[发明专利]防止热镀锌钢绞线表面白锈的钝化剂和涂覆方法

说明书

一、技术领域：

本发明涉及金属制品行业中的热镀锌镀层表面防腐蚀技术，特别是涉及一种防止热镀锌钢绞线表面产生白锈的钝化剂和涂覆方法。

二、背景技术：

热镀锌钢绞线(Hot-dip galvanized lron wire strands)，是电力架空高压输电线用钢芯铝绞线、光缆、铠装电缆、有线通讯线路及固定物件、栓系等用的一种金属制品。它由多根热镀锌钢丝通过专用捻股机捻(合)制而成。热镀锌镀层是目前钢铁表面最为有效的防腐涂层之一，大气环境中使用寿命一般可达15～20年，所以被用作防止钢铁制品锈蚀的防护涂层。但是因为锌是非常活泼的金属，锌镀层在大气环境中使用时化学稳定性不高，尤其是镀锌钢绞线捻(合)制以后，在储存、运输过程中遇到潮湿空气、闷热环境和与腐蚀气体、介质的接触浸蚀，其表面极易发生化学变化，产生白锈和灰色斑点，直接影响其镀层的耐腐蚀性和外观，影响镀锌钢绞线的使用寿命。热镀锌钢绞线镀层表面白锈严重时，客户提出质量异议，甚至退货，造成质量问题。

镀锌层出现白锈和灰色斑点的原因为：锌是一种化学性质很活泼的两性金属，其金属单体遇O₂立刻被氧化，它的产物ZnO属两性氧化物，与碱反应生成偏锌酸盐，与酸反应生成锌盐。反应式如下：

Zn+O₂＝2ZnO              (白色)

2Zn+O₂+2H₂O＝2Zn(OH)₂    (白色)

ZnO+2NaOH＝Na₂ZnO₂+H₂O   (灰暗色)

ZnO+2HCl＝H₂O+ZnCl₂      (浅绿色)

ZnO+SO₂＝ZnSO₃           (灰白色)

ZnO+CO₂＝ZnCO₃           (暗灰色)

Zn+2HCl＝ZnCl₂+H₂    (暗灰色)

当镀锌钢绞线紧密缠绕并置于潮湿的空气或腐蚀气体中时，由于镀锌钢绞线间没有自由的流动空气，镀层局部表面将不能发生上述腐蚀产物保护膜的化学反应，而是发生电化学腐蚀，形成白锈。白锈的形成机理实际上就是“氧浓差腐蚀电池”原理。产生白锈的严重程度取决于镀层表面残留水分和在所处环境中的持续时间，如果残留水分中含有来自海水中的氯化物、来自工业环境的硫化物，都会提高水的电导率，从而增大氧浓差腐蚀电池的作用。电化学腐蚀速度远高于化学反应腐蚀速度，其腐蚀产物为没有保护能力的锌盐。因此，在工业大气、潮湿空气和海洋性气候中，镀锌层很容易被腐蚀。具体表现在镀锌层面失去光泽，产生一层暗灰色的锌锈。它是一种含S、C、Cl、O₂等元素组成、结构复杂的盐类化合物。特别是在潮湿的酸性气体中，当镀层表面的ZnO层被溶解后，暴露的Zn会高速置换酸中的氢，变成Zn⁺²，造成Zn层的快速腐蚀而变为灰暗色。

为了保护热镀锌镀层免受腐蚀，需要继续对镀锌层进行表面处理来减少镀锌层白锈的产生，目前最为有效的方法是采用铬酸盐钝化处理，通过铬酸盐处理后，使热镀锌镀层表面形成化学稳定性高的铬酸盐钝化膜层，以提高镀锌层的耐蚀性和抗白锈能力，进而延长钢绞线的使用寿命。

虽然传统六价铬酸钝化工艺相对比较成熟稳定，成膜速度快，但是六价铬具有高毒性和致癌性，对环境污染严重，长期接触对人体有毒害作用，世界各国均制定了严格的控制措施，限制其使用，尤其是一些外贸热镀锌产品表面不允许六价铬存在。但由于海洋运输和密封包装均会发生表面白锈和灰色斑点现象，由此引起一些外贸纠纷和经济损失。国内外纷纷提出许多无铬钝化工艺，然而，单一的无机或者有机缓蚀剂获得的钝化膜较薄，抗腐蚀效果不能令人满意。寻求三价铬代替六价铬的钝化工艺已成为关注和研究的重点(三价铬毒性比六价铬毒性低100倍)。三价铬在许多方面有着六价铬的特性，而且三价铬是人体的基本营养元素，有助于促进糖、蛋白质和脂肪的代谢，以化合物形式存在的如柠檬酸盐和氯化物的三价铬，是人体必需的微量元素。从生态要求和现有工厂的适应性考虑，采用三价铬钝化将成为常规铬酸盐钝化最有可能被接受的合适替代工艺。