用于耐候钢表面锈层稳定化的预处理液及预处理方法

摘要

本发明涉及一种工业大气环境下耐候钢表面锈层稳定化的预处理液及预处理方法，属于金属腐蚀与防护技术领域，本发明旨在提供一种用于耐候钢表面锈层稳定化的预处理液及预处理方法，用以解决现有技术中锈层稳定化技术并未针对工业大气腐蚀和海洋大气腐蚀这两种腐蚀环境分别进行设计不用的预处理液进行防腐的技术问题。本发明提供了一种用于耐候钢表面锈层稳定化的预处理液，预处理液中各化学组分及其质量分数为：Cr(SO4)3：0.5～2％、FeSO4：0.3～1.2％、CuSO4：0.1～0.6％、NaHSO3：0.3～1.2％和NiSO4：0.2～1.0％，余量为H2O。本发明提供的预处理液及预处理方法实现了工业大气环境下耐候钢表面锈层稳定化，避免了耐候钢的严重腐蚀问题，确保了我国耐候钢钢材的无腐蚀储存。

说明书

技术领域

本发明涉及金属腐蚀与防护技术领域，尤其涉及一种工业大气环境下用于耐候钢表面锈层稳定化的预处理液及预处理方法。

背景技术

耐候钢虽可依赖其表面形成的致密化锈层的保护作用而显示出良好的耐大气腐蚀性能。然而，其在自然环境中完成锈层的稳定化需要相当长的时间，这极大地影响着耐候钢的使用效果。此外，耐候钢在服役过程中往往还容易出现早期锈蚀严重或锈液流挂或飞散现象。考虑到环保以及外观等问题，这一不利现象更是严重制约耐候钢的大量使用。为了解决这一问题，国内外相应研究出各种锈层稳定化技术。

国外已经对锈层稳定化处理技术进行了大量的相关研究，并研制出多种不同类型的“带锈涂料”。这类涂料可以直接涂覆在裸露的钢基体表面或生锈的钢铁表面，通过对所生成锈层的渗透、转化或稳定作用，最终提高锈层保护性，从而有效改善耐候钢基体的耐大气腐蚀性能。相对于其他钢铁表面处理工艺，锈层稳定化处理技术具有省工、省时、高效、低污染等诸多优点，对提高耐候钢使用范围有明显的现实意义。

我国对与锈层稳定化处理技术的研究较晚，产品的研发也较少，还有很多不足。国内的很多高校和科研院所对相关的锈层稳定化技术进行了研究。但是，现有的锈层稳定化技术并未结合具体的腐蚀环境进行不同成分设计，尤其是工业大气腐蚀环境和海洋大气腐蚀环境，这两种环境需要区别对待，需要针对不同腐蚀性离子(工业大气SO₄^2-，海洋大气Cl^-)分别进行不同处理液成分设计

发明内容

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种用于耐候钢表面锈层稳定化的预处理液及预处理方法，用以解决现有技术中锈层稳定化技术并未针对工业大气腐蚀和海洋大气腐蚀这两种腐蚀环境分别进行设计不用的预处理液进行防腐的技术问题。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

本发明提供了一种用于耐候钢表面锈层稳定化的预处理液，预处理液中各化学组分及其质量分数为：Cr(SO₄)₃：0.5～2％、FeSO₄：0.3～1.2％、>4：0.1～0.6％、NaHSO₃：0.3～1.2％和NiSO₄：0.2～1.0％，余量为>2O。

优选地，预处理液中各化学组分及其质量分数为：Cr(SO₄)₃：1.0～>4：0.5～1.0％、CuSO₄：0.2～0.5％、NaHSO₃：0.5～1.0％和>4：0.5～0.8％，余量为H₂O。

优选地，预处理液中各化学组分及其质量分数为：Cr(SO₄)₃：1.2％、>4：1.0％、CuSO₄：0.2～0.4％、NaHSO₃：0.5～0.8％和NiSO₄：0.5～>2O。

优选地，预处理液中各化学组分及其质量分数为：1.92％Cr(SO₄)₃、>4、0.12％CuSO₄、0.4％NaHSO₃、0.2％NiSO₄，余量为H₂O。

优选地，预处理液中各化学组分及其质量分数为：1.5％Cr(SO₄)₃、1.0％>4、0.2％CuSO₄、0.8％NaHSO₃、0.7％NiSO₄，余量为H₂O。

本发明还提供了一种用于耐候钢表面锈层稳定化的预处理方法，包括以下步骤：

S1.将钢基体表面通过喷丸或酸洗的方法除去表面氧化皮；

S2.配制以上任一种耐候钢表面预处理液，混合搅拌均匀得到蓝色的预处理液。

S3.将配制好的溶液倒入喷雾器中，均匀的在钢铁表面喷淋5-10秒至耐候钢表面，喷淋完一次后，让耐候钢表面自然晾干；

S4.接着均匀的表面喷水5-10秒一次，耐候钢表面自然晾干；

S5.再一次均匀的表面喷水5-10秒，耐候钢表面自然晾干；

S6.第三次均匀的表面喷水5-10秒，耐候钢表面自然晾干；

S7.重复喷水-晾干过程2次以上，直至耐候钢表面生成一层均匀而致密的锈层，喷水-晾干过程次数越多，锈层越厚越致密。

与现有技术相比，本发明具有的技术效果为：

工业大气中耐候钢表面预处理液，主要是应用于工业大气腐蚀环境下，针对SO₄^2-而设计，作用是促使工业大气环境下耐候钢加速形成致密锈层，其中，Cr的添加有利于锈层中保护性α-FeOOH组织的比例提高，并且Cr可部分置换α-FeOOH生成稳定的α-Cr_xFe_1-xOOH，锈层完整、致密、附着性强，细化了锈层组织，提高了锈层的防护性。Cu是与耐候钢耐蚀性最相关的元素，也是最具性价比的合金元素，腐蚀过程Cu在金属表面富集，形成Cu沉积，减缓腐蚀。Ni元素在钢中使内锈层中Fe₃O₄的Fe原子位置被Ni原子取代成为Fe_3-xNixO₄，使锈层离子的选择性改变，还提高了α-FeOOH/γ-FeOOH的比例，有利于形成连续致密的锈层。工业大气中主要的污染气体为SO₂，SO₂遇降雨形成亚硫酸(盐)，进一步氧化又可以得到硫酸(盐)，雨水中存在SO₃^2-和SO₄^2-，因而在预处理液中选择了Cr、Cu、Ni的硫酸盐。添加FeSO₄和NaHSO₃主要是考虑作为腐蚀过程催化剂作用，加速腐蚀过程，使耐候钢表面快速地形成稳定锈层。

综上，本方法是利用自制处理液直接对裸露的耐候钢表面进行处理。其中，处理液中Cr(SO₄)₃促进耐候钢表面的稳定锈层中α-FeOOH的形成，>4加速腐蚀以及稳定锈层中α-FeOOH的形成，CuSO₄和NiSO₄的加入使得Cu和Ni在锈层中富集增强其耐蚀性，得到均匀致密的锈层，经过这种处理之后耐候钢在使用过程中更加美观，同时也防止锈液的流失，避免了锈液的流挂现象，减少了对环境的污染。

本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为本发明中未用预处理液处理的耐候钢原貌；

图2为经本发明提供的预处理液和预处理方法处理后的耐候钢样貌。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。

本发明提供了一种用于耐候钢表面锈层稳定化的预处理液，预处理液中各化学组分及其质量分数为：Cr(SO₄)₃：0.5～2％、FeSO₄：0.3～1.2％、>4：0.1～0.6％、NaHSO₃：0.3～1.2％和NiSO₄：0.2～1.0％，余量为>2O。

示例性地，本发明的技术方案通过长期暴露在大气中的耐候钢进行锈层试验分析，发现锈层中合金元素不同程度的富集现象，如Cr、Cu在内锈层富集，Ni在锈层中均匀分布，进而设计的。Cr、Cu、Ni均是对耐蚀性有利的元素，Cr的添加有利于锈层中保护性α-FeOOH组织的比例提高，并且Cr可部分置换α-FeOOH生成稳定的α-Cr_xFe_1-xOOH，锈层完整、致密、附着性强，细化了锈层组织，提高了锈层的防护性。Cu是与耐候钢耐蚀性最相关的元素，也是最具性价比的合金元素，腐蚀过程Cu在金属表面富集，形成Cu沉积，减缓腐蚀。Ni元素在钢中使内锈层中Fe₃O₄的Fe原子位置被Ni原子取代成为Fe_3-xNixO₄，使锈层离子性改变，还提高了α-FeOOH/γ-FeOOH的比例，有利于形成连续致密的锈层。工业大气中主要的污染气体为SO₂，SO₂遇降雨形成亚硫酸(盐)，进一步氧化又可以得到硫酸(盐)，雨水中存在SO₃^2-和SO₄^2-，因而在预处理液中选择了Cr、Cu、Ni的硫酸盐。添加FeSO₄和NaHSO₃主要是考虑作为腐蚀过程催化剂作用，加速腐蚀过程，使耐候钢表面快速地形成稳定锈层。

为了生成均匀、致密的锈层，预处理液中各化学组分及其质量分数可以为：Cr(SO₄)₃：1.0～1.5％、FeSO₄：0.5～1.0％、CuSO₄：0.2～0.5％、>3：0.5～1.0％和NiSO₄：0.5～0.8％，余量为H₂O。该实验表明，将该配方制备的预处理液按照本发明的预处理方法对耐候钢刚基体表面进行处理，最终获得的锈层均匀、致密，锈层颜色一致性好，且表面无锈液流挂的现象。

同样地，为了使耐候钢基体表面生成均匀、致密的锈层，预处理液中各化学组分及其质量分数为：Cr(SO₄)₃：1.2％、FeSO₄：1.0％、CuSO₄：>3：0.5～0.8％和NiSO₄：0.5～0.7％，余量为水。该实验表明，将该配方制备的预处理液按照本发明的预处理方法对耐候钢刚基体表面进行处理，最终获得的锈层均匀、致密，锈层颜色一致性好，且表面无锈液流挂的现象。

同样地，为了使耐候钢基体表面生成均匀致密的锈层，预处理液中各化学组分及其质量分数为：1.92％Cr(SO₄)₃、1.12％FeSO₄、0.12％CuSO₄、>3、0.2％NiSO₄，余量为H₂O。该实验表明，将该配方制备的预处理液按照本发明的预处理方法对耐候钢刚基体表面进行处理，最终获得的锈层均匀、致密，锈层颜色一致性好，且表面无锈液流挂的现象。

同样地，为了使耐候钢基体表面生成均匀致密的锈层，预处理液中各化学组分及其质量分数可：1.5％Cr(SO₄)₃、1.0％FeSO₄、0.2％CuSO₄、>3、0.7％NiSO₄，余量为H₂O。该实验表明，将该配方制备的预处理液按照本发明的预处理方法对耐候钢刚基体表面进行处理，最终获得的锈层均匀、致密，锈层颜色一致性好，且表面无锈液流挂的现象。

本发明还提供了一种用于耐候钢表面锈层稳定化的预处理方法，包括以下步骤：

S1.将钢基体表面通过喷丸或酸洗的方法除去表面氧化皮；

S2.配制以上任一种耐候钢表面预处理液，混合搅拌均匀得到蓝色的预处理液；

S3.将配制好的溶液倒入喷雾器中，均匀的在钢铁表面喷淋5-10秒至耐候钢表面，喷淋完一次后，让耐候钢表面自然晾干；

S4.接着均匀的表面喷水5-10秒一次，耐候钢表面自然晾干；

S5.再一次均匀的表面喷水5-10秒，耐候钢表面自然晾干；

S6.第三次均匀的表面喷水5-10秒，耐候钢表面自然晾干；

S7.重复喷水-晾干过程2次以上，直至耐候钢表面生成一层均匀而致密的锈层，喷水-晾干过程次数越多，锈层越厚越致密。

具体地，S1步骤中前处理过程，也是最关键的步骤之一，该步骤不可缺少。如果钢基体表面不经氧化皮去除处理，后期锈层形成时间长且难以获得均匀、致密的锈层。通过喷丸或酸洗使钢表面露出新鲜的基体即可。S2和S3步骤是通过将预处理液均匀地喷淋在耐候钢表面，预处理液中的离子沉积在其表面，与耐候钢基体间进行化学反应过程，成为腐蚀过程的阴极和阳极过程。需要注意的是，必须均匀地喷淋预处理液，使耐候钢表面各处均匀覆盖处理液，这是后期形成稳定、均匀、致密锈层的前提。S4步骤到S6步骤中，进行不间断的喷水，目的是造成耐候钢表面干/湿交替的过程，耐候钢锈层的形成正是由于耐候钢表面历经干/ 湿交替过程的结果。但是干/湿交替时间比需要控制，经大量试验发现，表面喷水一次后，经50秒左右耐候钢表面即无明显水滴，表面处于“干”的状态；紧接着喷水5-10秒，耐候钢表面处于“湿”的状态。这样一个干/湿交替循环过程约1分钟。如果喷水时间过长，会造成表面已有的初始锈层遭到破坏，且耐候钢表面因湿度大，溶氧扩散慢，造成阴极过程受阻，腐蚀过程受影响，不利于锈层的快速生成。合理控制喷水时间即干/湿交替时间比，是本发明的一个创新点。S7步骤中，耐候钢初期锈层较慢，需要不断的经历干/湿交替过程，待形成一定厚度的均匀、致密锈层后，后期锈层逐渐趋于稳定。

综上，本方法是利用自制处理液直接对裸露的耐候钢表面进行处理。其中，处理液中Cr(SO₄)₃促进耐候钢表面的稳定锈层中α-FeOOH的形成，>4加速腐蚀以及稳定锈层中α-FeOOH的形成，CuSO₄和NiSO₄的加入使得Cu和Ni在锈层中富集增强其耐蚀性，得到均匀致密的锈层，经过这种处理之后耐候钢在使用过程中更加美观，同时也防止锈液的流失，避免了锈液的流挂现象，减少了对环境的污染。这也是本发明的一个亮点。

实施例1

本发明提供的一种工业大气中耐候钢表面预处理液，预处理液中各化学组分及其质量分数为：1％Cr(SO₄)₃、0.6％FeSO₄、0.3％CuSO₄、0.6％>3、0.5％NiSO₄，余量为H₂O。

具体操作工艺：

将耐候钢基体表面通过喷丸或酸洗的方法除去表面氧化皮后，将配制好的耐候钢表面预处理液倒入喷雾器中，均匀地在钢铁表面喷淋5秒至耐候钢表面成棕色，喷淋完一次后，让耐候钢表面自然晾干；待耐候钢表面干燥后，喷水5秒一次；待耐候钢表面一次喷水干燥后，继续喷水一次每次持续5秒；耐候钢表面二次喷水干燥后，继续喷水第三次持续5秒；重复上述喷淋处理液-晾干-喷水-晾干-喷水-晾干-喷水-晾干过程2次，之后一直保持喷水-晾干过程以保证耐候钢表面生成一层均匀、致密的锈层。

经预处理液处理后得到的耐候钢如图2所示，图1是耐候钢原貌，通过对比图1和图2可知，经过本发明提供的耐候钢预处理液及预处理方法处理后的耐候钢的钢基表面生成了一层均匀致密的保护锈层。

实施例2

本发明提供的一种工业大气中耐候钢表面预处理液，预处理液中各化学组分及其质量分数为：2％Cr(SO₄)₃、0.3％FeSO₄、0.6％CuSO₄、1.2％>3、1.0％NiSO₄，余量为H₂O。

具体操作工艺：

将耐候钢基体表面通过喷丸或酸洗的方法除去表面氧化皮后，将配制好的耐候钢表面预处理液倒入喷雾器中，均匀地在钢铁表面喷淋6秒至耐候钢表面成棕色，喷淋完一次后，让耐候钢表面自然晾干；待耐候钢表面干燥后，喷水6秒一次；待耐候钢表面一次喷水干燥后，继续喷水一次每次持续6秒；耐候钢表面二次喷水干燥后，继续喷水第三次持续6秒；重复上述喷淋处理液-晾干-喷水-晾干-喷水-晾干-喷水-晾干过程 2次，之后一直保持喷水-晾干过程以保证耐候钢表面生成一层均匀、致密的锈层。

经过上述步骤，最终获得的锈层均匀、致密，锈层颜色一致性好，且表面无锈液流挂的现象。

实施例3

本发明提供的一种工业大气中耐候钢表面预处理液，预处理液中各化学组分及其质量分数为：0.5％Cr(SO₄)₃、1.2％FeSO₄、0.15％CuSO₄、>3、0.92％NiSO₄，余量为H₂O。

具体操作工艺：

将耐候钢基体表面通过喷丸或酸洗的方法除去表面氧化皮后，将配制好的耐候钢表面预处理液倒入喷雾器中，均匀地在钢铁表面喷淋7秒至耐候钢表面成棕色，喷淋完一次后，让耐候钢表面自然晾干；待耐候钢表面干燥后，喷水7秒一次；待耐候钢表面一次喷水干燥后，继续喷水一次每次持续7秒；耐候钢表面二次喷水干燥后，继续喷水第三次持续7秒；重复上述喷淋处理液-晾干-喷水-晾干-喷水-晾干-喷水-晾干过程 3次，之后一直保持喷水-晾干过程以保证耐候钢表面生成一层均匀、致密的锈层。

实施例4

本发明提供的一种工业大气中耐候钢表面预处理液，预处理液中各化学组分及其质量分数为：1.92％Cr(SO₄)₃、1.12％FeSO₄、0.12％CuSO₄、>3、0.2％NiSO₄，余量为H₂O。

具体操作工艺：

将耐候钢基体表面通过喷丸或酸洗的方法除去表面氧化皮后，将配制好的耐候钢表面预处理液倒入喷雾器中，均匀地在钢铁表面喷淋8秒至耐候钢表面成棕色，喷淋完一次后，让耐候钢表面自然晾干；待耐候钢表面干燥后，喷水8秒一次；待耐候钢表面一次喷水干燥后，继续喷水一次每次持续8秒；耐候钢表面二次喷水干燥后，继续喷水第三次持续8秒；重复上述喷淋处理液-晾干-喷水-晾干-喷水-晾干-喷水-晾干过程 4次，之后一直保持喷水-晾干过程以保证耐候钢表面生成一层均匀、致密的锈层。

实施例5

本发明提供的一种工业大气中耐候钢表面预处理液，预处理液中各化学组分及其质量分数为：1.5％Cr(SO₄)₃、1.0％FeSO₄、0.2％CuSO₄、0.8％>3、0.7％NiSO₄，余量为H₂O。

具体操作工艺：

将耐候钢基体表面通过喷丸或酸洗的方法除去表面氧化皮后，将配制好的耐候钢表面预处理液倒入喷雾器中，均匀地在钢铁表面喷淋9秒至耐候钢表面成棕色，喷淋完一次后，让耐候钢表面自然晾干；待耐候钢表面干燥后，喷水9秒一次；待耐候钢表面一次喷水干燥后，继续喷水一次每次持续9秒；耐候钢表面二次喷水干燥后，继续喷水第三次持续9秒；重复上述喷淋处理液-晾干-喷水-晾干-喷水-晾干-喷水-晾干过程 5次，之后一直保持喷水-晾干过程以保证耐候钢表面生成一层均匀、致密的锈层。

实施例6

本发明提供的一种工业大气中耐候钢表面预处理液，预处理液中各化学组分及其质量分数为：1.2％Cr(SO₄)₃、0.5％FeSO₄、0.4％CuSO₄、>3、0.8％NiSO₄，余量为H₂O。

具体操作工艺：

将耐候钢基体表面通过喷丸或酸洗的方法除去表面氧化皮后，将配制好的耐候钢表面预处理液倒入喷雾器中，均匀地在钢铁表面喷淋10秒至耐候钢表面成棕色，喷淋完一次后，让耐候钢表面自然晾干；待耐候钢表面干燥后，喷水10秒一次；待耐候钢表面一次喷水干燥后，继续喷水一次每次持续10秒；耐候钢表面二次喷水干燥后，继续喷水第三次持续10秒；重复上述喷淋处理液-晾干-喷水-晾干-喷水-晾干-喷水-晾干过程 6次，之后一直保持喷水-晾干过程以保证耐候钢表面生成一层均匀、致密的锈层。

经过上述步骤，最终获得的锈层均匀、致密，锈层颜色一致性好，且表面无锈液流挂的现象。

本发明不再设定对比例，采用本发明提供的预处理液及预处理方法处理后的耐候钢可与裸露在大气环境中的耐候钢进行对比。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。