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科研成果

环境友好型金属表面涂装前处理转化膜—产品工艺

编辑 :    来源 :    澳门皇冠金沙网站 十大 : 2020-09-04    浏览次数 :

    一、研究背景

    金属腐蚀所造成的年损失量远远超过水灾、火灾、风灾和地震(平均值)等损失的总和。中国工程院重大咨询项目“我国腐蚀状况及控制战略研究”报告显示,2014年我国的腐蚀造成的直接损失达21000亿,占当年国民生产总值的3.34%。在众多的腐蚀防护技术中,金属工件的喷漆涂装是目前最广泛使用和最有效的防腐蚀技术之一,其中涂装前的表面预处理则是涂装工艺中不可或缺的一道工序,预处理层(又称化学转化膜或涂装底膜)的主要作用是:(1)抑制金属工件表面微电池的形成,减缓腐蚀反应的速率;(2)提高金属基体与涂装层之间的附着力,使涂装层与金属工件构成一个结合紧密的整体结构,从而达到在苛刻的腐蚀环境中延长涂层使用寿命的目的。

目前钢铁制件(涉及汽车、家电、机械制造等多个行业)在电泳涂漆、静电喷塑之前,工业界普遍采用磷化处理工艺在其表面形成磷酸盐转化膜(简称磷化膜),用以提高整个涂装系统的耐腐蚀性能。磷化膜业已成为涂层不可或缺的良好底层,不经磷化或者磷化效果不好均无法保证涂装质量。根据国家统计局和产业信息网提供的统计数字,2014年金属表面处理行业实现的销售收入达2348.63亿元,其中与磷化有关的企业占据半壁以上的江山。然而,磷化工艺也存在诸多问题,除能耗高、维护成本高(易在管壁及管道内结渣,须定期检修处理)之外,废液、废渣的大量排放造成了严重的重金属污染、富磷污染、废渣污染、废水污染。目前全国范围内多个省市正在重拳整治“小乱散污”企业,其中与磷化相关的金属前处理企业名列其中,长三角和长江流域地区甚至明确提出“限磷”和“无磷”的目标和具体措施。

但须注意到,传统的工程金属或合金的涂装防护技术是建立在磷化膜处理技术基础上的,磷化膜与高档涂层之间的配搭已经成为这些行业固有的思维模式,在性能更好、价格更合理、操作更方便的环保型新产品和新工艺出现之前,仅仅依靠集中整治和行政命令实难以实现彻底取缔污染性磷化企业的目标,特别是对那些高产值、支撑性的大企业而言。随着科技的不断进步和公众环保意识的日益提高,只有在成膜理论和成膜工艺上实现新突破,研发出能真正能替代磷化膜的产品及相关工艺,才能彻底根治磷化工艺带来的污染。大家课题组研制新型环境友好化学转化膜产品及发展绿色成膜工艺的目的就是为了彻底取代污染性的磷化膜产品,实现金属涂装界的新旧动能转换。

    二、项目方案

本产品是以金属螯合化反应原理在金属表面形成螯合物为主的无机-有机杂化膜。新型杂化膜产品选取含有多个官能团的天然无毒的植物提取物(如植酸、单宁酸等)作为主成膜剂,利用它们对金属离子(如钙、铝、锌、钛离子)超强的螯合作用,实现了在水溶液中直接在金属基体表面以自组装的方式成膜,成膜物质利用率高,从成膜的源头解决了沉渣产生的技术难题,而且膜的厚度可在亚微米到微米范围内进行调制。杂化膜产品在成膜理念和成膜工艺上均具有原创性,科学意义重大。该产品不仅绿色环保,而且膜层的耐腐蚀能力明显优于传统磷化膜,其附着力性能也与磷化膜相当,因此杂化膜的应用更具经济效益和社会价值。值得一提的是,新一代无磷、无氮的杂化膜产品已经在山东青岛和烟台、浙江嘉善等地试用成功,2020年将会有更多的企业使用该产品。

(一)技术优势

首先以列表的形式(参见表1)比较了杂化膜产品在环保、性能和成本三方面的技术优势。需特别说明的是,杂化膜裸膜的防腐性能明显优于磷化膜、硅烷转化膜和锆化转化膜,非常适用于在苛刻条件下的金属表面防腐预处理。


1、杂化膜产品的技术优势


磷化液

硅烷锆化

杂化膜

环保

方面

废液沉渣多,引起污染环境

有少量沉渣,须定期更换槽液,有废液排放

以吸附方式成膜,无废液沉渣的排放,是环保型产品

性能

方面

防腐性能:良

附着力:优

防腐性能:差

附着力:优

防腐性能:优

附着力:优

成本

方面

处理成本:

0.25-0.35/2

但环保成本日益攀升

使用成本:

0.18-0.25/2


使用成本:

0.1-0.15 /2



金属工件的表面处理工艺如图2所示:

2:处理工艺


1)杂化膜产品同时适用于喷淋、浸泡与涂抹的作业方式,由于裸膜耐蚀性强,积水处不会返锈,故停线时间长。

2)杂化膜产品的成膜工艺流程与磷化工艺流程基本一致,因此现有磷化企业的生产设备不需要进行大的改动,从而节约了生产设备的一次性投资。同时由于减少了磷化工艺所必须的表调工序,使用起来更加方便、更加节能。

3)与硅烷锆化工艺相比,使用杂化膜产品可以处理带锈需酸洗的工件,适用范围更广。

4)不含铬、不含亚硝酸盐、不含一类重金属,无沉渣和废液排放,环保性好。

5)成膜溶液稳定,在室温下操作即可,不易受外界温度和气候变化的影响。

6)当成膜溶液pH高于4时,需补充浓缩液,将pH调节到3.6即可。

(二)项目成熟度

2012年起,澳门皇冠金沙亚洲研究团队就开始从事水相中自组装成膜的研究。研究伊始,研究团队就确定了以解决金属表面处理过程中磷酸盐污染和铬酸盐污染问题为宗旨的研究目标,到目前为止,已经申请并获批10余项国家发明专利,产品的推广从最初的尝试性试用与技术服务逐渐发展到目前的厂家正式使用,迄今已经被全国10余家企业认可,在国内了逐渐形成了以分子自组装成膜为特色的成膜新技术、新工艺。其中,钢铁表面处理剂产品的主要性能指标接近国外名牌产品(汉高、凯密特尔、帕卡企业)的技术指标,值得一提的是对需要酸洗的钢件制件的表面处理优于国外同类产品。

    (三)合作方式

技术转让、许可、技术服务等

    三、市场前景

现有的杂化膜产品非常适合于冷轧板、热轧板和各种碳钢涂装前的表面预处理。通过调整成膜添加剂也可用于镀锌钢和铝合金工件的表面预处理。

适用的行业包括:

    (1)汽车及零部件行业(包括农用车、摩托车、自行车、农机等);

2)普通工业(包括机械、冰箱、冰柜、空调、各类电器等)

3)建材行业(包括各类门业、炊具、健身器材)

4)铝合金(包括铸铝、型材、铝板等)。

在汽车、家电、机械制造、建材等关系国计民生的众多行业中,化学转化膜是金属制件在涂装之前一道必不可少的处理工序。目前,国家倡导绿色发展与磷化企业涉污排放之间的尖锐矛盾使得传统磷化产品与工艺面临巨大困境。相比之下,杂化膜产品因其在环保理念、成膜工艺、成本和质量方面的优势,已经显现出非常广阔的市场前景和发展空间。一旦该产品占据金属表面预处理的主流市场,将在很大程度上缓解汽车、家电、机械制造等行业在金属表面防腐处理方面面临的环保压力,促进行业的绿色发展,这样无形中将会带来更大的社会价值。

如果一个企业有良好的销售团队和技术服务团队,很容易达到超过亿元的销售额。

四、联系人

赵老师 13031720570(同微信)

郑老师 15768149143



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