CN100482860C - 工具钢件化学法着青铜色工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明工具钢件化学法着青铜色工艺涉及金属材料表面的化学着色，其操作步骤为：第一步，预处理；第二步，着色，着色液为由以下成分组成的水溶液：Me(NO3)x：15.0～24.0g/L、H3BO3：1.0～3.0g/L和KClO3：0.5～0.9g/L，其中，Me(NO3)x为Ce(NO3)3或Ho(NO3)3，将经过第一步预处理后的工具钢件放入着色液中浸没，在温度为30～40℃、溶液pH值为2.0～4.0的条件下，着色2～5分钟；第三步，后处理，得到表面着青铜色膜层的工具钢件产品。本发明工艺操作条件温和、节能，着色液成分简单、无毒、对工具钢材无腐蚀，着色液处理面积达到2.5m2/L，废液排放量小。
Description
技术领域
本发明的技术方案涉及金属材料表面的化学着色，具体地说是工具钢件化学法着青铜色工艺。
背景技术
同时具有防护性和装饰性的金属表面着彩色技术被广泛研究。在铜、铝、锌、钛等金属材料表面着彩色和不锈钢材料表面着彩色膜的研究已屡见报道，但应用广泛的工具钢产品表面着彩色的研究却发展缓慢，多为发黑、发蓝技术，其色彩单调，不能满足人们的不同需求，人们要求钢铁制品既具有较好的耐磨性和耐蚀性，又具有好的外观。
对于诸如批嘴一类的工具钢产品，由于产品价格便宜，传统的做法是经喷砂后涂上一层防锈油，这种做法可以起到防护作用，避免生锈，但色彩为单一的暗灰色，其装饰性差，最大的问题是可辨识性差，即不便于区分其结构和用途。若采用电泳、电镀、真空镀膜等技术进行着色处理，势必造成产品成本大幅度地增加。CN 1125269披露了彩色不锈钢低温化学着色工艺，采用浓硫酸加铬酐的着色溶液，此液腐蚀性强，工具钢件放进去就被严重腐蚀但不能着色；CN 1584128公开了一种不锈钢电化学着色工艺及所用的着色溶液，需要有电镀设备，废液对环境污染严重。与电镀、电泳着色等表面工艺相比，化学着色具有以下优点：
a)设备条件简单，无需外加直流电源，无需高温、高压操作。
b)不存在电力线、压力线分布不均匀的影响，对几何形状复杂的工件也能获得厚度较为均匀的膜层。
c)膜层致密，孔隙少，外观能保持着色前的光泽。
d)价格便宜。
因此，有需求开发着色液成分简单、无毒，着色工艺简便，处理成本低的化学法着色工艺，在工具钢件表面进行化学着色，用于结构类似的产品，用不同的颜色代表其用途，可辨识性强，以方便人们的使用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种着色液成分简单、无毒、对工具钢材料无腐蚀、工艺简便易行、处理成本低的工具钢件化学法着青铜色工艺。
本发明解决该技术问题所采用的技术方案是：工具钢件化学法着青铜色工艺，其操作步骤如下：
第一步，预处理
采用金属清洗剂除去工具钢件表面的油渍，并用自来水冲洗，再用蒸馏水冲洗后，放入10％硫酸溶液中活化，活化时间为0.5～1.5分钟，活化温度为常温；
第二步，着色
着色液为由以下成分组成的水溶液：
Me(NO3)x 15.0～24.0g/L、H3BO3 1.0～3.0g/L和KClO3 0.5～0.9g/L，
其中，Me(NO3)x为Ce(NO3)3或Ho(NO3)3。
将经过第一步预处理后的工具钢件放入着色液中浸没，在温度为30～40℃、溶液pH值为2.0～4.0的条件下，着色2～5分钟；
第三步，后处理
将第二步着色后的工具钢件进行水洗、烘干和封膜，即得到表面着青铜色膜层的工具钢件产品。
上述工艺第一步预处理中的金属清洗剂是公知常用的。
上述工艺所产生的废液处理：先将着色废液的pH调节为中性，加入絮凝剂沉降后抽取清液，剩余物过滤出沉淀，滤液和抽取清液及后处理废液合并，进行吸附过滤，经检测合格后排放。
本发明的有益效果：
采用本发明工具钢件化学法着青铜色工艺在工具钢件表面着青铜色彩色膜，其外观及耐腐蚀性均可与电镀或电泳成膜媲美，详细数据见下列实施例1、实施例2和实施例3。本发明工艺操作条件温和、节能，着色液成分简单、无毒、对工具钢材无腐蚀，工艺简单易行，生产成本低，着色液生产能力大，着色液处理面积达到2.5m2/L，废液排放量小。
本发明工具钢件化学法着青铜色工艺不仅可以应用于工具钢产品，亦可用于普通碳素钢制品的表面装饰。
具体实施方式
实施例1
第一步，预处理
采用金属清洗剂除去工具钢件批嘴表面的油渍，并用自来水冲洗，再用蒸馏水冲洗后，放入10％硫酸溶液中活化，活化时间为0.5分钟，活化温度为常温；
第二步，着色
按Ce(NO3)315g/L、H3BO31.5g/L和KClO3 0.5g/L配制水溶液，即为着色液，溶液的pH值为2.0，将第一步预处理后的批嘴放入温度为30℃的着色液中浸没，着色时间为5分钟；
第三步，后处理
将第二步着色后的批嘴取出后先用自来水冲洗，再用蒸馏水冲洗，放入干燥箱中60℃烘干后，用防锈油或醇酸树脂漆或其它无色透明漆封膜，得到均匀一致的青铜色膜层。
上述工艺所产生的废液处理：用石灰乳将着色废液的pH值调节为7左右，然后加入絮凝剂聚丙烯酰胺，沉降24小时后抽取清液，剩余物过滤出沉淀作为建材原料使用。滤液和抽取清液及后处理废液合并，用沸石和活性白土柱进行常温吸附过滤，除去其中的有害离子，经检测合格后排放。
经测试，本实施例着色液处理面积达到2.5m2/L。
产品性能检测：
1.膜层外观检测
方法：目测；结果：色泽均匀一致、膜层致密光亮。
2.封膜前膜层性能检测
2.1点滴实验检测
方法：参考标准GB6807-86。其点滴溶液组成为CuSO4·5H2O4 1g/L，NaCl 35g/L，0.1N盐酸13ml/L。在15～25℃下，在膜层表面滴一滴点滴溶液，观察液滴由天蓝色变为红棕色的时间；结果：变色时间>5分钟。
2.2浸泡实验检测
方法：参考标准GB9791-88。其浸泡溶液为醋酸铅溶液，浓度为50g/L，pH值在5.5～6.8之间。把上述着色处理好的批嘴浸入溶液中，观察腐蚀情况，记录露出基体的时间；结果：室温下开始露出基体的时间>13小时。
2.3膜层耐磨性实验检测
方法：参考标准WJ/Z210-86。用棉纱在膜层表面用力反复擦拭，记录表面有无明显变化时相应的擦拭次数；结果：擦拭100次膜层无明显变化，擦拭400次不露基体。
2.4室内悬挂实验检测
方法：将着色后的批嘴悬挂于室内，观察膜层颜色出现变化或出现锈蚀的时间；结果：悬挂3个月膜层没有发生明显变化。
3.封膜后膜层性能检测
3.1防腐蚀性能检测
通过盐雾实验测试：盐水桶温度35℃，饱和桶温度47℃，48小时无锈迹出现。
3.2防锈性能检测
通过高温高湿实验测试：温度35℃；湿度为95％，120小时高温高湿箱测试后表面没有锈迹产生。
以上测试结果表明，经过着色后的批嘴色泽漂亮美观，无论封膜与否，都具有较强的抗腐蚀能力。经封膜处理后的批嘴，其防腐和防锈性能均好，且膜层具有较强的耐磨性。
实施例2～3
除第二步着色工艺中的着色液组成及工艺条件为表1所列之外，其他步骤均同实施例1。
表1.着色液组成及工艺条件
产品性能检测结果见表2。
表2.检测结果
实施例4～5
除第一步预处理中的活化时间分别为1分钟、1.5分钟之外，其他步骤均同实施例1。产品性能结果同实施例1。
Claims (2)
1.工具钢件化学法着青铜色工艺，其特征在于：操作步骤如下：
第一步，预处理
采用金属清洗剂除去工具钢件表面的油渍，并用自来水冲洗，再用蒸馏水冲洗后，放入10％硫酸溶液中活化，活化时间为0.5～1.5分钟，活化温度为常温；
第二步，着色
着色液为由以下成分组成的水溶液：
Me(NO3)x 15.0～24.0g/L、H3BO3 1.0～3.0g/L和KClO3 0.5～0.9g/L，
其中，Me(NO3)x为Ce(NO3)3或Ho(NO3)3；
将经过第一步预处理后的工具钢件放入着色液中浸没，在温度为30～40℃、溶液pH值为2.0～4.0的条件下，着色2～5分钟；
第三步，后处理
将第二步着色后的工具钢件进行水洗、烘干和封膜，即得到表面着青铜色膜层的工具钢件产品。
2.根据权利要求1所述工具钢件化学法着青铜色工艺，其特征在于：第三步后处理中的烘干是在干燥箱中60℃烘干，封膜是用防锈油或醇酸树脂漆或其它无色透明漆封膜。
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