金屬表面帶銹處理技術研究進展

【摘 要】 介紹了穩定型帶銹處理、滲透型帶銹處理和轉化型帶銹處理技術的機理和特點，著重探討了轉化劑的作用機理，并指出了帶銹處理技術存在的問題。

【關鍵詞】 帶銹處理 轉化作用

【DOI編碼】 10.3969/j.issn.1674-4977.2016.03.011

1 引言

為減少金屬在使用中的腐蝕，涂覆有機涂層是效果顯著、簡單方便且成本低廉的方法，而有機涂層和金屬間的附著力是涂層發揮其保護作用的前提和關鍵所在。然而在涂層施工前，金屬表面往往已經在外部環境侵蝕離子作用下發生腐蝕生銹，為消除銹層對涂層附著力和保護性的影響，延長涂層對金屬的保護時間，在涂覆有機涂層之前就需要對金屬表面進行徹底的除銹處理。金屬的除銹方法包括手工除銹、機械除銹、化學法除銹等[1]，以上各種除銹方法都有一定的應用局限性。因此，如果有一種處理方式能夠不用進行表面除銹處理就能進行涂層的施工，不但能節省涂層涂裝時間，提高效率，還能節約成本，減少環境污染和對人體的傷害。

2 帶銹處理的種類

帶銹處理技術是選擇能將銹層穩定、鈍化或轉化的化合物，使得活潑的銹層變為穩定的物質，達到對金屬表面除銹和保護的雙重目的。現在廣泛研究的帶銹處理技術包括三種類型：滲透型、鈍化型和轉化型[2]。

2.1 滲透型

滲透型帶銹處理技術是利用對銹層滲透、潤濕作用強的涂層將疏松的銹層物理包覆起來，一般與銹層不發生化學反應，只是將活潑的銹層與外界侵蝕性環境隔離開來，防止金屬的進一步腐蝕。同時也利用涂層的防護作用保護金屬。

2.2 穩定型

穩定型帶銹處理技術的主要組成部分為穩銹劑，它產生的絡合陰離子能夠與活潑的銹層反應形成難溶的雜多酸化合物，這種雜多酸化合物是惰性的從而達到穩定銹層的目的。穩銹劑的種類很多，包括無機的鐵酸鹽、磷酸鹽、鉻酸鹽以及有機氮堿化合物等[3]。

無機穩銹劑是受到銹層中組織致密、穩定并具有一定保護作用的四氧化三鐵（Fe3O4）的晶體結構啟發，通過加入二價和三價的離子促使銹層中的活潑成分形成類似于Fe3O4的結構的穩定物質（如氫氧化鋅與活潑的γ-FOOH反應，式（1-1）。

穩定型處理對金屬表面的銹蝕程度要求不嚴，但是穩定劑對銹層轉化程度低，且穩定銹層需要很長時間，因此在使用后仍有腐蝕生銹的可能。

2.3 轉化型

轉化型帶銹處理又叫做反應型帶銹處理，它是通過銹轉化劑與活潑的銹層發生化學反應形成轉化膜，此轉化膜對金屬基體有一定保護作用，其成分為金屬螯合物或絡合物。目前，轉化型帶銹處理的主要方式是將銹轉化劑加入與一些成膜物質相結合制成轉化型帶銹涂料，這種涂料絕大多數情況下當作底漆使用。

3 轉化劑作用機理

在帶銹處理中，最重要的組成部分就是銹轉化劑，經過許多研究者的研究發現能夠對銹層有較好轉化作用的銹轉化劑主要包括亞鐵氰酸、磷酸以及單寧酸等。

單寧酸是一種大分子化合物，其典型的結構如圖1所示。單寧酸中含有大量羥基和酯基基團，研究表明正是通過鄰羥基基團與銹層作用形成藍色的單寧酸鐵金屬螯合物，其形成過程如圖2[4]。由于單寧酸有很多鄰羥基基團，可以與大量鐵離子反應，而鐵離子也可以與幾個不同的單寧酸分子反應，如此交錯的反應形成致密的單寧酸鐵網狀結構。此致密的螯合物沉積在金屬表面上形成保護層，呈現出很好的耐蝕性。

單寧酸處理表現出優異的耐蝕性的原因兩方面：一是形成了致密的單寧酸轉化膜，二是反應使得原來疏松多孔的銹層也變得致密，可以有效阻止外界侵蝕性離子的滲透，提高了整體的保護性。

4 存在問題

目前，帶銹處理技術只能在表面銹層厚度為30μm～40μm的鋼鐵表面進行，超過這個厚度，帶銹處理技術起不到提高附著力的作用，因此，亟需開發性能優異的轉化劑及帶銹處理技術。

參考文獻

[1] 李孟， 黃河， 朱立群.環保高效除銹膏的研究[J]. 電鍍與涂飾， 2006， 25（3）： 20-22.

[2] 吳賢官. 帶銹涂料及其應用[J]. 涂料涂裝與電鍍， 2003， 1： 34-36.

[3] 方震. 一種新型功能性帶銹防腐涂料[J]. 上海涂料， 2013， 51（5）： 51-54.

[4] 吳凝， 陸奇宇. 水性帶銹防腐涂料的應用研究[J]. 科技風， 2013， 17： 80-81.

[5] Syvorotkin V L. Microbiological and elemental composition of aerosols falling on the Crimean coast of the Black Sea[J]. Paleontological Journal， 2013， 47： 1205–1213.

作者簡介

宋篪，工程師，碩士，現于遼寧省產品質量監督檢驗院從事檢測研究。