一种热镀锌层钒酸盐转化膜的制备方法
阅读说明：本技术 一种热镀锌层钒酸盐转化膜的制备方法 (Preparation method of vanadate conversion film on hot galvanizing layer ) 是由 姚道昌 于 2019-11-20 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种热镀锌层钒酸盐转化膜的制备方法,包括以下操作步骤：(1)将四丁基氟化铵、己内酰胺混合后,加热至固体完全后,然后向其中水,混合均匀后,制得离子液体水溶液；(2)将偏钒酸钠、偏硼酸钠、3-溴丙胺氢溴酸盐、N,N-二辛基氨乙基甘氨酸盐酸盐、离子液体水溶液、水混合均匀后,再采用盐酸溶液调节其pH为2.0-3.0后,得到转化液；(3)将热镀锌板经过脱脂水洗、烘干处理后,表面喷洒氨水,反应5-10min后,将热镀锌板浸入至转化液中,转化处理后,再经过水洗、干燥处理后,得到成品。本发明制得的钒酸盐转化膜表面致密平整,品质优异,并且具有优异的耐腐蚀性能。(The invention discloses a preparation method of a vanadate conversion film on a hot galvanizing layer, which comprises the following operation steps: (1) mixing tetrabutylammonium fluoride and caprolactam, heating until the solids are completely solid, adding water into the mixture, and uniformly mixing to obtain an ionic liquid aqueous solution; (2) uniformly mixing sodium metavanadate, sodium metaborate, 3-bromopropylamine hydrobromide, N-dioctyl aminoethyl glycine hydrochloride, an ionic liquid aqueous solution and water, and adjusting the pH value of the ionic liquid aqueous solution to 2.0-3.0 by using a hydrochloric acid solution to obtain a conversion solution; (3) and (3) degreasing, washing and drying the hot-galvanized plate, spraying ammonia water on the surface of the hot-galvanized plate, reacting for 5-10min, immersing the hot-galvanized plate into a conversion solution, and washing and drying the hot-galvanized plate after the conversion treatment to obtain a finished product. The vanadate conversion film prepared by the method has the advantages of compact and flat surface, excellent quality and excellent corrosion resistance.)
技术领域
本发明属于热镀锌板制备技术领域，具体涉及一种热镀锌层钒酸盐转化膜的制备方法。
背景技术
随着工业水平的迅猛发展，我国的钢铁产量不断增多，但是金属腐蚀给社会生产造成了巨大损失。根据相关报道，我国每年因金属腐蚀造成的经济损失高达几百亿元。为减少钢铁腐蚀，各国科研人员提出了大量的钢铁材料防腐手段和方法，并且得到了广泛的应用。目前国内各大钢铁厂商生产的板材大部分采用热浸镀锌防腐技术。热镀锌钢板因其耐蚀性能好、生产工艺简单、成本低等优点，被广泛应用于船舶、交通、能源等领域。但是在钢材和镀锌层之间有较大的电位差，这使得镀锌层的溶解速度加大，而且在湿度较大的地方，镀锌层更易发生腐蚀，在表面形成一层白锈，严重影响镀锌件外观和抗腐蚀性能。因此，为了改善其表面质量和使用性能，通常要对镀锌板材进行钝化处理。
传统的钝化工艺主要采用铬酸盐，铬酸盐作为腐蚀抑制剂应用于金属表面处理行业已有100多年的历史。采用铬酸盐钝化形成的钝化膜不仅具有良好的抗腐蚀性能，而且有自修复能力，所以工艺简单、成本低廉的铬酸盐钝化工艺在钝化领域一直占有重要地位。但是六价铬有毒，人长期接触会出现头痛、昏迷等症状，且具有致癌性，容易引发各种癌变，对人类的健康有致命威胁。
“钒酸盐转化处理”是一种可替代传统转化处理的环境友好型处理方法，有关钒酸盐对活性金属抑制腐蚀作用已有大量研究报道。研究发现，钒酸盐转化膜呈层状结构，较薄的富集钒的化合物的底层(位于金属/膜层界面)具有较好的疏水性，可以起到关键的防腐蚀作用，且表层(位于金属表面)比较厚，能够弥补膜层的缺陷，从而可以得到无裂纹且致密的转化膜。
但是现有技术中，采用常规技术手段制得的钒酸盐转化膜存在着膜层表面针孔较多的外观缺陷，并且钒酸盐转化膜的耐腐蚀性能有待进一步的提高。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种热镀锌层钒酸盐转化膜的制备方法。
本发明是通过以下技术分方案实现的。
一种热镀锌层钒酸盐转化膜的制备方法，包括以下操作步骤：
(1)按重量份计，将10-15份四丁基氟化铵、40-50份己内酰胺混合后，加热至固体完全后，然后向其中加入650-700份水，混合均匀后，制得离子液体水溶液；
(2)按重量份计，将16-22份偏钒酸钠、5-9份偏硼酸钠、1-5份3-溴丙胺氢溴酸盐、0.2-0.6份N,N-二辛基氨乙基甘氨酸盐酸盐、40-50份离子液体水溶液、950-1000份水混合均匀后，再采用盐酸溶液调节其pH为2.0-3.0后，得到转化液；
(3)将热镀锌板经过脱脂水洗、烘干处理后，表面喷洒氨水，反应5-10min后，将热镀锌板浸入至转化液中，转化处理后，再经过水洗、干燥处理后，得到成品。
具体地，上述步骤(1)中，加热的温度为75-80℃。
具体地，上述步骤(2)中，盐酸溶液的质量分数15％。
具体地，上述步骤(3)中，脱脂水洗的具体操作为：将热镀锌板加入至脱脂液中，然后开启超声波，清洗处理15-20min后，脱脂水洗完成，其中脱脂液由以下重量份的组分制成：10-15份氢氧化钠、6-9份碳酸钠、2-5份磷酸钠、400-500份水。
具体地，上述步骤(3)中，烘干处理的温度为80-90℃，烘干处理的时间为3-4小时。
具体地，上述步骤(3)中，氨水的质量分数为17％，氨水的喷洒量为200-300g/m2。
具体地，上述步骤(3)中，转化处理的时间为30-40秒。
由以上的技术方案可知，本发明的有益效果是：
本发明提供的一种热镀锌层钒酸盐转化膜的制备方法，与现有的钒酸盐钝化工艺相比，转化膜的形成速度快，生产过程中产生的三废少，制得的钒酸盐转化膜表面致密平整，品质优异，并且具有优异的耐腐蚀性能。其中，本发明制得的离子液体水溶液，能有效的促进盐类晶体的生长，并且能调控盐类晶体的形成样貌，进而有效的提升了成膜的整体性与界面性，极大地提升了热镀锌层的耐腐蚀性能，同时还能改善成膜的质量，提升热镀锌板表面的平整度与致密度；3-溴丙胺氢溴酸盐、N,N-二辛基氨乙基甘氨酸盐酸盐的添加，能使得晶粒在生长的过程中变得更加细小均匀，进而使得晶粒的堆积致密度进一步的提升；热镀锌层经过氨水处理后，能一定程度上的加快钒酸盐转化膜的形成速度，缩短转化时间。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
一种热镀锌层钒酸盐转化膜的制备方法，包括以下操作步骤：
(1)按重量份计，将10份四丁基氟化铵、40份己内酰胺混合后，75℃温度下加热至固体完全后，然后向其中加入650份水，混合均匀后，制得离子液体水溶液；
(2)按重量份计，将16份偏钒酸钠、5份偏硼酸钠、1份3-溴丙胺氢溴酸盐、0.2份N,N-二辛基氨乙基甘氨酸盐酸盐、40份离子液体水溶液、950份水混合均匀后，再采用质量分数15％的盐酸溶液调节其pH为2.0后，得到转化液；
(3)将热镀锌板经过脱脂水洗、烘干处理，其中烘干处理的温度为80℃，烘干处理的时间为3小时，烘干后表面喷洒质量分数为17％的氨水，喷洒量为200g/m2，反应5min后，将热镀锌板浸入至转化液中，转化处理30秒后，再经过水洗、干燥处理后，得到成品，其中脱脂水洗的具体操作为：将热镀锌板加入至脱脂液中，然后开启超声波，清洗处理15min后，脱脂水洗完成，其中脱脂液由以下重量份的组分制成：10份氢氧化钠、6份碳酸钠、2份磷酸钠、400份水。
实施例2
一种热镀锌层钒酸盐转化膜的制备方法，包括以下操作步骤：
(1)按重量份计，将13份四丁基氟化铵、45份己内酰胺混合后，78℃温度下加热至固体完全后，然后向其中加入680份水，混合均匀后，制得离子液体水溶液；
(2)按重量份计，将20份偏钒酸钠、7份偏硼酸钠、3份3-溴丙胺氢溴酸盐、0.4份N,N-二辛基氨乙基甘氨酸盐酸盐、45份离子液体水溶液、980份水混合均匀后，再采用质量分数15％的盐酸溶液调节其pH为2.5后，得到转化液；
(3)将热镀锌板经过脱脂水洗、烘干处理，其中烘干处理的温度为85℃，烘干处理的时间为3.5小时，烘干后表面喷洒质量分数为17％的氨水，喷洒量为250g/m2，反应8min后，将热镀锌板浸入至转化液中，转化处理35秒后，再经过水洗、干燥处理后，得到成品，其中脱脂水洗的具体操作为：将热镀锌板加入至脱脂液中，然后开启超声波，清洗处理18min后，脱脂水洗完成，其中脱脂液由以下重量份的组分制成：13份氢氧化钠、8份碳酸钠、3份磷酸钠、450份水。
实施例3
一种热镀锌层钒酸盐转化膜的制备方法，包括以下操作步骤：
(1)按重量份计，将15份四丁基氟化铵、50份己内酰胺混合后，80℃温度下加热至固体完全后，然后向其中加入700份水，混合均匀后，制得离子液体水溶液；
(2)按重量份计，将22份偏钒酸钠、9份偏硼酸钠、5份3-溴丙胺氢溴酸盐、0.6份N,N-二辛基氨乙基甘氨酸盐酸盐、50份离子液体水溶液、1000份水混合均匀后，再采用质量分数15％的盐酸溶液调节其pH为3.0后，得到转化液；
(3)将热镀锌板经过脱脂水洗、烘干处理，其中烘干处理的温度为90℃，烘干处理的时间为4小时，烘干后表面喷洒质量分数为17％的氨水，喷洒量为300g/m2，反应10min后，将热镀锌板浸入至转化液中，转化处理40秒后，再经过水洗、干燥处理后，得到成品，其中脱脂水洗的具体操作为：将热镀锌板加入至脱脂液中，然后开启超声波，清洗处理20min后，脱脂水洗完成，其中脱脂液由以下重量份的组分制成：15份氢氧化钠、9份碳酸钠、5份磷酸钠、500份水。
对比例1
步骤(2)中不添加离子液体水溶液，其余操作步骤与实施例1完全相同。
对比例2
步骤(2)中不添加3-溴丙胺氢溴酸盐、N,N-二辛基氨乙基甘氨酸盐酸盐，其余操作步骤与实施例2完全相同。
分别用各实施例和对比例的方法在相同材质的热镀锌板上制得钒酸盐转化膜，然后测试钒酸盐转化膜的各项性能，耐蚀性测试：采用点滴法测试转化膜的耐蚀性，点滴液的成分为:0.05gKMnO4,1mLHN03(密度＝1.42g/cm3)，用去离子水稀释至100mL，观察转化膜表面点滴液由红色变为无色的时间，即为耐点滴时间。按照ASTMB 117标准测试转化膜中性盐雾性能，5％NaCl中性溶液，温度35℃，试样与试验箱垂直平面成15°-30°放置；以试样经盐雾试验120h后表面的腐蚀面积率来判定转化膜的耐蚀性，试验结果如表1所示：
表1钒酸盐转化膜性能测试结果
由表1中的实施例1和对比例1的数据可知，离子液体水溶液，能有效的促进盐类晶体的生长，并且能调控盐类晶体的形成样貌，进而有效的提升了成膜的整体性与界面性，极大地提升了热镀锌层的耐腐蚀性能，同时还能改善成膜的质量，提升热镀锌板表面的平整度与致密度；由实施例2和对比例2的数据可知，3-溴丙胺氢溴酸盐、N,N-二辛基氨乙基甘氨酸盐酸盐的添加，能使得晶粒在生长的过程中变得更加细小均匀，进而使得晶粒的堆积致密度进一步的提升。
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不限于上述举例，本技术领域的普通技术人员，在本发明的实质范围内，作出的变化、改变、添加或替换，都应属于本发明的保护范围。