磷化液與鋼筋表面常溫磷化膜及其製備方法與流程
2023-10-09 16:50:59 2
本發明涉及建築材料技術領域，具體涉及一種磷化液與鋼筋表面常溫磷化膜及其製備方法。
背景技術：
由於具有來源廣泛、價格低廉、堅固耐用等優點，鋼筋混凝土結構作為主要的建築材料已廣泛應用於各種建築工程中。但是由於鋼筋的腐蝕破壞而引起的鋼筋混凝土結構的過早失效是當今世界普遍關注並日益突出的災害。磷化就是將金屬放入磷酸、磷酸鹽及其它試劑組成的磷化液中，在一定的工藝條件下，使金屬與磷化液接觸，從而在金屬表面發生化學與電化學反應，使金屬表面生成完整的、具有一定防腐作用的不溶性磷化膜。
根據磷化液主要成分和成膜離子的種類，磷化工藝可分為鋅系、鋅鈣系、鋅錳系、鐵系和錳系。其中鋅系磷化液的主要成膜物質為Zn(H2PO4)2，鋅錳系磷化液以Zn(H2PO4)2和Mn(H2PO4)2為主要成膜組分，鋅鈣系磷化液以Zn(H2PO4)2和Ca(H2PO4)2為主要成膜組分，鐵系磷化液以鹼金屬離子或NH4+的磷酸鹽為主要成分，也可以Fe(H2PO4)2為主要成膜的物質，錳系磷化液以Mn(H2PO4)2為主要成膜的物質，在所有的磷化膜中具有較好的防腐蝕特性。在生產中通常採用不同的磷化液滿足不同的工業需求。同時磷酸鹽塗層厚度、緻密度等限制了其在鋼筋上的應用。目前，國內外磷化處理使用較多的是低溫、中溫、高溫磷化，不僅能耗大、處理工藝時間長和沉渣多，而且磷化前需除油除鏽，磷化後需進行封閉處理，使磷化處理工藝複雜化，增加磷化成本，不利於現在化生產。因此為了適應快速發展的市場競爭需要，同時適應鋼筋混凝土內部鋼筋表面磷化需要，提高磷化液的質量，實現製備鋼筋常溫快速形成高耐蝕性磷化膜。
技術實現要素：
本發明為解決上述技術問題提供一種磷化液與鋼筋表面常溫磷化膜及其製備方法。該磷化液能在鋼筋表面常溫快速形成高耐蝕性磷化膜，同時保證鋼筋表面的磷化膜與混凝土具有很好的匹配性。
本發明主要是通過以下技術方案實現的：
磷化液，所述磷化液含有以下成分：30g/L磷酸、8-12g/L氧化鋅、25-35g/L硝酸鹽、2-5g/L鉬酸鹽、1-10g/L有機酸絡合劑、1-5g/L促進劑、1-2g/L羥甲基纖維素鈉、1-2g/L緩蝕劑，餘量為水；所述磷酸的質量濃度為85％，所述緩蝕劑為咪唑啉季銨鹽或肉桂醛。
上述方案中，所述磷化液的pH為2.0-3.0。
上述方案中，所述硝酸鹽為硝酸錳或硝酸鎳。
上述方案中，所述鉬酸鹽為鉬酸鈉。
上述方案中，所述有機酸絡合劑為酒石酸或檸檬酸中的任意一種與乙二胺四乙酸的混合。
上述方案中，所述促進劑為硫酸羥胺、氯酸鈉及間硝基苯磺酸鈉，所述硫酸羥胺、氯酸鈉及間硝基苯磺酸鈉的質量比為1:2:2。
所述的磷化液的製備方法，按照所述磷化液各成分的濃度配比稱取各組分，然後加入水中混合攪拌均勻使各組分溶解，得到所述磷化液。
鋼筋表面常溫磷化膜，所述鋼筋表面常溫磷化膜是將所述的磷化液在常溫下對鋼筋進行浸漬或刷塗，然後自然晾乾得到所述鋼筋表面常溫磷化膜。
上述方案中，所述鋼筋表面常溫磷化膜的厚度為50-100μm。
上述方案中，所述對鋼筋進行浸漬的時間為5-20min，所述常溫為5-40℃。
本發明的有益效果為：與現有磷化液以及磷化工藝相比，採用本發明鋼筋表面常溫磷化膜的製備方法主要適用於鋼筋混凝土中鋼筋表面處理。通過藉助磷化工藝，在鋼筋表面形成完整緻密，具有優異耐蝕性的磷化膜，同時保證鋼筋表面的磷化膜與混凝土具有很好的匹配性，用以解決鋼筋混凝土中鋼筋的腐蝕問題。此外該工藝具有較好的環保性，無需進行除油除鏽以及磷化後處理，簡化磷化工藝等優點。
具體實施方式
為使本發明的內容、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例進一步闡述本發明，這些實施例僅用於說明本發明，而本發明不僅限於以下實施例。
本發明提供一種磷化液，所述磷化液含有以下成分：30g/L磷酸、8-12g/L氧化鋅、25-35g/L硝酸鹽、2-5g/L鉬酸鹽、1-10g/L有機酸絡合劑、1-5g/L促進劑、1-2g/L羥甲基纖維素鈉、1-2g/L緩蝕劑、餘量為水；所述磷酸的質量濃度為85％。
磷化液的pH為2.0-3.0。硝酸鹽為硝酸錳或硝酸鎳。鉬酸鹽為鉬酸鈉。有機酸絡合劑為酒石酸或檸檬酸中的任意一種與乙二胺四乙酸的混合。促進劑為硫酸羥胺、氯酸鈉及間硝基苯磺酸鈉。
磷化液的酸度是影響磷化過程磷化膜形成的主要因素之一，因為磷化液的總酸度過高，則磷化膜粗糙，磷化沉渣量增加，總酸度過低，則磷化速度緩慢，難以形成高質量的磷化膜，因此本發明磷化液pH為2.0～3.0。
氧化鋅、磷酸和硝酸鹽為磷化液的主要成分，決定了磷化液的酸度，按照本發明提供的量能夠保證磷化膜正常形成且不產生過量沉渣。Mn2+和Ni2+的存在可以生成磷葉石以及類磷葉石晶體，這些晶體具有較低的化學活性，同時增加磷化膜的耐鹼性以及磷化膜的二次附著力。
有機酸絡合劑能夠改善磷化膜的結構，細化結晶，提高磷化效果。其中有機酸絡合劑優選為3g/L。
促進劑具有協同作用，氧化性物質加速溶解生成Fe3+，還原性物質可以在磷化過程產生Fe2+，能夠加速磷化成膜Zn2Fe(PO4)2·4H2O，同時促進劑(間硝基苯磺酸鈉)因雙極性基團和雙親結構進行促進調節。
羥甲基纖維素鈉有助於成膜，在鋼筋表面形成的磷化膜具有厚而緻密，附著牢固，耐蝕性高，穩定性強的特點。
本發明的混凝土緩蝕劑主要為有機分子，它可以通過形成供體-受體關係吸附在金屬表面，如像雜原子N，O，P等的空電位或π電位以及金屬表面的空d軌道，阻止活性位點，生成屏蔽以減少腐蝕物到達鋼筋表面。同時磷化膜與混凝土通過表面分子間作用力進行相互吸引，緩蝕劑中的官能團會直接促進混凝土中水泥水化的物理化學性能，最終達到鋼筋混凝土的結構緻密。
本發明還提供一種磷化工藝，採用所述磷化液，在常溫5-40℃對鋼筋進行浸漬5-20min或者刷塗1-5次即可。
下面結合以下具體實施例對本發明做出進一步闡述。
實施例1
磷化液：30g/L磷酸(85％)、10g/L氧化鋅、30g/L硝酸鹽、3g/L鉬酸鹽、2g/L酒石酸、2g/L乙二胺四乙酸、2g/L氯酸鈉、1g/L硫酸羥胺、2g/L間硝基苯磺酸鈉、1g/L羥甲基纖維素鈉、2g/L咪唑啉季銨鹽、餘量為水。
按照所述磷化液的濃度配比稱取各組分，然後加入水中混合攪拌均勻使各組分溶解，得到所述磷化液。
將磷化液在25℃下，對鋼筋進行浸泡處理15min，自然晾乾，得到均勻緻密的耐蝕性優異的鋼筋表面常溫磷化膜。表1為實施例1與實施例2所取得的磷化膜鋼筋性能，其中溼附著力是在90℃±0.5℃，3.5％氯化鈉溶液中，磷化膜鋼筋浸泡45天後測定的附著力；彎曲要求與結合強度適用JG3042標準。
對比例1
按照以下比例稱取相應的組分
30g/L磷酸(85％)、10g/L氧化鋅、30g/L硝酸鹽、3g/L鉬酸鹽、2g/L酒石酸、2g/L乙二胺四乙酸、2g/L氯酸鈉、1g/L硫酸羥胺、2g/L間硝基苯磺酸鈉、1g/L羥甲基纖維素鈉、餘量為水。
按照所述磷化液的濃度配比稱取各組分，然後加入水中混合攪拌均勻使各組分溶解，得到所述形成不摻有緩蝕劑的鋼筋表面常溫磷化液。同時對其做如上處理得到鋼筋表面常溫磷化膜。
實施例2
按照以下比例稱取相應的組分
30g/L磷酸(85％)、12g/L氧化鋅、33g/L硝酸鹽、3g/L鉬酸鹽、2g/L酒石酸、2g/L乙二胺四乙酸、2g/L氯酸鈉、1g/L硫酸羥胺、2g/L間硝基苯磺酸鈉、1.5g/L羥甲基纖維素鈉、2g/L肉桂醛、餘量為水。
按照所述磷化液的濃度配比稱取各組分，然後加入水中混合攪拌均勻使各組分溶解，得到所述形成鋼筋表面常溫磷化液。
將磷化液在30℃下，對鋼筋進行浸泡處理15min，自然晾乾，得到均勻緻密的耐蝕性優異的鋼筋表面常溫磷化膜。表1為實例1與實例2所取得的磷化膜鋼筋性能，其中溼附著力是在90℃±0.5℃，3.5％氯化鈉溶液中，磷化膜鋼筋浸泡45天後測定的附著力；彎曲要求與結合強度適用JG3042標準。
對比例2
按照以下比例稱取相應的組分
30g/L磷酸(85％)、12g/L氧化鋅、33g/L硝酸鹽、3g/L鉬酸鹽、2g/L酒石酸、2g/L乙二胺四乙酸、2g/L氯酸鈉、1g/L硫酸羥胺、2g/L間硝基苯磺酸鈉、1.5g/L羥甲基纖維素鈉、餘量為水。
按照所述磷化液的濃度配比稱取各組分，然後加入水中混合攪拌均勻使各組分溶解，得到所述形成不摻有緩蝕劑的鋼筋表面常溫磷化液。同時對其做如上處理。
由上述對比例可以看出，所述緩蝕劑，咪唑啉季銨鹽或肉桂醛，可以通過形成供體-受體關係吸附在金屬表面，如像雜原子N，O，P等的空電位或π電位以及金屬表面的空d軌道，阻止活性位點，生成屏蔽以減少腐蝕物到達鋼筋表面的同時增加了磷化膜的厚度。同時磷化膜與混凝土通過表面分子間作用力進行相互吸引，緩蝕劑中的官能團會直接促進混凝土中水泥水化的物理化學性能，最終達到提高鋼筋與混凝土之間的結合強度。因此，對比例1和對比例2的結合強度均沒有實施例1和實施例2高。