[发明专利]多金属上的近中性pH酸洗液

说明书

本发明提出了一种用于从金属表面，包括经热处理的钢去除氧化物的近中性pH酸洗组合物。所述酸洗组合物包含a)水溶性有机或无机硝基化合物，其中中心N原子具有3+的氧化态；b)用于所述硝基化合物的极化剂，其中所述极化剂包括膦酸盐和羧酸盐中的至少一者；c)pH缓冲剂；以及d)至少一种金属络合剂。所述组合物优选地保持在介于约4.5和约7.5之间的pH下。所述近中性pH酸洗组合物可用于各种金属表面以及包括金属部分和非金属部分的复合表面上。

技术领域

本发明整体涉及一种用于从表面去除金属氧化物的组合物及其使用方法。

背景技术

在用任何种类的涂饰剂涂覆(包括例如电镀、化学镀、浸镀、油漆或转化涂覆)金属(诸如钢、镁和镁合金、铝和铝合金、锌和锌合金、铜和铜合金等)之前，从金属表面去除金属氧化物(另外称为酸洗)是必要的。

历史上，典型的pH在约0.5至3.0范围内的强酸(包括盐酸、硫酸、硝酸和磷酸)已被用作酸洗剂。盐酸和硝酸产生最佳的酸洗表面，但对周围设备和装置有腐蚀性。硫酸和磷酸不是挥发性的，但是它们的亚铁盐不像氯化亚铁和硝酸亚铁那样可溶，并且所得的酸洗表面可能有相当大瑕疵，这可能影响涂层外观。

在包括铁锈在内的所有金属氧化物中，钢上的经热处理的锈是最难以去除的。在热处理期间形成的氧化铁(包括FeO、Fe₂O₃和Fe₃O₄(磁铁矿))在酸中具有不同的溶解度并且是层状的。溶解度最大的FeO构成紧邻基底金属的第一层，并且溶解度最小的磁铁矿构成外层。通常，钢上受热影响的区域由于焊接或退火之后的冷却而破裂。酸洗酸通过以下方式起作用：透过裂缝浸润上层，并通过质子化快速溶解底层FeO。

基底金属Fe(s)被H⁺氧化，H⁺被还原成H_2(g)。因此，产生了小电解池，其中暴露的钢Fe为阳极，酸为电解质，并且上层磁铁矿Fe₃O₄为阴极。初生态H_2(g)根据以下公式将磁铁矿还原成可溶的亚铁离子：

Fe₃O₄+H_2(g)+6H⁺→3Fe⁺⁺+4H₂O (1)

磁铁矿通过氧化还原反应以比其他氧化物慢的速率溶解。它也是磁性的并且难以脱落。根据熔炉条件和周期，磁铁矿层可以是厚且紧密均匀且粘性的，这样可产生耐酸锈，该耐酸锈需要机械锈破裂，诸如珠粒喷砂或滚筒弯曲加工以在酸洗之前使锈松弛，如例如授予Leeker等人的美国专利号5,743,968和授予McKevitt等人的美国专利号5,879,465中所述，这些专利中的每一篇专利的主题均全文以引用方式并入本文。已发现，将氟化物添加到酸洗组合物中有助于使锈破裂。

如果磁铁矿层不均匀，则去除磁铁矿层可能需要更长的浸没时间。这是有问题的，因为过度酸洗可形成斑点和污点(尤其是用硫酸时)，从而损害涂层外观。在酸中长时间浸没也可在酸被截留的地方产生斑蚀，从而导致涂层下的起泡延迟或只是不可接受的外观。最后，由酸与Fe(s)之间的反应产生的H_2(g)吸附到钢表面上并渗透到钢表面中，从而产生氢脆并导致现场机械失效，尤其是用硬化钢时。相关行业规范将酸浴中的浸泡时间限制在最多10分钟，以避免酸洗步骤中在硬化钢上发生氢脆。

可使用机械除垢，但是机械除垢成本高并且不能清洁管状钢的内表面。介质喷砂和振动抛光既耗时长又成本高昂，但它们仍广泛用于去除经热处理的锈，虽然它们可能提供对管状部件和凹陷表面不充分的清洁。铸铁在强酸中酸洗是有问题的，因为铸铁中的孔可捕集酸。两性金属诸如锌和铝同样具有挑战性，因为它们具有应在涂覆之前去除的氧化物层。然而，基底金属在酸性或碱性溶液中可能被严重侵蚀。