CN102580944A - 铜及铜合金表面清洗及钝化的设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于材料表面处理的技术领域，特别是一种铜及铜合金表面清洗及钝化的设备和方法。本发明对铜及铜合金的表面，采用高压水清洗、吹干、钝化、烘干的方式进行处理，使铜及铜合金的表面形成一层稳定的钝化膜。钝化膜不仅对铜及铜合金的表面起到很好的保护作用，还具有美观的功能。本发明具有污染少、成本低、易于连续化操作等优点，适合于用铜及铜合金制成的管棒材、阀门等工件的表面清洗和钝化处理。

Description

铜及铜合金表面清洗及钝化的设备和方法

技术领域

本发明属于材料表面处理的技术领域，特别是一种铜及铜合金表面清洗及钝化的设备和方法。

背景技术

铜及铜合金产品在国民经济中占有重要地位，广泛应用于电力、石油、化工、制冷和船舶等行业。由于高温、潮湿等原因，以及大气中不纯气体、沉降物及生产过程的污染，导致铜及铜合金产品在生产、贮存和使用过程中必然产生变色和腐蚀，严重影响了产品的使用，因此对铜及铜合金的表面进行清洗和钝化处理，具有重要意义。 

目前，常用的铜及铜合金的表面处理，采用酸洗工艺和含铬钝化处理工艺，由于酸洗对零件的腐蚀量较大，又产生了大量有毒气体NO₂和SO₂；而铬钝化工艺则会产生剧毒的含铬废液，严重地污染了环境。

湖南科技大学彭荣华等人在《材料保护》（38卷6期，2005年）上发表了《铜及其合金化学抛光工艺研究》论文，提出了一系列化学清洗工艺，清洗后的铜及其合金的表面光亮度较高，但是排放的废气NO₂和SO₂严重污染了空气，排出的废水中也含有大量的酸性物质，也会污染周围环境。随着国家对环境的重视，传统的方法已经不适合当前的需求。

王士磊在《电镀环保》（23卷4期，2003年）上发表了《环保型铜及铜合金化学抛光与钝化新工艺》一文，指出了以硫酸和OP为主的清洗液工艺，硫酸作用是溶解、剥离金属铜及铜合金表面形成的的氧化膜，与抛光添加剂配合使用，可起到光亮、整平作用，清洗后的铜及铜合金的表面达到镜面光亮效果。然后再进行了无铬钝化处理，钝化液为苯骈三氮唑中加入钝化促进剂形成。该工艺的主要问题是清洗过程易产生有毒气体SO₂，对人体有害，也污染大气。同时，无法抛光含铅的黄铜、高锡青铜等材料。

中国专利《黄铜线材的一种连续酸洗拉丝工艺》（专利号201010274104.3）提出了黄铜线材的一种连续酸洗拉丝工艺，其特征在于黄铜线坯从放线盘牵引出来后经过酸洗-中和-刷洗-清洗-拉丝的连续过程。将铜线的酸洗和拉丝连接在一起的连续生产方式，即流水线的一头将退完火的黄铜线料坯放上放线架后，从另一头即可拉出成较细的黄铜丝成品，加工流程减少，杜绝流转过程中擦伤、压伤，且酸洗完工后在较短的时间内即进行拉丝，保证黄铜丝表观具有较好亮泽与一致性，显著提高黄铜线成品表面质量；加工过程自动化程度高，降低了员工的劳动强度，提高生产效率；黄铜线在酸洗工序时，只需将黄铜线表面的氧化层疏松即可，因此在酸洗时不再需要添加硝酸，酸液的使用量大幅减少，降低生产成本。该工艺虽然实现了连续化生产，但是采用酸洗这种传统工艺，仍然需要对废气和废液处理，增加了生产成本，对环境污染较大，不适合当前经济发展的要求。

总的来说，现有铜及铜合金表面的清洗和钝化工艺，污染环境，为了处理废气和废液，需要较高的投资，增加了成本，而且，废气和废液不可能完全处理成对环境无污染的物质，因此，需要开发一种新的铜及铜合金表面的清洗和钝化的方法。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的易产生有毒气体、污染环境、生产成本高的缺陷，发明一种污染少、成本低、易于连续化操作的铜及铜合金表面清洗及钝化的设备和方法。

本发明的目的是按如下的方式来实现的：

所述铜及铜合金表面清洗及钝化的设备，包括：一支撑平台，支撑平台上设有运输辊道、收集水箱、吹干装置、钝化液收集箱和烘干装置，收集水箱内设有喷射水环，喷射水环与高压水产生及循环装置连接，高压水产生及循环装置内设有水加热装置，钝化液收集箱内设有环形喷头，环形喷头与钝化液循环装置连接。 

铜及铜合金表面清洗及钝化的方法，包括：

步骤一：工件的清洗

通过运输辊道，把工件以直线方式缓缓送入收集水箱内，通过水加热装置使高压水产生及循环装置内的水温度达到20-25℃；并在水中添加双氧水清洗剂，增强清洗效果；然后启动高压水产生和循环装置，使水的工作压强提高为17-19Mpa，流量为360-380L/min，高压水通过喷射水环将高压水喷向工件，喷射水环上的喷嘴至工件表面的距离为100-140mm，喷射角度20-25o，喷嘴口流通面积2-4mm²；高压水的喷射清洗，必须实施三道次，喷射后的液体通过收集水箱收集并过滤，然后再输送给高压水产生和循环装置，实现循环利用； 

步骤二：工件的吹干

清洗后的工件通过吹干装置，将清洗过程带入的水珠吹干。

步骤三：工件的钝化

吹干后的工件送入钝化液收集箱，在钝化液循环装置内设有钝化液，钝化液为BTA-OP10（BTA即笨并三氮唑；OP10即10号烷基酚与环氧乙烷的缩合物）与无水乙醇的复合剂，配方为：BTA为5-8g/L，OP10为3g/L，无水乙醇为40-60mL/L；钝化液通过环形喷头喷向工件表面，使工件表面形成一层钝化膜；钝化液收集箱收集钝化液，过滤后输送给钝化液循环装置，实现循环利用； 

步骤四：工件的烘干

钝化后的工件送入烘干装置，使钝化膜完整地附着在工件表面上，便于包装。

本发明的积极效果如下：本发明对铜及铜合金的表面，采用高压水清洗、吹干、钝化、烘干的方式进行处理，使铜及铜合金的表面形成一层稳定的钝化膜，钝化膜不仅对铜及铜合金的表面起到很好的保护作用，还具有美观的功能；本发明具有污染少、成本低、易于连续化操作等优点，适合于用铜及铜合金制成的管棒材、阀门等工件的表面清洗和钝化处理。

附图说明

图1是铜及铜合金表面清洗及钝化设备图。

图中：1、支撑平台；            2、运输辊道；

3、收集水箱；                 4、吹干装置；

5、钝化液收集箱；            6、烘干装置；

7、喷射水环；                  8、高压水产生及循环装置；

9、水加热装置；              10、环形喷头； 

11、钝化液循环装置。

具体实施方式

如图1所示，所述铜及铜合金表面清洗及钝化的设备，包括：一支撑平台1，支撑平台1上设有运输辊道2、收集水箱3、吹干装置4、钝化液收集箱5和烘干装置6，收集水箱3内设有喷射水环7，喷射水环7与高压水产生及循环装置8连接，高压水产生及循环装置8内设有水加热装置9，钝化液收集箱5内设有环形喷头10，环形喷头10与钝化液循环装置11连接。

以下结合技术方案及附图详细说明本发明的具体实施例。

实施例1

铅黄铜棒材通过运输辊道2以直线形式缓缓进入收水集箱3，运输速度为1.00m/min；通过水加热装置9使高压水产生及循环装置8内的水温度达到20-25℃，并在水中添加双氧水等清洗剂，增强清洗效果；然后启动高压水产生和循环装置8，使水的工作压强提高为19Mpa，流量为380L/min，喷射水环7将高压水喷向工件，喷射水环7上的喷嘴至材料表面的距离为140mm，喷射角度25o，喷嘴口流通面积4mm²；收集水箱3收集喷射后的液体，过滤后输送给高压水产生和循环装置8，实现循环利用；

清洗后的工件通过吹干装置4，将清洗过程带入的水珠吹干；

吹干后的工件送入钝化液收集箱5，钝化液循环装置11中的钝化液为BTA-OP10复合剂，配方为：BTA为8g/L，OP10为3g/L，无水乙醇为60mL/L；环形喷头10将钝化液喷向工件表面，使工件表面形成一层钝化膜；钝化液收集箱5收集钝化液，过滤后输送给钝化液循环装置11，实现循环利用；

钝化后的工件进入烘干装置6，使钝化膜完整地附着在工件表面上，便于包装。

实施例2

组装于一体的黄铜阀门，通过运输辊道2以直线形式缓缓进入收水集箱3，运输速度为0.50 m/min，通过水温加热装置9使高压水产生及循环装置8内的水温度达到20-25℃；并在水中添加双氧水等清洗剂，增强清洗效果；启动高压水产生和循环装置8，使水的工作压强提高为17Mpa，流量为360L/min；喷射水环7将高压水喷向工件，喷射水环7上的喷嘴至材料表面的距离为100mm，喷射角度20o，喷嘴口流通面积3mm²；收集水箱3收集喷射后的液体，过滤后输送给高压水产生和循环装置8，实现循环利用； 

清洗后的工件通过吹干装置4，将清洗过程带入的水珠吹干； 

吹干后的工件送入钝化液收集箱5，钝化液循环装置11中的钝化液为BTA-OP10复合剂，配方为：BTA为5g/L，OP10为3g/L，无水乙醇为40mL/L；环形喷头10将钝化液喷向工件表面，使工件表面形成一层钝化膜；钝化液收集箱5收集钝化液，过滤后输送给钝化液循环装置11，实现循环利用；

钝化后的工件进入烘干装置6，使钝化膜完整地附着在工件表面上，便于包装。

以上对本发明实施例所提供的设备和方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明所揭示的技术方案；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (3)

1.一种铜及铜合金表面清洗及钝化的设备，其特征在于包括：一支撑平台，支撑平台上设有运输辊道、收集水箱、吹干装置、钝化液收集箱和烘干装置，收集水箱内设有喷射水环，喷射水环与高压水产生及循环装置连接，高压水产生及循环装置内设有水加热装置，

钝化液收集箱内设有环形喷头，环形喷头与钝化液循环装置连接。

2.一种铜及铜合金表面清洗及钝化的方法，其特征在于包括：

步骤一：工件的清洗

通过运输辊道，把工件以直线方式缓缓送入收集水箱内，通过水加热装置使高压水产生及循环装置内的水温度达到20-25℃；并在水中添加双氧水等清洗剂，增强清洗效果；然后启动高压水产生和循环装置，高压水通过喷射水环对工件进行喷射清洗；喷射后的液体通过收集水箱收集并过滤，然后再输送给高压水产生和循环装置，实现循环利用； 

步骤二：工件的吹干

清洗后的工件通过吹干装置，将清洗过程带入的水珠吹干；

步骤三：工件的钝化

吹干后的工件送入钝化液收集箱，在钝化液循环装置内装入钝化液；钝化液通过环形喷头喷向工件表面，使工件表面形成一层钝化膜；钝化液收集箱收集钝化液，过滤后输送给钝化液循环装置，实现循环利用； 

步骤四：工件的烘干

钝化后的工件送入烘干装置，使钝化膜完整地附着在工件表面上，便于包装。

3.根据权利要求2所述的铜及铜合金表面清洗及钝化的方法，其特征在于：高压水的喷射清洗，必须实施三道次。

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