发明人的不断试验过程中发现，这种水性防腐成膜剂的具体涂覆方式优选为空气喷涂，当然还可以使用无气喷涂、滚涂、刮涂、浸涂、擦涂等替代方式，但是以空气喷涂的效果为优，通过调整喷涂流量、压力和厚度，可以有效控制所形成膜层的均匀性。

可选的，该方法还可以包括：对水性防腐成膜剂形成的膜层进行干燥，以加速反应成膜。其中，水性防腐成膜剂形成的膜层可以在常温或者低温下加热干燥，大大降低了烘干加热所消耗的能源。

成膜后的金属表面，膜层厚度约在1微米至2微米，膜层均匀，呈无色透明状，对于后续的焊接、切割均不会产生影响。同时，膜层经过80℃左右碱性溶液冲洗3～5分钟，膜层未脱落，未出现锈蚀现象。经过3个月的现场试验证明，该膜层可有效保证金属表面的防腐性能。例如，普通的Q235薄钢板，喷涂后成膜效果非常好，其表面形成了一层均匀透明的防护膜，且厚度小于2微米。其他材质(如Q345)的厚钢板及大型钢，受钢板表面温度、表面清洁度等综合因素的影响，会出现膜层局部发白的现象，但对于防腐效果以及后续的工作无明显影响；这种透明膜层相比较与以前涂覆在金属表面的铁红色底漆而言，更加便于观察金属本身的情况。

本发明实施例提供的金属表面防护处理方法，通过使用水性防腐成膜剂对金属表面进行涂覆处理，形成的膜层厚度小于2微米，膜层厚度对后续的焊接、切割等工序不会产生影响，不需要增加去除膜层的工序；并该水性防腐成膜剂为水性，不使用有机溶剂，不含重金属，无毒无害，彻底消除了喷漆过程中存在的环境污染，同时还解决了易燃易爆等安全银行，不会对生产过程中接触的操作人员造成任何身体伤害，无需配置大量的安全环保设备、装置和工具；该水性防腐成膜剂所形成的涂层可以低温加热或者室温干燥，大大降低了高温烘干加热所消耗的能源；同时，该方法简化了生产的工序，降低了生产成本，提供了劳动效率。

图2为本发明实施例提供的金属表面防护处理***的结构示意图，以钢材为例进行说明，如图2所示，该***包括：预处理功能区段201、和涂覆功能区段202。其中，预处理功能区段201用于对钢材205的表面进行预处理；涂覆功能区段202用于将预处理后的钢材205表面涂覆水性防腐成膜剂，以形成厚度不超过2微米的膜层。

进一步的，该***还可以包括：干燥功能区段203。该干燥功能区段203用于对涂覆功能区段202中产生的膜层进行干燥，以加速反应成膜。

其中，该***使用辊道204(或者悬挂输送链或吊运等其他方式)将钢材205依次输送经过上述各功能区段。

需要说明的是，对于热轧钢板及角钢、槽钢等型材，预处理功能区段201可以对钢材205表面进行抛丸除锈处理；对于冷轧钢板，预处理功能区段201可以对钢材205表面进行除防护油处理。从预处理功能区段201处理的钢材205表面质量需要达到无油污、无锈蚀、无灰尘杂质等。其除锈等级需达到Sa2.5级，表面清洁度越高，后续的成膜质量越好。

对于涂覆功能区段202需要说明的是：为了实现水性防腐成膜剂能够均匀严密地涂覆在钢材205表面上，涂覆功能区段202需要配置与整个***的生产线配套的液体输送及涂覆装置，当采用喷涂方法进行水性防腐成膜剂的涂覆时，涂覆功能区段202主要可以包括：储液罐、输送泵及输送管路、喷枪、工件检测及开关枪器件。

其中，储液罐用于存储以及向液体输送泵提供水性防腐成膜剂；输送泵及输送管路是水性防腐成膜剂的输送的主体，保证一定量的水性防腐成膜剂输送至喷枪；喷枪用于将水性防腐成膜剂进行雾化并喷涂到钢材205表面的关键设备，可以根据钢材205的形状设置喷枪的数量、位置和角度。通常情况下设置4只喷枪，辊道204的上部和下部也即钢材205的上部和下部各设2只喷枪，钢材205在辊道204上纵向传递，喷枪垂直于辊道204的运行方向并横向往复运行，喷枪在垂直于钢材205的方向上倾斜一定的角度，以保证钢材205上下表面及立面被均匀地喷涂，没有漏喷。喷枪的布置结构示意图及运行轨迹可以如图3所示。工件检测及开关枪器件用来检测钢材205运行通过喷涂位置的起始、终点及宽度边界，从而控制喷枪的开关，实现连续、自动喷涂。还需要说明的是，当喷枪为空气喷枪时，需要压缩空气作为空气喷枪将水性防腐成膜剂从喷嘴喷出、雾化及喷涂到钢材205表面的关键介质和动力。

涂覆功能区段202中使用的水性防腐成膜剂消耗量较小，关键是保证涂覆的均匀性，较优的选择是采用空气喷枪喷涂。在生产线上选用空气喷枪连续喷涂的主要参数包括：喷嘴直径范围0.8～2.5mm，优选为1.0～1.5mm，压缩空气压力范围0.15～0.5MPa。当然，根据钢材205结构及设备形式的综合考虑，也可以采用无气喷涂，或滚涂、擦涂、淋涂、浸涂等涂覆方式。涂覆量以钢材205表面完全润湿、均匀覆盖、无漏涂为准。

对于干燥功能区段203需要说明的是，干燥成膜需要在一定的温度和时间内完成，钢材205表面涂覆水性防腐成膜剂后，即可开始成膜反应，成膜反应在5℃以上即可实现，反应温度比较宽泛。钢材进入干燥功能区段203后开始进行干燥成膜过程，从节能考虑烘干温度一般为25℃～45℃即可满足要求，在高温干燥季节可使用常温进行成膜，不需要加热干燥。也可选择更高温度进行加速干燥。具体可根据生产效率、运行速度和季节温度、湿度等条件等进行干燥温度的设置和调整。

利用上述金属表面防护处理***对钢材表面进行防护处理后，形成的膜层具有如下特点：膜层薄，在不同材质的钢材上膜层颜色有所不同，基本呈现处理后金属的本色；膜层防腐性能满足钢材预处理后储存、加工过程中的防腐要求；耐高温、在对钢材进行切割、焊接时对于膜层的破损较少；膜层与油漆配套涂装性能良好；膜层具有良好的导电性能，对切割、焊接作业无影响。

需要说明的是，本发明实施例中提供的水性防腐成膜剂不仅可以应用在钢材表面，还可以应用在铜、铝、镁、锌及合金等有色金属表面，起到封闭、钝化、防护的作用。

本实施例提供了一种金属表面防护处理***，通过使用水性防腐成膜剂对金属表面进行涂覆处理，形成的膜层厚度小于2微米，膜层厚度对后续的焊接、切割等工序不会产生影响，不需要增加去除膜层的工序；并该水性防腐成膜剂为水性，不使用有机溶剂，不含重金属，无毒无害，彻底消除了喷漆过程中存在的环境污染，同时还解决了易燃易爆等安全银行，不会对生产过程中接触的操作人员造成任何身体伤害，无需配置大量的安全环保设备、装置和工具；该水性防腐成膜剂所形成的涂层可以低温加热或者室温干燥，大大降低了高温烘干加热所消耗的能源；同时，该方法简化了生产的工序，降低了生产成本，提供了劳动效率。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims

1.一种金属表面防护处理方法，其特征在于，包括：

对金属表面进行预处理；

2.根据权利要求1所述的金属表面防护处理方法，其特征在于，还包括：

对所述膜层进行干燥，以加速反应成膜。

3.根据权利要求2所述的金属表面防护处理方法，其特征在于，所述干燥的方式包括：常温干燥或低温加热干燥。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的金属表面防护处理方法，其特征在于，所述对金属表面进行预处理包括：

对所述金属表面的氧化层、锈蚀和杂质进行除锈清洁处理；和/或，

对所述金属表面的油脂进行除防护油脂处理。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的金属表面防护处理方法，其特征在于，所述水性防腐成膜剂的涂覆方式包括：

空气喷涂、无气喷涂、滚涂、刮涂、浸涂或擦涂。

6.根据权利要求1所述的金属表面防护处理方法，其特征在于，所述水性防腐成膜剂以水为介质，以生物基材为主要成分，所述生物基材包括：氨基酸、转换剂、钝化剂及助剂。

7.一种金属表面防护处理***，其特征在于，包括：预处理功能区段和涂覆功能区段；

所述预处理功能区段用于对金属表面进行预处理；

8.根据权利要求7所述的进行表面防护处理***，其特征在于，还包括：干燥功能区段；

所述干燥功能区段用于对所述涂覆功能区段中形成的膜层进行干燥，以加速反应成膜。

9.根据权利要求7或8所述的金属表面防护处理***，其特征在于，当采用喷涂方法进行涂覆时，所述涂覆功能区段包括：

储液罐，用于存储所述水性防腐成膜剂；

输送泵及输送管路，与所述储液罐相连，用于输送所述水性防腐成膜剂；

喷枪，与所述输液管路相连，用于将所述水性防腐成膜剂喷涂到金属的表面；

工件检测及开关枪器件，用于检测金属运行通过喷涂位置的起始、终点及宽度边界以控制所述喷枪的开关。

10.根据权利要求9所述的金属表面防护处理***，其特征在于，所述喷枪的喷嘴直径范围在1.0mm～1.5mm之间；所述喷枪的压缩空气压力范围在0.15MPa～0.5MPa之间。