CN101838787A - 易降解的熔融金属抗氧化还原剂 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种易降解的熔融金属抗氧化还原剂，组份包括吐温-80、苹果酸、柠檬酸和水。本发明具有易降解、具水溶性、环保性能好、不含卤素的优点。本发明还具有方便使用、易于操作、能同时起到防氧化和主动还原作用、辅助提升熔融金属结合能力、成本低廉、性价比高、效果显著、持续有效、清洁简便和优化工艺的优点。

Description

易降解的熔融金属抗氧化还原剂

技术领域

本发明一种金属抗氧化还原剂，尤其是指一种环保性能好、不含卤素的易降解的熔融金属抗氧化还原剂。

背景技术

工业生产中，常会涉及到熔融一种金属或合金，使其与另一种金属结合或附着的工艺。由于多数金属与氧接触均会氧化，如在静态锡炉或动态波峰炉中产生的锡渣(SnO和SnO₂)即是一种工业中金属氧化最常见的例子。在高温环境下，尤其是在融化状态下，金属(或合金)氧化的状况会更加剧烈，很快会形成一层氧化物，且越聚越多。而在熔融金属与其他金属附着结合的工艺过程中，熔融金属须不停的流动循环，这一方面会加剧氧化速度，另一方面意味着表层的氧化物和少量的氧气会被带到液面以下，即液体内部。那么氧化在内部同样会发生。这样氧化物将夹带良好的金属浮上液面，形成浮渣。由于浮渣不停的产生，浮出，造成浮渣累积越来越多，层层相叠，越来越厚，几小时后影响液面流动，甚至产生外溢，污染又危险。所产生的浮渣不能正常参与融合的生产过程，只能不断地打捞出来，另行处理。因打捞出浮渣后，液面高度不够，甚至生产用量不够，只能不停地添加补充新的金属原料。

为此，为尽量避免熔融金属氧化，需对熔融金属进行抗氧化处理，目前，现有抗氧化处理工艺主要有还原剂还原法、还原机处理法、充氮隔离保护法等。其中增加还原剂进行还原抗氧化的方法采用较为广泛，常用的还原剂有还原粉、还原金属及粘稠胶状还原物质等。

其中，采用还原粉进行还原的工作方式为：在熔融金属液体表面，播撒粉状物质，其不足或局限性表现如下：

A：使用形态非常不便，因为其为粉状物质，添加于高温熔融金属表面非常不易操作，对于表面面积较大的液面来讲，要想播撒均匀又要注意不要被高温烫到，须十分小心，所以使用极其不便。

B：容易飞散，从而造成浪费和污染，因为是干性粉状物质，而熔融金属液面上面一般均有通风装置，如播撒不当将产生飞散，造成浪费和污染。

C：烟雾较大，还原粉一般为酸，碱，盐类物质，与熔融金属液面接触后会与其他助剂反应，受热后烟雾较大，原有通风装置不足以将风排掉。

D：危害性较大，如以上提及，因其为酸，碱，盐类物质，对人体，设备，环境都有一定的危害，计算其作用后还原物的节约，经济价值不高。而采用还原颗粒(金属)的作业原理为：在与熔融金属相同或相溶的金属中，加入高纯度活性物质(如还原粉)，冷却成型，制成金属颗粒(或金属段)，使用时添加与熔融金属液体。其不足之处有以下几点：

A：昂贵，从其制备形态即可知，因经过了金属熔解，加入活性物，成型等工序，材料费用和加工费用都很高。

B：使用方式不够优化，使用时，按比例投入熔融金属液体中，让金属颗粒熔化，析出还原物质，再起还原和防氧化作用。因熔化需要一个时间，活性物析出后溶于金属液体，要迅速扩散均匀，也非易事。

C：合金含量比例会发生变化，因金属颗粒合金比例与工作合金不一定完全一致，长期投放，会改变工作合金含量比例，有时这种改变会带来严重的质量后果。

D：有一定的副作用，因用量要求精确，不易控制，因生产线并非特别均衡，有些颗粒使用过量，除了可能造成浪费，还会使工作熔融合金张力变大，反而结合与附着质量下降。

采用粘稠胶状还原物质的方法为国外一些公司推出。其工作原理为，在粘稠状液体中加入活性物质，使用时倒入熔融金属液面，经充分搅拌，扩散于液体表面，形成保护膜，并持续发生还原作用。其局限性在于以下几点：

A：扩散不够迅速，须费力搅拌。

B：油性物质粘度过大，常会附着于工件，造成产品污染，难于清洗。

C：其粘性残留与熔融金属混合物，在熔融金属流动循环中，附着于设备部件，导致设备循环通道堵塞、不畅，给设备维护造成不便。

D：沉淀物，粘于设备部件，类似于树脂型坚硬物质，清理非常困难。设备保养清理非常不便，从长期看，一定会损伤设备。

E：不易降解、含磷等对环境污染性强的无机酸，不具环保性，其中含有的卤素，会附着于工件，造成产品易吸潮氧化。

发明内容

针对以上提出的问题，本发明目的在于提供一种易降解、环保性能好、不含卤素能经济方便地还原熔融金属氧化浮渣的易降解的熔融金属抗氧化还原剂。

本发明通过以下技术措施实现的，一种易降解的熔融金属抗氧化还原剂，其组份包括吐温-80、苹果酸、柠檬酸和水。

上述苹果酸优选D苹果酸、L苹果酸或DL苹果酸；特别优选混合的DL苹果酸。

上述水优选杂质含量少的去离子水或蒸馏水。

以上各组份的重量份额为：吐温-80 70～130份、苹果酸2～10份、柠檬酸1～6份和水5～20份。

以上各组份的重量份额优选：吐温-80  82份、苹果酸5份、柠檬酸3份和水10份。

在以上各组份中还可添加适量的香精。

本发明还公开了制备易降解的熔融金属抗氧化还原剂的方法，包括以下步骤：

(1)将水加热至60～100℃，缓缓加入吐温-80，搅拌3～5分钟；

(2)待上一步骤的产物冷却至30～50℃将苹果酸和柠檬酸边搅拌边缓慢加入冷却后的产物中，而后搅拌10～15分钟后，按要求包装成成品。

本发明的有益效果有：

A：易降解、具水溶性、环保性能好、不含卤素

本发明公开了一种主要由吐温-80、苹果酸、柠檬酸和水复合而成的易降解的熔融金属抗氧化还原剂，其中的吐温-80是一种易降解的耐酸碱性的水溶性非离子表面活性剂，该物质的化学稳定性高，即使在高温下也不易被强酸、强碱破坏；苹果酸是一种抗氧化能力强、还原性好的水溶性有机酸；柠檬酸能大大提高苹果酸的氧化性，它同时还是一种水溶性非离子表面活性剂和络合剂；加入杂质含量少的水后，使各种物质有机地结合在一起，产生对熔融金属抗氧化和还原剂的作用，其中的各组份不含磷等对环境污染性强的无机酸且易降解，因此在排放时不会对环境污染；不含卤素，从而不会造成附着工件吸潮氧化的现象。

B：方便使用，易于操作

本发明为水溶性液体，使用时倒于熔融金属液面即可，而且本发明采用张力扩散技术而加有表面活性物质，在两种液体接触时，会产生亲/疏双向分子键，减小熔融金属表面张力，同时推动抗氧化还原液体自动快速扩散，而其他现有产品则须外加机械力(搅拌)等才能铺满整个液面；所以采用本发明抗氧化还原剂只要在几个点加入即可，产品会迅速“智能”地向未覆盖区域扩散和流动，3～5秒后抗氧化还原剂即会铺满整个液面；同时，因产品为浮于熔融液体表面持续起作用，所以加入的量不要求非常精确，这样也便于作业。

C：能同时起到防氧化和主动还原作用

现有各种还原方法通常只能起到一种作用，如充氮隔离保护法只能起防止氧化作用；金属颗粒/还原粉等只能起到还原功能，而防止氧化功能没有。

而本发明为液态，轻于熔融金属液体，可铺满整个流动液面从而隔绝空气(氧气)，有效防止氧化。同时，本发明中含有活性物质和有机酸，可分散金属浮渣的内部引力，主动打散结构，还原有用金属回到容器中。

D：辅助提升结合能力

使用本发明的抗氧化还原剂，一方面减少了金属浮渣，熔融金属液体流动性更顺畅；另一方面，本发明中含有的活性物质(表面活性剂)可降低液面表面张力，增加熔融金属的流动性、扩散性，从而促进熔融金属的结合或附着质量，从而使本工序所要达到的结合或附着水平大大提高，这是本发明的一大特色。这也是现有的其他几种还原剂或方法所不具备或效能达不到的。

E：成本低廉，性价比高

因本发明采用了新型价廉活性成分，而且还原效率非常高，约在95％左右，所以单位还原金属成本大大低与其他方法。经测算，可节约金属为该工段使用总量的50％，经济效益非常可观，性价比很高。

F：效果显著，持续有效

本发明采用新工艺加工而成，将其倾倒于熔融金属液面即可，原已产生的氧化物，会在本发明加入后扩散的同时还原消失，对后续产生的氧化物随时分解还原，效果可以立竿见影，并在4～5个小时持续有效。

G：清洁简便，优化工艺

本发明为水溶性液体，添加方便，不会飞散，同时其密度远轻于熔融金属，而会在熔融金属表面形成一个保护膜，起有效成分持续有效，不须反复添加。

同时，因氧化物被不断还原，故每天所产生的残余浮渣非常少，原来每天须清理两次，现只须每天稍事清理，两到三天(正常班)大清一次即可。而且所产生的灰渣为干爽性松散物质，残渣松散易碎，粘附在设备上的残渣只需轻轻铲除即可，或使用本公司专用清洗剂浸泡5～15分钟后清除即可。渣少，清洁次数少，自然保持了环境清洁，同时优化了操作和清洁工艺。

H：应用广泛

完全可替代目前所用的各种还原剂，以及还原机方法、充氮隔离保护法等，用于各种熔融一种金属或合金来与另一种金属结合或附着的工艺过程中，例如，可用于手工浸焊、波峰焊(有铅或无铅)等焊接工艺。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例1：

吐温-80         82份

DL苹果酸        5份

柠檬酸          3份

去离子水        10份

香精            0.01份

制法：

(1)将10份去离子水加热至60～100℃，缓缓加入82份吐温-80，搅拌3～5分钟；

(2)待上一步骤的产物冷却至30～50℃将5份DL苹果酸和3份柠檬酸边搅拌边缓慢加入冷却后的产物中，搅拌10～15分钟后，按要求包装成成品。

实施例2：

吐温-80         70份

苹果酸          2份

柠檬酸          1份

去离子水        6份

香精            0.005份

制法同实施例1。

实施例3：

吐温-80        120份

苹果酸         10份

柠檬酸         6份

去离子水       20份

香精           0.005份

制法同实施例1。

本发明的物理形态为水溶性液体，有别于现有还原剂，这种水溶性液体有利于使用时操作，便于向液态的熔融金属中添加；同时也有利于在液态熔融金属表面快速流动扩散。使用时，只需将本发明的抗氧化还原剂直接倾倒于液面，即会自行迅速扩散，铺满整个液面。

本发明的抗氧化、还原作用原理如下：

1、隔断氧气，从而减少氧化量

当产品加入熔融金属表面后，其会迅速扩散，并铺满整个液面，形成一层保护膜，隔断熔融金属与氧气的接触，从而减少氧化量。

2、分散浮渣结构，还原出有用金属

当产品加入熔融金属液面后，产品会浸透于浮渣缝隙，产品中含有扩散/分散剂，起到扩散浮渣结构，减小其结构张力，使得浮渣迅速分散，从不规则故态迅速变成分散的稠状液态，有用金属即马上还原流回到液槽中，继续参与有效作业工艺。

3、减小熔融金属液面张力，提高结合附着质量

因本发明中的活性成分(表面活性剂)可以改变熔融金属液面张力，从而提高熔融金属的流动性和结合能力。

经使用及测算，本发明还原效率可达85％～95％，并可提高结合附着流动性20％以上，相应地可以节约30～50％/工段成本。

为了更加节约，达到更好的经济效果，实际使用中，本发明抗氧化还原剂可配合如下方法使用：

一、导流法

导流法的原理如下：熔融金属液体因不断地在循环流动，所以产生的氧化物很多。如果减少流动面积，将减少氧化量，从而还原剂也可少用。所以，导流法的具体做法是：制作3～5个不锈钢挡片，大约深入液面以下3～5cm，将熔融金属流动的部分限定在一个较小的区域内，使大部分液面处于静止，但液面以下又可以充分循环流动，不影响整个工序原有作业方式。

二、收集法

收集法的原理如下：熔融金属液面，只有流动或扬起的部分氧化严重，如将该部分的浮渣直接在熔融金属液面收集处理的方法，可达到事半功倍的效果。

所以，收集法的要点为：根据容纳熔融金属的容器的不同，设计筛网，形状为u型，扬起的金属液体可流入该筛网内，浮渣不能通过筛孔，可收集入在内，而熔融金属可自由从筛孔流出，而容器边沿可稍高于液面1～2CM，加入还原剂，随时还原。这样浮渣不会漂到其他地方，整个液面基本没有浮渣。

配合采用这两种辅助方法。可使还原效率/效能更高，达到更好的经济效益。

以上是对本发明易降解的熔融金属抗氧化还原剂的多种配方及制作方法进行了阐述，用于帮助理解本发明，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，任何未背离本发明原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种易降解的熔融金属抗氧化还原剂，其特征在于：组份包括吐温-80、苹果酸、柠檬酸和水。

2.根据权利要求1所述的易降解的熔融金属抗氧化还原剂，其特征在于：所述苹果酸为D苹果酸、L苹果酸或DL苹果酸。

3.根据权利要求1所述的易降解的熔融金属抗氧化还原剂，其特征在于：所述水为去离子水或蒸馏水。

4.根据权利要求1所述的易降解的熔融金属抗氧化还原剂，其特征在于各组份的重量份额为：

吐温-80            70～130份；

苹果酸             2～10份；

柠檬酸             1～6份；

水                 5～20份。

5.根据权利要求4所述的易降解的熔融金属抗氧化还原剂，其特征在于各组份的重量份额为：

吐温-80            82份；

苹果酸             5份；

柠檬酸             3份；

水                 10份。

6.根据权利要求1所述的易降解的熔融金属抗氧化还原剂，其特征在于：组份中还包括适量的香精。

7.一种制备权利要求1所述的易降解的熔融金属抗氧化还原剂的方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)将水加热至60～100℃，缓缓加入吐温-80，搅拌3～5分钟；

(2)待上一步骤的产物冷却至30～50℃将苹果酸和柠檬酸边搅拌边缓慢加入冷却后的产物中，而后搅拌10～15分钟后，按要求包装成成品。