專利名稱：一種耐腐蝕涂層鋼軌生產(chǎn)工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鋼材的化學(xué)處理及涂裝工藝，尤其是一種鋼軌表面化學(xué)處理后涂裝耐腐蝕涂層的工藝。
對(duì)提高鋼軌耐腐蝕性，國(guó)內(nèi)外沒(méi)有任何成型的、完全可工業(yè)化應(yīng)用的技術(shù)，只進(jìn)行過(guò)一些技術(shù)性探討及嘗試。據(jù)鐵道建筑研究所出版的1998年第11期“鐵路建筑”期刊中“運(yùn)營(yíng)隧道內(nèi)的鋼軌防腐蝕技術(shù)研究”一文所報(bào)道的國(guó)內(nèi)外在提高鋼軌耐腐蝕性能的技術(shù)性探索及嘗試的方法有對(duì)在線鋼軌噴砂除銹，再噴涂環(huán)氧富鋅有機(jī)涂料，以提高鋼軌耐蝕性能；對(duì)在線路軌采用犧牲保護(hù)法提高鋼軌耐腐蝕性能；鋼軌噴丸除銹，再熱噴涂鋅合金提高鋼軌耐蝕性能；以及在鋼軌鋼中添加銅、鉻等合金元素，提高鋼軌耐蝕性能等技術(shù)方法。上述所采取的種種鋼軌防腐保護(hù)措施均有一定的效果，但是，這些技術(shù)在生產(chǎn)工藝實(shí)施及成本卻存在如下明顯的不足1、鋼鐵材料在涂裝前，必須對(duì)鋼鐵材料進(jìn)行前處理，目的是除去鋼鐵表面的油和銹，并使鋼鐵表面具有一定粗糙度或化學(xué)性質(zhì)，以便于涂層與鋼鐵能緊密的物理結(jié)合或化學(xué)結(jié)合。對(duì)于除油除銹而言，一般有兩種方法，一種常用的兩步工序法，即除油采用有機(jī)溶劑和合成洗滌劑清洗，除銹采用機(jī)構(gòu)或手工的方法除銹；另一種是一步化學(xué)法，即采用常規(guī)的三合一(除油、除銹、磷化)或四合一(除油、除銹、磷化、鈍化)一步法處理。但是，因鋼軌鋼碳含量較高，常規(guī)的三合一或四合一處理易使鋼軌吸氫，導(dǎo)致鋼軌產(chǎn)生裂紋，鋼軌的除油除銹不適應(yīng)一般的三合一或四合一處理除油、除銹。
對(duì)鋼鐵材料進(jìn)行熱噴涂及涂裝富鋅涂料時(shí)，為保證噴涂或涂裝質(zhì)量及性能，必須去除鋼鐵材料表面油污和銹跡。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中為保證熱噴涂材料或鋅粉與鋼鐵材料的附著性，對(duì)鋼鐵材料的除銹等級(jí)作了嚴(yán)格規(guī)定噴丸處理達(dá)Sa2.5級(jí)，手工除銹達(dá)S3級(jí)，且除銹的鋼鐵材料必須在4小時(shí)內(nèi)完成涂裝，不然，表面易返銹。用砂布、鋼絲刷、鏟刀等手工方法對(duì)鋼鐵表面除銹，不僅勞動(dòng)強(qiáng)度大，生產(chǎn)效率低，除銹不徹底，而且除銹過(guò)程中的粉塵對(duì)人體的危害也極大；此外鋼軌對(duì)表面質(zhì)量極其敏感，采用手工除銹極易損傷鋼軌表面，造成鋼軌疲勞壽命降低，對(duì)列車安全行駛產(chǎn)生危害。采用一般的機(jī)械除銹方法，有粉塵污染和噪音污染。更重要的是，采用一般的噴丸機(jī)械除銹，對(duì)鋼軌這樣橫切面積比較小的異型材來(lái)講，交界棱邊和窄面上的銹跡要去除干凈，除銹速度必然相當(dāng)慢。上述種種因素制約了鋼軌熱噴涂保護(hù)性鋅鋁涂層方法或鋼軌噴涂環(huán)氧富鋅涂層或富鋁涂層或富鋅鋁涂層方法在規(guī)模化生產(chǎn)上的運(yùn)用。
2、采用犧牲保護(hù)法雖然能提高鋼軌耐蝕性能，但因犧牲保護(hù)回路的電流對(duì)現(xiàn)代化鐵路信號(hào)有干擾，以及每年需要更換消耗犧牲鋅片，造成施工成本及管理成本高，而未能推廣應(yīng)用；3、在鋼軌鋼中添加銅、鉻等合金元素以提高鋼軌耐蝕性能等技術(shù)方法，噸鋼成本高，且鋼軌鋼的冶煉、軋制等工藝技術(shù)需作相當(dāng)大的改變，并且由于銅、鉻的加入對(duì)高碳鋼軌韌性和焊接性能產(chǎn)生危害，降低了鋼軌使用的安全性，因而而未予以推廣。
上述的種種因素制約了各種類型的耐蝕鋼軌的規(guī)模化、產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。
本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是用冷鍍方法在鋼軌表面形成耐腐蝕涂層，包括如下步驟①鋼軌表面化學(xué)處理，將鋼軌置于處理液內(nèi)進(jìn)行除油、除銹處理，并在鋼軌表面形成一層化學(xué)處理膜，所述處理液含有如下成份磷酸35～105g/l，磷酸二氫鋅15～75g/l，植酸10～45g/l，酒石酸1.5～15g/l，硫脲0.5～8g/l，促進(jìn)劑0.5～5g/l，鉬酸鹽2～25g/l；②鋼軌表面干燥，用熱風(fēng)或感應(yīng)加熱干燥鋼軌表面，干燥溫度≤50℃；③鋼軌耐腐蝕涂層的噴涂，采用有氣噴涂或無(wú)氣噴涂法或靜電噴涂法，在鋼軌表面噴涂富鋅涂料或富鋁涂料或富鋅鋁涂料，形成厚度為25微米到75微米的富鋅涂層或富鋁涂層或富鋅鋁涂層。
上述步驟①鋼軌表面化學(xué)處理液中的促進(jìn)劑為羥胺磺酸與高氯酸鹽按重量3∶2合成的氧化性促進(jìn)劑。
上述步驟③鋼軌耐腐蝕涂層噴涂中，每公斤富鋅涂料或富鋁涂料或富鋅鋁涂料中加入有250～300g植酸鹽。
本發(fā)明的有益效果是，所采用的化學(xué)處理液能有效地除去鋼軌表面的油污和銹蝕層，鋼軌不會(huì)產(chǎn)生裂紋，同時(shí)還能在鋼軌表面上形成化學(xué)處理膜層，提高耐腐蝕涂層的附著性。鋼軌表面的腐蝕涂層附著牢固，在鋼軌破壞性壽命試驗(yàn)的落錘試驗(yàn)中，1t的重錘從相對(duì)高度9m下落所產(chǎn)生的沖擊負(fù)荷作用在涂層上，涂層未破裂；在加載載荷7.2t到36t的三點(diǎn)動(dòng)載荷作用下，加載到200萬(wàn)次，涂層未出現(xiàn)破裂，附著力達(dá)到≥9Mpa。冷鍍涂層能適應(yīng)各種較惡劣環(huán)境耐5％濃度的鹽霧加速腐蝕性能優(yōu)異；攝氏零下30度條件下，冷鍍層未出現(xiàn)任何破裂、老化現(xiàn)象；在攝氏49度、濕度≥95％R.H的高溫、高濕環(huán)境的條件下，試驗(yàn)2600小時(shí)冷鍍層未出現(xiàn)任何銹跡。
本發(fā)明的工藝方法用冷鍍方法在鋼軌表面形成耐腐蝕涂層，包括如下步驟①鋼軌表面化學(xué)處理將鋼軌置于處理液內(nèi)進(jìn)行除油、除銹處理，并在鋼軌表面形成一層化學(xué)處理膜，所述處理液含有如下成份磷酸35～105g/l，磷酸二氫鋅15～75g/l，植酸10～45g/l，酒石酸1.5～15g/l，硫脲0.5～8g/l，促進(jìn)劑0.5～5g/l，鉬酸鹽2～25g/l。
該化學(xué)處理液除油是利用其表面活性劑的親油基團(tuán)吸附在油污表面，并穿透油污，油污被潤(rùn)濕、膨脹，使油污與鐵基體間的結(jié)合被松開(kāi)。表面活性劑的親水基團(tuán)朝向化學(xué)處理液的水中，特別是在振蕩等外部條件作用下，將松開(kāi)的油污卷到水中，產(chǎn)生乳化、分散、懸浮現(xiàn)象，達(dá)到清洗油污的效果。
該化學(xué)處理液的除銹是磷酸將鐵銹轉(zhuǎn)變成可溶性的鐵鹽，再在磷酸及磷酸鹽的作用下，鐵基體表面生成一層致密的磷酸鹽保護(hù)膜，即磷化膜。
促進(jìn)劑為羥胺磺酸與高氯酸鹽合成的氧化性促進(jìn)劑，先將磺酸與羥胺在加入催化劑的條件下合成羥胺磺酸，再在常溫或加熱條件下，將羥胺磺酸與高氯酸鹽按重量3∶2的比例合成。
促進(jìn)劑是成膜助劑，其有兩方面的主要作用，一是使生成的磷化膜均勻、細(xì)致，改善磷化膜的耐磨性、延展性及防銹性；化學(xué)反應(yīng)溫度提高雖，加速了磷化膜的成膜，但溫度高會(huì)產(chǎn)生酸霧而污染環(huán)境，促進(jìn)劑的第二個(gè)主要作用正是在化學(xué)處理溫度較低的情況下，也能使磷化膜盡快形成。
在鋼軌表面的化學(xué)處理過(guò)程中，游離酸度控制在3～20點(diǎn)，總酸度控制在25～50點(diǎn)，促進(jìn)劑控制在3～15點(diǎn)，處理液溫度為5～45℃，化學(xué)處理時(shí)間為3～30min。
在鋼軌表面的化學(xué)處理過(guò)程中，一根或數(shù)根(最好是≥5根)成型鋼軌以倒置方式(軌底朝上)，由翻鋼裝置傳輸?shù)交瘜W(xué)處理裝置內(nèi)進(jìn)行表面化學(xué)處理。
鋼軌表面化學(xué)處理在有超聲波振蕩的條件下，處理溫度5～40℃，處理時(shí)間3～20分鐘，最好是處理溫度加熱到20～35℃，處理時(shí)間3～8分鐘；化學(xué)處理在無(wú)超聲波條件下，處理溫度10～45℃，處理時(shí)間6～20分鐘，最好是處理溫度加熱到30～40℃，處理時(shí)間10～30分鐘。
②鋼軌表面干燥經(jīng)化學(xué)處理的一根或數(shù)根鋼軌，再在水漂洗槽中水洗或不經(jīng)水洗，用熱風(fēng)或感應(yīng)加熱干燥鋼軌表面，干燥溫度≤50℃。
③鋼軌耐腐蝕涂層的噴涂鋼軌仍以倒置的方式進(jìn)入噴涂室內(nèi)，采用有氣噴涂或無(wú)氣噴涂法或靜電噴涂法，在鋼軌表面噴涂富鋅涂料或富鋁涂料或鋅鋁涂料，形成厚度為25微米到75微米的富鋅涂層或富鋁涂層或富鋅鋁涂層，即冷鍍層。
每公斤富鋅涂料或富鋁涂料或富鋅鋁涂料中加入有250～300g植酸鹽，如植酸鈉。植酸鹽是一種驕螯合劑，利用其結(jié)構(gòu)和特性，一方面與金屬形成絡(luò)合物，一方面使涂層形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，鋅粉間結(jié)合牢固，使涂層能適應(yīng)化學(xué)處理，提高涂層的附著性。
本發(fā)明所采用的富鋅或富鋁或富鋅鋁涂料，包括無(wú)機(jī)類磷酸鹽富鋅或富鋅鋁涂料，如成都天合公司GZH202、GZH203、GZH204牌號(hào)、揚(yáng)州金陵公司的ET-98牌號(hào)的涂料等；無(wú)機(jī)類硅酸鹽富鋅或富鋁或富鋅鋁涂料，如武漢鐵華公司的Lw-1牌號(hào)、武漢陽(yáng)泰公司Yt-100牌號(hào)的涂料等；有機(jī)類富鋅或富鋁或富鋅鋁涂料，如立邦公司的HI-PON20牌號(hào)的涂料等。
根據(jù)不同的需要，可在已有涂層上用噴涂或刷涂或輥涂的方法涂裝與富鋅涂層或富鋁涂層或富鋅鋁涂層相適應(yīng)的任意面漆，面漆選用耐老化性能或耐磨性能良好的面漆，如立邦公司的HI-RUBBERE等。
也可以不涂裝面漆。
最后將完成處理的鋼軌吊裝、堆垛、入庫(kù)。
實(shí)施例1將鋼軌例置傳送到化學(xué)處理槽中，化學(xué)處理液溫度為35℃，在超聲波振蕩條件下，浸泡3分鐘后，去除鋼軌表面的油跡、銹跡、磷化，處理的鋼軌同時(shí)傳送到平臺(tái)上靜置6分鐘。
化學(xué)處理液含有磷酸105g/l，磷酸二氫鋅75g/l，植酸45g/l，酒石酸15g/l，硫脲7g/l，促進(jìn)劑0.8g/l，鉬酸鹽24g/l。
接著將鋼軌仍以倒置形式傳送到噴涂室，在富鋅涂料中加入250g植酸鈉，用無(wú)氣噴涂裝置在鋼軌表面噴涂25～75微米冷鍍層。
最后吊裝、堆垛，完成排鋼入庫(kù)。
實(shí)施例2將鋼軌用本發(fā)明進(jìn)行冷鍍耐蝕處理，將鋼軌例置傳送到化學(xué)處理槽中，化學(xué)處理液溫度為20℃，在超聲波振蕩條件下，浸泡8分鐘，去除鋼軌表面的油跡、銹跡、磷化。
化學(xué)處理液含有磷酸60g/l，磷酸二氫鋅50g/l，植酸30g/l，酒石酸10g/l，硫脲8g/l，促進(jìn)劑5g/l，鉬酸鹽24g/l。
仍以倒置的方式再傳送到烘干裝置內(nèi)，用45℃的熱風(fēng)烘干。
緊接著將鋼軌傳送到噴涂室，在富鋁涂料中加入290g植酸鈉，噴涂厚度為25微米到75微米的冷鍍涂層。
最后吊裝、堆垛，完成排鋼入庫(kù)。
實(shí)施例3將鋼軌用本發(fā)明進(jìn)行冷鍍耐蝕處理，將鋼軌例置傳送到化學(xué)處理槽中，化學(xué)處理液溫度為25℃。在無(wú)超聲波振蕩條件下，浸泡5分鐘，去除鋼軌表面的油跡、銹跡、磷化。
化學(xué)處理液含有磷酸90g/l，磷酸二氫鋅70g/l，植酸35g/l，酒石酸14g/l，硫脲6g/l，促進(jìn)劑2g/l，鉬酸鹽15g/l。
仍以倒置的方式再傳送到烘干裝置內(nèi)，用45℃的熱風(fēng)烘干。緊接著將鋼軌傳送到噴涂室，在富鋅鋁涂料中加入270g植酸鈉，噴涂厚度為25微米到75微米的冷鍍涂層。最后吊裝、堆垛，完成排鋼入庫(kù)。
實(shí)施例4將鋼軌用本發(fā)明進(jìn)行冷鍍耐蝕處理，將鋼軌例置傳送到化學(xué)處理槽中，化學(xué)處理液溫度為30℃。在無(wú)超聲波振蕩條件下，浸泡30分鐘，去除鋼軌表面的油跡、銹跡、磷化，仍以倒置的方式再傳送到烘干裝置內(nèi)，用45℃的熱風(fēng)烘干。緊接著將鋼軌傳送到噴涂室，噴涂厚度為25微米到75微米的冷鍍涂層。最后吊裝、堆垛，完成排鋼入庫(kù)。
實(shí)施例5將鋼軌用本發(fā)明進(jìn)行冷鍍耐蝕處理，將鋼軌例置傳送到化學(xué)處理槽中，化學(xué)處理液溫度為45℃。在無(wú)超聲波振蕩條件下，浸泡10分鐘，去除鋼軌表面的油跡、銹跡、磷化，仍以倒置的方式再傳送到烘干裝置內(nèi)，用45℃的熱風(fēng)烘干。緊接著將鋼軌傳送到噴涂室，噴涂厚度為25微米到75微米的冷鍍涂層。最后吊裝、堆垛，完成排鋼入庫(kù)。
實(shí)施例6將鋼軌用本發(fā)明進(jìn)行冷鍍耐蝕處理，將鋼軌例置傳送到化學(xué)處理槽中，化學(xué)處理液溫度為40℃。在無(wú)超聲波振蕩條件下，浸泡15分鐘，去除鋼軌表面的油跡、銹跡、磷化，仍以倒置的方式再傳送到烘干裝置內(nèi)，用45℃的熱風(fēng)烘干。緊接著將鋼軌傳送到噴涂室，噴涂厚度為25微米到75微米的冷鍍涂層。最后吊裝、堆垛，完成排鋼入庫(kù)。
上面已結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明具體實(shí)施方式
進(jìn)行了示例性的描述，顯然本發(fā)明不限于此，在本發(fā)明范圍內(nèi)進(jìn)行的各種改進(jìn)均沒(méi)有超出本發(fā)明保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種耐腐蝕涂層鋼軌生產(chǎn)工藝，包括如下步驟①鋼軌表面化學(xué)處理，將鋼軌置于處理液內(nèi)進(jìn)行除油、除銹處理，并在鋼軌表面形成一層化學(xué)處理膜，所述處理液含有如下成份磷酸35～105g/l，磷酸二氫鋅15～75g/l，植酸10～45g/l，酒石酸1.5～15g/l，硫脲0.5～8g/l，促進(jìn)劑0.5～5g/l，鉬酸鹽2～25g/l；②鋼軌表面干燥，用熱風(fēng)或感應(yīng)加熱干燥鋼軌表面，干燥溫度≤50℃；③鋼軌耐腐蝕涂層的噴涂，采用有氣噴涂或無(wú)氣噴涂法或靜電噴涂法，在鋼軌表面噴涂富鋅涂料或富鋁涂料或鋅鋁涂料，形成厚度為25微米到75微米的富鋅涂層或富鋁涂層或富鋅鋁涂層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耐腐蝕涂層鋼軌生產(chǎn)工藝，其特征在于所述步驟①鋼軌表面化學(xué)處理液中的促進(jìn)劑為羥胺磺酸與高氯酸鹽按重量比3∶2合成的氧化性促進(jìn)劑。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述耐腐蝕涂層鋼軌生產(chǎn)工藝，其特征在于所述步驟①鋼軌表面化學(xué)處理中，游離酸度控制在3～20點(diǎn)，總酸度控制在25～50點(diǎn)，促進(jìn)劑控制在3～15點(diǎn)，處理液溫度5～45℃，化學(xué)處理時(shí)間為3～30min。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述耐腐蝕涂層鋼軌生產(chǎn)工藝，其特征在于步驟①鋼軌表面化學(xué)處理是在有超聲波振蕩的條件下進(jìn)行，處理液溫度為5～40℃，化學(xué)處理時(shí)間為3～20min。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的耐腐蝕涂層鋼軌生產(chǎn)工藝，其特征在于所述處理液溫度為20～35℃，化學(xué)處理時(shí)間為3～8min。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述耐腐蝕涂層鋼軌生產(chǎn)工藝，其特征在于步驟①鋼軌表面化學(xué)處理是在無(wú)超聲波條件下進(jìn)行，處理液溫度10～45℃，化學(xué)處理時(shí)間6～20min。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述耐腐蝕涂層鋼軌生產(chǎn)工藝，其特征在于所述處理液溫度為30～40℃，化學(xué)處理時(shí)間10～30min。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述耐腐蝕涂層鋼軌生產(chǎn)工藝，其特征在于所述步驟③鋼軌耐腐蝕涂層噴涂中，在每公斤富鋅涂料或富鋁涂料或富鋅鋁涂料中加入有250～300g植酸鹽。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述耐腐蝕涂層鋼軌生產(chǎn)工藝，其特征在于所述植酸鹽為植酸鈉。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述耐腐蝕涂層鋼軌生產(chǎn)工藝，其特征在于所述步驟③鋼軌耐腐蝕涂層噴涂的富鋅或富鋁或鋅鋁涂料可以是無(wú)機(jī)類磷酸鹽富鋅或富鋅鋁涂料、無(wú)機(jī)類硅酸鹽富鋅或富鋁或富鋅鋁涂料、有機(jī)類富鋅或富鋁或富鋅鋁涂料。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種耐腐蝕涂層鋼軌生產(chǎn)工藝，利用本方法可在鋼軌的表面冷鍍富鋅涂層或富鋁涂層或富鋅鋁涂層，使鋼軌能適應(yīng)各種較惡劣的環(huán)境。本發(fā)明通過(guò)下述技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)用冷鍍方法在鋼軌表面形成耐腐蝕涂層，包括如下步驟①將鋼軌置于處理液內(nèi)進(jìn)行除油、除銹處理，并在鋼軌表面形成一層化學(xué)處理膜，所述處理液含有如下成份磷酸35～105g/l，磷酸二氫鋅15～75g/l，植酸10～45g/l，酒石酸1.5～15g/l，硫脲0.5～8g/l，促進(jìn)劑(A)0.5～5g/l，鉬酸鹽2～25g/l；②用熱風(fēng)或感應(yīng)加熱干燥表面化學(xué)處理鋼軌，干燥溫度≤50℃；③采用有氣噴涂或無(wú)氣噴涂法或靜電噴涂法，在鋼軌表面噴涂富鋅涂料或富鋁涂料或富鋅鋁涂料，形成厚度為25微米到75微米的富鋅涂層或富鋁涂層或富鋅鋁涂層。
文檔編號(hào)C23C22/17GK1456705SQ0311793
公開(kāi)日2003年11月19日 申請(qǐng)日期2003年5月26日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月26日
發(fā)明者田冰, 周家琮, 梅東生, 陳亞平, 程興德, 鄒明, 何其平, 張愛(ài)萍, 張昆吾, 張勇剛 申請(qǐng)人:攀枝花鋼鐵有限責(zé)任公司鋼鐵研究院