植化膜层金属板产业化可实现钢铁工业跨越式发展的研究

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1、植化膜层金属板产业化 可实现钢铁工业跨越式发展的研究 赵家文 ( 中国工业防腐蚀技术协会一常州华东络力螯生物技术有限公司) 中国高新技术一植化膜层技术经过十多年的研究与实践，结合全球对环境的强制保护，急需钢业生产解 决保护环境，适合机械、汽车、建材等多个领域用冷轧板制造的产品，在加工产品过程中，保持金属板面清洁、 无锈蚀，这个问题始终在钢业未得到解决。通过三年的市场推广验证，在我国钢铁工业领域，可生产植化膜 层冷轧板，可替代有毒的防锈油，同时也解决冷轧板涂油前工艺水洗。钢板生锈问题，减少钢材产量1 4 因 腐蚀造成的直接损失。其损失约占国民经济总值的5 1 0 ，约5 0 0 0 亿元，取代防

2、锈油，替代磷化技术， 替代有毒的铬酸盐。实现九个领域的清洁生产，杜绝了磷酸盐和铬酸盐废气、废水排放，对环境造成的污染。 刖罱 中国高新技术、绿色环保项目植化膜层金属板技术问世 众所周知，金属腐蚀几乎涉及国民经济各个部门、各个领域。如金属材料在大气中生锈，舰船遭海水和 海洋微生物的腐蚀；埋地下的输油输气管线因土壤和细菌的腐蚀而发生穿孔；钢材在扎制过程中因高温下与 空气中氧化作用而产生的大量氧化皮；化工装备由于常与强腐蚀性酸，碱，盐介质接触，且生产又经常在高 温、高压、高流速下进行，因而腐蚀极为严重。 据统计全世界每年因腐蚀而造成的金属材料相当于年产量的3 0 ，其中除了2 3 可以重新回炉外，净

3、 损失达到金属产量的十分之一。美国每年有4 0 0 0 万吨钢铁因腐蚀而报废，约占年产量的4 0 。我国每年 也有1 5 0 0 万吨左右钢铁因腐蚀而报废，直接经济损失约为5 0 0 0 亿，约占国民经济生产总值5 1 0 涉及汽车工业、机械工业、电力工业、建材工业、家用电器工业、机车工业所需的冷轧板。在钢厂生产储 存，运输工程中，虽然表面涂防锈油进行保护，在大气中的腐蚀性介质酸、碱、盐介质的浸蚀下，腐蚀也更为严 重，涉及到九个领域的用户，不得不去除油。酸洗、水洗、磷化、纯化处理，使之在一定的时间内具有抗腐蚀的 能力，以便在加工产品过程中表面不生锈。这个过程，主要方法有氧化、磷化、钝化等处理方

4、法。 其中磷化处理时将钢铁产品放磷酸溶液中，在一定条件下进行处理可获得一种磷酸盐的保护膜，这种方 法称磷酸盐处理，简称磷化处理，由于磷化技术生成的磷化膜多孑L ，能被树脂类很好的浸透，使树脂与金属结 合牢固，所以，金属的磷化处理能大大提高其耐蚀性。是一种常见的表面处理方法。磷化后为了获得更好的 效果，可用有毒的铬酸盐进行纯化，使之封闭针孑L ，防止空气氧化，这是一种行之有效的工艺，但是值得关注 的是磷化过程中产生的含磷、铬废液而造成环境的污染。可以说磷化、钝化虽然在防腐蚀过程中功不可没。 但是以牺牲环境作为代价的，顾此失彼。 一植化膜层技术在金属表面形成的基理依据 生物酸及盐类何以有优良的防腐

5、蚀效果，还应以它们的独特分子结构加以解释，生物酸盐形成C 、H 、O 、 P 、N ，分子结构与辅助因子，形成的电子链的传递，对二价以上的金属离子产生强有力的螯合作用，在金属表 1 5 3 面形成一层致密的单分子层保护膜，并且稳定性优良有效阻止侵蚀性因子渗入金属表面，停止了腐蚀原电池 的进行，生物酸盐转化膜的防腐蚀抗理如何解释：我的设想生物酸盐类的行为属于金属钝化范畴，根据钝化 的广泛定义，“尽管金属的周围介质发生腐蚀反应的热力学倾向很大”即以金属转变为相应腐蚀产物的反应 过程自由能变化值很负，但由于腐蚀本身在金属表面产生了致密的保护膜，腐蚀过程却进行的很慢，即该金 属在这种条件下，“有很高的

6、耐腐蚀性”，不管这种能够阻止金属离子通过表面的保护膜是非电子导电膜，还 是电子导电膜，凡是能够阻止金属的阳极溶解过程，降低金属腐蚀速度的都属于此定义的范围，生物酸盐有 很宽的P H 值，在很宽的P H 范围内带有负电荷，在二价以上金属基体反应生成生物酸盐化学转化膜( 钝化 膜) 对金属材料产生保护作用，典型的纯化过程一般经历，阴极活性溶解，活化一钝化的转变，钝化膜形成和 发展段( 某些条件下还发生钝化等) 生物酶是生物酸盐保护膜形成的关键，在生物酶的作用下金属离子离开 晶格成为表面吸附原子，表面吸附溶液组成( 生物酸及辅助盐类) 与表面吸附原子形成吸附络合物，这是一个 多步骤的多相复杂反应。

7、二 植化技术在冷轧板表面辊涂阻断原电池反应的科学依据 植化膜层技术为什么在冷轧板水洗后可以进行辊涂、浸涂、刷涂三种方法能迅速阻断基体原电池反应， 可理解为生物酸和辅助因子在生物酶的作用下伸出左手牵住金属基体( 形成电子链传递) ，伸出右手牵住辅 助因子( 与活性基团O H 磷酸基反应) 最终实现金属基体与辅助因子直接结合，这种结合是电化学结合。具 有极高的反应能，从而牢固的和金属基体离子螯合形成一体结构，大大提高了金属表面抵抗大气浸蚀因子的 浸入能力。 三植化膜层金属板与树脂结合的科学依据 生物酸盐转化膜与其他涂料组成防腐蚀涂层体系时，将发挥更优异的防腐蚀效果，这是因为这层络合物 的膜层属于有

8、机的膜层，它与有机涂料具有相匹配的化学性质，在它表面涂负离子涂料时，它会与有机涂料 化合，提高涂层的附着力，这种贡献来源于生物酸中羟基和二个另外磷酸基等活性反应基因，归纳起来可以 理解为“生物酸在生物酶的作用下，伸出左手牵住金属基体，( 形成金属螯合环 伸出右手牵住有机涂料( 与活 性基团O H 磷酸基反应) 最终实现金属基铁与高分子C H 材料之间的有机结合，这种结合是化学结合，具有 极高的反应能，从而大大提高了金属表面与有机涂层的粘接性能。 四市场应用举例 1 江苏常州动力机械厂，铸件水箱。2 0 0 3 年由于防锈漆在铸件刷涂后，牢固性较差，经常性脱落。潮 湿因子使铸件腐蚀严重，及材料腐

9、蚀速率发生，产生防锈漆全部脱落的风险。采用植化膜层技术在铸件表面 涂刷，涂刷植化层后与腻子结合，耐水试验和涂漆试验性能，高于涂防锈漆的性能。植化膜层与腻子结合的 耐冲击性试验，高于防锈漆与腻子结合的耐冲击试验。经3 0 万台箱体试验测算，节约成本约4 5 5 0 ， 产品2 0 0 3 年一2 0 0 5 年进入市场未有出现油漆脱落，及用户投诉现象。 2 北京广技通用机械有限公司生产的单晶硅机床，使用的冷、热轧板及床体，2 0 0 0 年前采用喷砂工艺 处理解决钢材表面油脂和锈蚀问题。因受大气腐蚀经喷砂后的金属材料受到氧化，而造成金属表面于漆结 合力不牢固的现象突出。在2 0 0 0 年出口日

10、本、美国和台湾地区的产品多次被外商投诉，经济受到严重损失。 2 0 0 1 年5 月，采用植化膜技术处理金属表面。在现场耐冲击试验和3 氯化钠浸渍试验，膜层与树脂结合耐 冲击性、耐蚀性远远超过喷砂后与树脂结合的耐冲击性、耐蚀性。2 0 0 1 年一2 0 0 5 年销售到国内外产品都受 到用户的高度评价，经用户测算植化技术与喷砂技术成本每平方米节约值6 0 以上。 3 北京胸科医院2 0 0 3 年5 月由中国建筑设计院承建，医院手术室项目，采用钢板制造，设计方案为磷 1S 4 化处理技术表面。由于在安装过程中，磷化表面出现锈蚀严重无法进行施工，在这种情况下采用植化技术进 行金属表面处理。解决

11、了表面生锈问题和树脂结合问题。经现场弯曲试验及耐冲击试验其结合力为一级。 2 0 0 4 年5 月竣工，受到中国建筑设计院高度评价。经跟踪调查，植化膜层经树脂结合后色泽鲜艳，亮泽、美 观，受到用户的高度评价。 4 2 0 0 4 年6 月，由唐山制造的采矿机车4 台，采用植化技术进行金属表面处理，包括所有的机车部件。 2 0 0 4 年1 0 月出口泰国，由泰方进行验收，机车外观未出现任何锈蚀和油漆脱落现象，受到外商的高度评价。 因机车是在采矿中使用，环境恶劣，经跟踪调查至今未发现锈蚀和树脂脱落等问题。 5 为解决2 0 0 8 年奥运会场馆钢结构工程耐高温、防火问题，在2 0 0 4 年，由

12、中国建筑质量监督检测中 心，对植化膜技术形成的膜层进行耐高温试验。在2 5 微米的膜层条件下，平均温度8 2 0 度，烧3 0 分钟，经 现场检测，膜层无脱落，钢材耐高温极限优良。 6 为解决2 0 0 8 年奥运会场馆钢结构工程，钢表面环保问题，2 0 0 4 年3 月由中国建材质量监督检测中 心，授权江苏省常州质量监督局对植化技术产品抽样，送中国建材质量监督检测中心检测。检测结果完全达 到J B 5 0 3 2 5 2 0 0 1 ( T V C ) 有毒物质含量最低标准。并且达到J B l 8 5 8 2 2 0 0 1 ( 有害物质限量) 强制标准。 五植化膜层板产业化的可行性依据。

13、生物植化膜层技术产生的基理：生物植化膜技术在钢铁表面形成的保护层一是根据生物的独特基因与 辅助因子产生电子链的的多次链变。在金属表面产生的“螯合性”“络合性”“渗透性”在金属表面形成一层致 密、坚固、难溶性络合物一称生物植化膜技术，在金属板表面形成膜层一称植化膜层金属板。植化膜层金属 板具有磷化技术无可比拟的优良性能。耐蚀性，抗氧化性，耐冲击性，抗弯曲性，抗脱落性，耐高温性，毒性抽 检和树脂类结合相匹配性。 1 植化膜层金属板与树脂结合国家检测认证结果 序号项目名称实验项目实验标准实验结果 植化膜层耐冲击性C M 5 0 K g G B T 1 7 3 2 9 3 5 0 K g 合格 植 植

14、化膜层反冲击性C M5 0 K g G B T 1 7 3 2 9 3 5 0 K g合格 化附着力l 级G B T 1 7 2 0 7 9 ( 8 9 )l 级合格 膜植化膜层耐蚀性中性盐雾试验N s S 试验1 2 h 一2 4 h 层 3 0 分钟8 0 0 以 植化膜层耐高温性高温试验 G B l 4 9 0 7 2 0 6 2 上膜层元脱落 植化膜漆膜耐冲击性C M 5 0 K g G B 厂r 1 7 3 2 9 3 5 0 K g 树脂膜无脱落 膜 植化膜漆膜反冲击性C M 5 0 K g G B 厂r 1 7 3 2 9 3 5 0 K g 树脂膜无脱落 层 植化膜漆膜附着力l

15、 级G B T 1 7 2 0 7 9 ( 8 9 )1 级合格 + 植化膜漆膜耐蚀性中性盐雾N S S 试验4 0 0 h 以上漆膜无脱落 树 植化膜毒性测定( 按国毒性检测G B 5 0 3 2 5 2 0 0 l超低国标 脂 家强制执行标准抽检) 最小检测值 层 G B l 8 5 8 2 2 0 0 1 六植化膜层技术在推广应用中在客户的要求和期望 1 在江苏常州武进地区是我国用冷轧板制造静电地板的最大生产基地。产量占全国6 0 以上。年用 钢材量约数十万吨，因传统的磷化技术，不能满足生产质量要求。经植化技术在这一地区推广后多数企业要 求我们生产植化膜层金属板供他们使用。 2 在北京某

16、门业公司，多年来生产的门，基材采用冷轧板，进行磷化处理，经磷化处理的金属表面，在未 有进人烘干箱之前就已经产生氧化。这一问题困扰着生产的发展，并承担着极大的市场风险。2 0 0 4 年用生 1 5 5 物植化技术解决磷化技术出现的锈蚀问题，在现场门业的负责人带我们参观了用磷化处理后的冷轧板与塑 粉结合的情况。并现场给我们演示，磷化膜层与树脂结合不牢，树脂脱落极为严重。根据用户的要求，用植 化技术试验一批钢材，在室内保存三个月不产生锈蚀，经四个月的试验证明，这批板材未有出现锈蚀并且生 产出的门产品质量达到技术标准。并且提出建议生产这种板材供他们是使用。 3 经调查和用户来访，如河北、江苏、安徽、山东、天津、浙江、北京都蕴藏着大量的用户。约需求量在 1 0 0 万吨以上。其中包括汽车工业、机车制造、电力工业的大量用户。 七植化膜层金属板具有广阔的市场发展前景及经济效益( 仅供参考) 1 膜层取代防锈油后可抵抗6 0 7 0 的湿度 约1 2 个以上月。无锈蚀，可直接将成 型后的产品，经脱脂加工过