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

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张依娜
付亚波
张海鹏
董小阳
史宇峰
蔚桑桑
郗文
侯攀峰
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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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