CN113667967A - 一种钢材热浸镀锌后处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种钢材热浸镀锌后处理方法，包括以下步骤：水冷：将制件从锌浴中取出后进行水冷，以防止在缓慢冷却时合金层的过量生长导致灰暗镀层；钝化：以防止制件在储运过程中产生腐蚀，包括以下步骤：a.将钝化液放入钝化槽中；b.调节钝化槽中钝化液的温度和pH值；c.将水冷后的制件直接放入钝化槽中，钝化一段时间后，漂洗烘干；其中钝化液包括以下按重量份数配比的原料：丙基三甲基硅烷10份～20份，钼磷酸铵10份～15份，钼酸钠20份～50份，纳米二氧化硅0.01份～0.2份，有机缓蚀剂5份～20份，表面活性剂5份～10份，水80份～120份。本发明制备所得的钢材钝化后的镀层性能优异，并且其能达到使用六价铬作为钝化液钝化后所得的制件镀层的耐腐蚀性能。
Description
技术领域
本发明涉及热浸镀锌的技术领域，具体涉及到一种钢材热浸镀锌后处理方法。
背景技术
工业中应用最广泛的钢铁材料，在大气、海水、土壤及建筑材料等环境中使用时，均会发生不同程度的腐蚀。据统计，全世界每年因腐蚀而损失的钢铁材料大约可占到其总产量的1/3。为了保证钢铁制品的正常使用，延长其使用寿命，钢铁的防腐蚀保护技术一直受到人们的普遍重视。
热浸镀锌是延缓钢铁材料环境腐蚀的最有效手段之一，它是将表面经清洗、活化后的钢铁制品浸于熔融的锌液中，通过铁锌之间的反应和扩散，在钢铁制品表面镀覆附着性良好的锌合金镀层。与其他金属防护方法相比，热浸镀锌工艺在镀层的物理屏障与电化学保护相结合的保护特性上，镀层与基体的结合强度上、镀层的致密性、耐久性、免维护性和经济性及其对制品形状与尺寸的适应性上，具有无可比拟的优势。
目前热浸镀锌产品主要有钢板、钢带、钢丝、钢管等，其中热浸镀锌钢板所占比例最大。长期以来，热浸镀锌工艺因其低廉的施镀成本，优良的保护特性和漂亮的外观而备受人们的青睐，广泛应用于汽车、建筑、家电、化工、机械、石油、冶金、轻工、交通、电力、航空和海洋工程等领域。
当制件需要较长时间的储运时，应对制件进行钝化处理，以防止在储运过程中产生腐蚀，其腐蚀产物通常称为白锈。传统的钝化处理主要是以铬酸盐为主的六价铬钝化，最常用的处理方法是将镀后的制件浸入0.1～0.2％重铬酸钠或铬酐溶液中。但由于六价铬毒性高且有致癌性，含六价铬废液的排放将受到越来越严格的控制。因此，近年来国际上对无铬钝化液的开发和生产越来越热门，朝着无机盐方面和有机物方面发展。
现有技术中，常用的无铬钝化可分为无机物钝化和有机物钝化，无机物钝化包括钼酸盐、硅酸盐等，其存在膜层较薄、成膜均匀性较难掌握的问题；有机物钝化包括丙烯酸树脂存在制件耐腐蚀性能较差，达不到六价铬的耐腐蚀性能的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种钢材热浸镀锌后处理方法，用于解决现有技术中无铬钝化后制件耐腐蚀性能较差的技术问题。
为达上述目的，本发明的一个实施例中提供了一种钢材热浸镀锌后处理方法，包括以下步骤：
(1)水冷：将制件从锌浴中取出后进行水冷，以防止在缓慢冷却时合金层的过量生长导致灰暗镀层；
(2)钝化：以防止制件在储运过程中产生腐蚀，包括以下步骤：
a.将钝化液放入钝化槽中；
b.调节钝化槽中钝化液的温度和pH值；
c.将水冷后的制件直接放入钝化槽中，钝化一段时间后，漂洗烘干；
其中钝化液包括以下按重量份数配比的原料：
丙基三甲基硅烷10份～20份，钼磷酸铵10份～15份，钼酸钠20份～50份，
纳米二氧化硅0.01份～0.2份，有机缓蚀剂5份～20份，
表面活性剂5份～10份，水80份～120份。
本发明优选的方案之一，步骤(2)b中，钝化液的温度为20℃～40℃，pH值为2～3。
本发明优选的方案之一，步骤(2)c中，钝化的时间为2min～3min。
本发明优选的方案之一，步骤(2)c中，漂洗时间为10s～30s。
本发明优选的方案之一，步骤(2)c中，烘干温度为40℃～60℃。
本发明优选的方案之一，有机缓蚀剂为乙二胺四乙酸-2钠盐、氨基二甲叉磷酸、羟基乙叉二膦酸、多元醇磷酸酯以及硫脲中的至少一种。
本发明优选的方案之一，表面活性剂为壬基酚聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚以及十二烷基苯磺酸钠中的至少一种。
综上所述，本发明具有以下优点：
1、本发明制备所得的钢材其镀层耐腐蚀性能以及表面质量优异，并且配方简单、成本低，钝化方法易操作。
2、通过本发明的钝化液制备所得的钢材其镀层的耐腐蚀性能能达到使用六价铬酸盐钝化所得的制件的耐腐蚀性能。
具体实施方式
实施例1
一种钢材热浸镀锌后处理方法，包括以下步骤：
(1)水冷：将制件从锌浴中取出后进行水冷，以防止在缓慢冷却时合金层的过量生长导致灰暗镀层；
(2)钝化：以防止制件在储运过程中产生腐蚀，其腐蚀产物通常称为白锈，包括以下步骤：
a.将钝化液放入钝化槽中；
b.调节钝化槽中钝化液的温度和pH值，钝化液温度调节至20℃～40℃，pH值调为2～3；
c.将水冷后的制件直接放入钝化槽中，钝化2min～3min后，进行漂洗烘干，漂洗的时间为10s～30s，烘干温度为40℃～60℃；
其中钝化液包括以下按重量份数配比的原料：
丙基三甲基硅烷15份，钼磷酸铵12.5份，钼酸钠35份，
纳米二氧化硅0.1份，有机缓蚀剂羟基乙叉二膦酸12.5份，
表面活性剂壬基酚聚氧乙烯醚7.5份，水100份；
实施例2、实施例3以及实施例4与实施例1热浸镀锌后处理方法相同，其区别在于钝化时实施例2、实施例3、实施例4与实施例1的钝化液的配比不同。
实施例1、实施例2、实施例3以及实施例4的钝化液的具体组分与配比如表1所示；
表1：实施例1、实施例2、实施例3以及实施例4的钝化液的具体组分与配比
设置5个对比例，分别为对比例1、对比例2、对比例3、对比例4以及对比例5。
对比例1、对比例2、对比例3、对比例4以及对比例5与实施例1热浸镀锌后处理相同，其区别在于钝化时对比例1、对比例2、对比例3以及对比例4与实施例1的钝化液的组分及配比不同。
对比例1、对比例2、对比例3、对比例4以及对比例5的钝化液的具体组分及配比如表2所示：
表2：对比例1、对比例2、对比例3、对比例4以及对比例5的钝化液的具体组分及配比
实验检测
本实施例和对比例制备所得的钢材，对其钝化后的镀层进行性能检测，包括镀层耐腐蚀性评级和镀层耐腐蚀性能。
镀层耐腐蚀性评级根据GB/T6461-2002《金属基体上金属和其他无机覆盖层经腐蚀试验后的试样和试件的评级》，根据其性能的优劣可将保护评级分为10级，级数越高其性能越好。
镀层耐腐蚀性能根据GB/T10125-1997，对上述钝化后的热浸镀锌板进行中性盐雾试验。具体方法如下：连续喷雾测试120h，观察出现“白锈”的面积，用划格法计算“白锈”面积所占百分比。本发明将试样分别浸入5％的氯化钠溶液中30天，观察一定时间后的白锈面积百分比。
本实施例和对比例制备的钢材其钝化后的镀层性能检测结果如表3所示：
表3：本实施例和对比例制备的钢材其钝化后的镀层性能检测结果
从表3中可以看出：钢材在不同组分及配比的钝化液中进行钝化后所得的镀层的耐腐蚀性能存在很大差异。本发明实施例制备所得的钢材其钝化后的镀层性能优异，根据GB/T6461-2002进行的保护评级能达到9级，在5％的氯化钠溶液中浸泡30天后其白锈面积百分比均小于5％。本发明对比例1制备所得的钢材其钝化后的镀层性能较差，根据GB/T6461-2002进行的保护评级等级为5，在5％的氯化钠溶液中浸泡30天后其白锈面积百分比达到17.0％；本发明对比例2制备所得的钢材其钝化后的镀层性能较差，根据GB/T6461-2002进行的保护评级等级为5，在5％的氯化钠溶液中浸泡30天后其白锈面积百分比达到16.8％；本发明对比例3制备所得的钢材其钝化后的镀层性能较差，根据GB/T6461-2002进行的保护评级等级为5，在5％的氯化钠溶液中浸泡30天后其白锈面积百分比达到17.9％；本发明对比例4制备所得的钢材其钝化后的镀层性能较差，根据GB/T6461-2002进行的保护评级等级为8，在5％的氯化钠溶液中浸泡30天后其白锈面积百分比为5.2％；本发明对比例5制备所得的钢材其钝化后的镀层性能优异，根据GB/T6461-2002进行的保护评级等级为9，在5％的氯化钠溶液中浸泡30天后其白锈面积百分比只有4.3％。
通过实施例2-4与实施例1对比可知：实施例2-4与实施例1制备所得的钢材其钝化后的镀层根据GB/T6461-2002进行的保护评级等级以及镀层耐腐蚀性能差别不大，无显著变化。因此，说明本发明实施例在相同组分以及一定的配比范围内制备所得的钢材其钝化后的镀层性能优异。
通过实施例1在钝化液中掺入纳米二氧化硅与对比例1在钝化液中未掺入纳米二氧化硅对比可知：实施例1在钝化液中掺入纳米二氧化硅与对比例1在钝化液中未掺入纳米二氧化硅制备所得的钢材其钝化后的镀层根据GB/T6461-2002进行的保护评级等级以及镀层耐腐蚀性能差别较大，具有显著变化，并且实施例1优于对比例1。因此，在本发明的钝化液中掺入纳米二氧化硅能提高钝化后镀面的耐腐蚀性能。
通过实施例1在钝化液中掺入钼酸钠与对比例2在钝化液中未掺入钼酸钠对比可知：实施例1在钝化液中掺入钼酸钠与对比例2在钝化液中未掺入钼酸钠制备所得的钢材其钝化后的镀层根据GB/T6461-2002进行的保护评级等级以及镀层耐腐蚀性能差别较大，具有显著变化，并且实施例1优于对比例2。因此，在本发明的钝化液中掺入钼酸钠能提高钝化后镀面的耐腐蚀性能。
通过实施例1在钝化液中掺入丙基三甲基硅烷与对比例3在钝化液中未掺入丙基三甲基硅烷对比可知：实施例1在钝化液中掺入丙基三甲基硅烷与对比例3在钝化液中未掺入丙基三甲基硅烷所得的钢材其钝化后的镀层根据GB/T6461-2002进行的保护评级等级以及镀层耐腐蚀性能差别较大，具有显著变化，并且实施例1优于对比例3。因此，在本发明的钝化液中掺入丙基三甲基硅烷能提高钝化后镀面的耐腐蚀性能。
通过实施例1在钝化液中掺入表面活性剂壬基酚聚氧乙烯醚与对比例4在钝化液中未掺入表面活性剂对比可知：实施例1在钝化液中掺入表面活性剂壬基酚聚氧乙烯醚与对比例4在钝化液中未掺入表面活性剂制备所得的钢材其钝化后的镀层根据GB/T6461-2002进行的保护评级等级以及镀层耐腐蚀性能有差别，但是差别不大，无显著变化，实施例1优于对比例4。因此，说明本发明在钝化液中掺入表面活性剂对钝化后的镀层其保护等级和镀层耐腐蚀性能有影响，但影响不大。
通过实施例1-4与对比例5对比可知：实施例1-4和对比例5制备所得的钢材其钝化后的镀层根据GB/T6461-2002进行的保护评级等级以及镀层耐腐蚀性能差别不大，无显著变化，并且实施例1-4优于对比例5。因此，说明本发明实施例1-4制备所得的钢材其钝化后的镀层的保护等级以及耐腐蚀性能能达到使用六价铬钝化后镀层的性能。
由此可见，本发明制备所得的钢材钝化后的镀层性能优异，并且其能达到使用六价铬作为钝化液钝化后所得的制件镀层的耐腐蚀性能；本发明在钝化液中加入丙基三甲基硅烷、纳米二氧化硅以及钼酸钠能大大提高钝化后镀层的耐腐蚀性能。
Claims (7)
1.一种钢材热浸镀锌后处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤(1)水冷：将制件从锌浴中取出后进行水冷，以防止在缓慢冷却时合金层的过量生长导致灰暗镀层；
步骤(2)钝化：以防止制件在储运过程中产生腐蚀，包括以下步骤：
a.将钝化液放入钝化槽中；
b.调节钝化槽中钝化液的温度和pH值；
c.将水冷后的制件直接放入钝化槽中，钝化一段时间后，漂洗烘干；
其中钝化液包括以下按重量份数配比的原料：
丙基三甲基硅烷10份～20份，钼磷酸铵10份～15份，钼酸钠20份～50份，
纳米二氧化硅0.01份～0.2份，有机缓蚀剂5份～20份，
表面活性剂5份～10份，水80份～120份。
2.如权利要求1所述的钢材热浸镀锌后处理方法，其特征在于：步骤(2)b中，所述钝化液的温度为20℃～40℃，pH值为2～3。
3.如权利要求1所述的钢材热浸镀锌后处理方法，其特征在于：步骤(2)c中，所述钝化的时间为2min～3min。
4.如权利要求1所述的钢材热浸镀锌后处理方法，其特征在于：步骤(2)c中，所述漂洗时间为10s～30s。
5.如权利要求1所述的钢材热浸镀锌后处理方法，其特征在于：步骤(2)c中，所述烘干温度为40℃～60℃。
6.如权利要求1所述的钢材热浸镀锌后处理方法，其特征在于：所述有机缓蚀剂为乙二胺四乙酸-2钠盐、氨基二甲叉磷酸、羟基乙叉二膦酸、多元醇磷酸酯以及硫脲中的至少一种。
7.如权利要求1所述的钢材热浸镀锌后处理方法，其特征在于：所述表面活性剂为壬基酚聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚以及十二烷基苯磺酸钠中的至少一种。
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