CN104630757A - 一种高耐摩擦与耐腐蚀的低温黑色磷化液 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高耐摩擦与耐腐蚀的低温黑色磷化液，其pH值为1.5～2.5，其质量浓度配比为：磷酸二氢锰铁盐：40～50g/L、硫酸锰：2～6g/L、硝酸镍：6～10g/L、钼酸钠：1～3g/L、偏钒酸钠：0.5～1.5g/L、氯酸钾：6～9g/L、磷酸：10～20g/L、氧化锌：4～6g/L硝酸铋：0.5～1g/L、络合剂：2～5g/L、成膜助剂：4～8g/L、pH值调整剂。本发明对钢铁工件的处理效果佳，所成膜层，颜色深黑、均匀、耐摩擦、耐腐蚀，且膜层可根据要求进行调整。尤其是在不浸渍封闭剂的情况NSS试验约2～3h锈迹；另外，本发明黑色磷化液制备简单、处理工艺对环境要求低、易操作、无毒害、污染少等，具有诸多优势。

Description

一种高耐摩擦与耐腐蚀的低温黑色磷化液

技术领域

本发明涉及金属表面处理领域，具体为一种高耐摩擦与耐腐蚀的低温黑色磷化液。

背景技术

钢铁的黑膜磷化处理就是将钢铁放在含有磷酸盐和其他药品的溶液中，在一定的工艺条件下，经与上述溶液接触、浸泡从而在钢铁的表面发生化学与电化学反应，使钢铁表面形成完整的、具有一定防腐作用的不溶性发黑膜层，该膜层即为磷化发黑膜。该膜层不仅在钢铁的防腐蚀方面起到重要作用，而且在钢铁塑性加工、减少摩擦阻力、润滑、涂装底层等方面也有着重要的作用。

目前，单纯的磷化膜颜色一般呈灰色，不适用于作为装饰性的表面，它主要用于钢铁表面油漆、喷塑等的前处理，来增加钢铁的耐蚀性和涂层的附着力。而单纯的发黑膜层牢度不够、槽液不稳定且有毒害作用。市场上，多数的黑色磷化产品是高温，不仅耗能、效率低且存在安全隐患。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于提供一种高耐摩擦与耐腐蚀的低温黑色磷化液，以解决上述背景技术中的问题，本发明采用低温磷化和发黑相结合的方法，充分发挥各自的优势，开发出一种高效、节能、减少污染、使用简便、低成本的低温黑色磷化液，钢铁工件经处理后得到具有高耐摩擦和高耐蚀性的表面膜。

本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：一种高耐摩擦与耐腐蚀的低温黑色磷化液，其pH值为1.5～2.5，其成分包括：磷酸二氢锰铁盐、硫酸锰、硝酸镍、钼酸钠、偏钒酸钠、氯酸钾、磷酸、氧化锌、硝酸铋、络合剂、成膜助剂，其质量浓度配比为：磷酸二氢锰铁盐：40～50g/L、硫酸锰：2～6g/L、硝酸镍：6～10g/L、钼酸钠：1～3g/L、偏钒酸钠：0.5～1.5g/L、氯酸钾：6～9g/L、磷酸：10～20g/L、氧化锌：4～6g/L硝酸铋：0.5～1g/L、络合剂：2～5g/L、成膜助剂：4～8g/L、PH值调整剂。

所述一种高耐摩擦与耐腐蚀的低温黑色磷化液，其制备方法有以下步骤：

(1)、取1/3L纯净水，将相应质量的磷酸二氢锰铁盐、硫酸锰、硝酸镍、偏钒酸钠、钼酸钠依次加入水中并搅拌使其完全溶解，制得A溶液备用；

(2)、取1/3L纯净水，将相应质量的磷酸、氧化锌、硝酸铋依次加入水中并搅拌使其充分溶解，制得B溶液备用；

(3)、取1/4纯净水，将相应质量的络合剂、成膜助剂依次加入水中并搅拌使其充分溶解，制得C溶液备用；

(4)、将A溶液、B溶液、C溶液混合搅拌均匀后补充余量水，再以pH调整剂调节pH值为1.5～2.5，既得本发明所述黑色磷化液。

所述PH值调整剂为：质量分数为10～30％的柠檬酸溶液、质量分数为5～15％的氢氧化钠溶液。

所述黑色磷化液使用方法为：将工件脱脂、除锈后水洗，之后放入黑色磷化液中处理，处理时间为10～15min，pH值为1.5～2.5，处理温度为30～40℃，处理完成后进行晾晒或烘干。

与现有技术相比、本发明有以下优点：

1、本发明黑色磷化处理所生成的膜层附着力高、光泽好、均匀、耐摩擦、耐腐蚀性强；废液或废渣无毒，经处理后可直接排放。

2、本发明低温黑色磷化液所生成膜层另一重要优点是可使钢铁工件获得优异的防护性能：在黑色磷化处理后无需浸渍防锈油(或防锈水)封闭，60～90天内不产生锈迹。

3、本发明提供的低温黑色磷化液，其中以无机组份为主，因为无机的氧化、还原反应进行较快，能够和工件中铁质基体迅速反应，生产相应的化合物并键合生长；于此同时，组份中的成膜助剂能与转化物、工件基体等反应键合成结构多变的复盐并相互交错形成致密的膜层，进而覆盖于铸铁表面隔绝了钢铁基体与水分、空气接触防止产生锈迹。因此，本发明的低温黑色磷化液优势在于能够生成优质黑色膜层同时，可以解决钢铁工件表面生锈的问题。

具体实施方式

为了使本发明的技术手段、创作特征、工作流程、使用方法达成目的与功效易于明白了解，下面进一步阐述本发明。

一种高耐摩擦与耐腐蚀的低温黑色磷化液，其pH值为1.5～2.5，其成分包括：磷酸二氢锰铁盐、硫酸锰、硝酸镍、钼酸钠、偏钒酸钠、氯酸钾、磷酸、氧化锌、硝酸铋、络合剂、成膜助剂，其质量浓度配比为：磷酸二氢锰铁盐：40～50g/L、硫酸锰：2～6g/L、硝酸镍：6～10g/L、钼酸钠：1～3g/L、偏钒酸钠：0.5～1.5g/L、氯酸钾：6～9g/L、磷酸：10～20g/L、氧化锌：4～6g/L硝酸铋：0.5～1g/L、络合剂：2～5g/L、成膜助剂：4～8g/L、PH值调整剂。

所述一种高耐摩擦与耐腐蚀的低温黑色磷化液，其制备方法有以下步骤：

(1)、取1/3L纯净水，将相应质量的磷酸二氢锰铁盐、硫酸锰、硝酸镍、偏钒酸钠、钼酸钠依次加入水中并搅拌使其完全溶解，制得A溶液备用；

(2)、取1/3L纯净水，将相应质量的磷酸、氧化锌、硝酸铋依次加入水中并搅拌使其充分溶解，制得B溶液备用；

(3)、取1/4纯净水，将相应质量的络合剂、成膜助剂依次加入水中并搅拌使其充分溶解，制得C溶液备用；

(4)、将A溶液、B溶液、C溶液混合搅拌均匀后补充余量水，再以pH调

整剂调节pH值为1.5～2.5，既得本发明所述黑色磷化液。

所述PH值调整剂为：质量分数为25％的柠檬酸溶液、质量分数为10％的氢氧化钠溶液。

所述黑色磷化液使用方法为：将工件脱脂、除锈后水洗，之后放入黑色磷化液中处理，处理时间为10～15min，pH值为1.5～2.5，处理温度为30～40℃，处理完成后进行晾晒或烘干。

实施例1

一种高耐摩擦与耐腐蚀的低温黑色磷化液制备：

(1)先取300ml纯净水，加入40g磷酸二氢锰铁盐、2g硫酸锰、6g硝酸镍、0.5g偏钒酸钠、1g钼酸钠依次加入水中并搅拌使其完全溶解，制得A溶液备用；

(2)取250ml纯净水，10g磷酸、4g氧化锌、0.5g硝酸铋依次加入水中并搅拌使其充分溶解，制得B溶液备用；

(3)取250ml纯净水，将2g络合剂、4g成膜助剂依次加入水中并搅拌使其充分溶解，制得C溶液备用；

(4)将A溶液、B溶液、C溶液混合搅拌均匀后补充余量水，再以pH调整剂调节pH值为2.0，既得本发明所述黑色磷化液。

所述黑色磷化液的使用方法：将铸铁件脱脂(除油)、水洗、除锈、水洗表面预处理，之后将预处理后的工件置于黑色磷化液中，处理时间为10min，pH值为2.0，处理温度为30℃，黑色磷化处理后，再水洗，自然晾干。

实施例2

一种高耐摩擦与耐腐蚀的低温黑色磷化液制备：

(1)先取300ml纯净水，加入45g磷酸二氢锰铁盐、4g硫酸锰、8g硝酸镍、1.0g偏钒酸钠、2g钼酸钠依次加入水中并搅拌使其完全溶解，制得A溶液备用；

(2)取250ml纯净水，15g磷酸、5g氧化锌、0.8g硝酸铋依次加入水中并搅拌使其充分溶解，制得B溶液备用；

(3)取250ml纯净水，将3.5g络合剂、6g成膜助剂依次加入水中并搅拌使其充分溶解，制得C溶液备用；

(4)将A溶液、B溶液、C溶液混合搅拌均匀后补充余量水，再以pH调整剂调节pH值为2.0，既得本发明所述黑色磷化液。

所述黑色磷化液的使用方法：将铸铁件脱脂(除油)、水洗、除锈、水洗表面预处理，之后将预处理后的工件置于黑色磷化液中，处理时间为10min，pH值为2.0，处理温度为30℃，黑色磷化处理后，再水洗，自然晾干。

实施例3

一种高耐摩擦与耐腐蚀的低温黑色磷化液制备：

(1)先取300ml纯净水，加入50g磷酸二氢锰铁盐、6g硫酸锰、10g硝酸镍、1.5g偏钒酸钠、3g钼酸钠依次加入水中并搅拌使其完全溶解，制得A溶液备用；

(2)取250ml纯净水，20g磷酸、6g氧化锌、1.0g硝酸铋依次加入水中并搅拌使其充分溶解，制得B溶液备用；

(3)取250ml纯净水，将5g络合剂、8g成膜助剂依次加入水中并搅拌使其充分溶解，制得C溶液备用；

(4)将A溶液、B溶液、C溶液混合搅拌均匀后补充余量水，再以pH调整剂调节pH值为2.5，既得本发明所述黑色磷化液。

所述黑色磷化液的使用方法：将铸铁件脱脂(除油)、水洗、除锈、水洗表面预处理，之后将预处理后的工件置于黑色磷化液中，处理时间为10min，pH值为2.5，处理温度为40℃，黑色磷化处理后，再水洗，自然晾干。

实施例4

一种高耐摩擦与耐腐蚀的低温黑色磷化液制备：

(1)先取300ml纯净水，加入45g磷酸二氢锰铁盐、6g硫酸锰、6g硝酸镍、1.5g偏钒酸钠、2g钼酸钠依次加入水中并搅拌使其完全溶解，制得A溶液备用；

(2)取250ml纯净水，15g磷酸、4g氧化锌、0.5g硝酸铋依次加入水中并搅拌使其充分溶解，制得B溶液备用；

(3)取250ml纯挣水，将3g络合剂、8g成膜助剂依次加入水中并搅拌使其充分溶解，制得C溶液备用；

(4)将A溶液、B溶液、C溶液混合搅拌均匀后补充余量水，再以pH调整剂调节pH值为2.5，既得本发明所述黑色磷化液。

所述黑色磷化液的使用方法：将铸铁件脱脂(除油)、水洗、除锈、水洗表面预处理，之后将预处理后的工件置于黑色磷化液中，处理时间为15min，pH值为2.5，处理温度为40℃，黑色磷化处理后，再水洗，自然晾干。

由于没有专门的黑色磷化液评价和检测方法的行业标准或国家标准，因此以常用化学膜层检测标准进行测试。

(一)利用本发明实施例1～4黑色磷化工艺进行相关实验，处理试样为冷轧钢铁件，所成膜层测试方法及结果如下：

1、成膜外观：观察所成膜层外观：颜色、膜厚；

2、黑色磷化裸膜耐中性盐雾性：参照GB/T10125-2012人造气氛腐蚀试验盐雾试验，以盐雾试验机CZ-200A在中性盐雾条件下试验进行，记录黑色磷化后的冷轧钢铁工件表面出现锈迹的时间。

3、膜层耐摩性：参照GB5932-1986轻工产品金属镀层和化学处理层的耐磨试验方法，以LJ-810耐摩擦试验机一橡皮摩擦实验进行，记录露出基体时的摩擦次数。

4、膜层耐腐蚀实验：参照GBT5936-1986轻工产品黑色金属化学保护层的测试方法浸渍点滴法，以3％硫酸铜点滴于膜层上，观察表明变化的时间(以秒计时)

(二)结果及分析

不同黑色磷化液及处理工艺所成膜性能检测结果如下表：

由上表可见，本发明的黑色磷化液对钢铁工件的处理效果佳，所成膜层，颜色深黑、均匀、耐摩擦、耐腐蚀，且膜层可根据要求进行调整。尤其是在不浸渍封闭剂(防锈油或防锈水)的情况NSS试验约2～3h锈迹。本发明黑色磷化液制备简单、处理工艺对环境要求低、易操作、无毒害、污染少等，具有诸多优势。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明的要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.一种高耐摩擦与耐腐蚀的低温黑色磷化液，其pH值为1.5～2.5，其成分包括：磷酸二氢锰铁盐、硫酸锰、硝酸镍、钼酸钠、偏钒酸钠、氯酸钾、磷酸、氧化锌、硝酸铋、络合剂、成膜助剂，其特征在于：其质量浓度配比为：磷酸二氢锰铁盐：40～50g/L、硫酸锰：2～6g/L、硝酸镍：6～10g/L、钼酸钠：1～3g/L、，偏钒酸钠：0.5～1.5g/L、氯酸钾：6～9g/L、磷酸：10～20g/L、氧化锌：4～6g/L硝酸铋：0.5～1g/L、络合剂：2～5g/L、成膜助剂：4～8g/L、PH值调整剂。

2.根据权利要求1所述的一种高耐摩擦与耐腐蚀的低温黑色磷化液，其特征在于：所述一种高耐摩擦与耐腐蚀的低温黑色磷化液，其制备方法有以下步骤：

(1)、取1/3L纯净水，将相应质量的磷酸二氢锰铁盐、硫酸锰、硝酸镍、偏钒酸钠、铝酸钠依次加入水中并搅拌使其完全溶解，制得A溶液备用；

(2)、取1/3L纯净水，将相应质量的磷酸、氧化锌、硝酸铋依次加入水中并搅拌使其充分溶解，制得B溶液备用；

(3)、取1/4纯净水，将相应质量的络合剂、成膜助剂依次加入水中并搅拌使其充分溶解，制得C溶液备用；

(4)、将A溶液、B溶液、C溶液混合搅拌均匀后补充余量水，再以pH调整剂调节pH值为1.5～2.5，既得本发明所述黑色磷化液。

3.根据权利要求1所述的一种高耐摩擦与耐腐蚀的低温黑色磷化液，其特征在于：所述PH值调整剂为：质量分数为10～30％的柠檬酸溶液、质量分数为5～15％的氢氧化钠溶液。

4.根据权利要求1所述的一种高耐摩擦与耐腐蚀的低温黑色磷化液，其特征在于：所述黑色磷化液使用方法为：将工件脱脂、除锈后水洗，之后放入黑色磷化液中处理，处理时间为10～15min，pH值为1.5～2.5，处理温度为30～40℃，处理完成后进行晾晒或烘干。

5.根据权利要求1所述的一种高耐摩擦与耐腐蚀的低温黑色磷化液，其特征在于：所述黑色磷化液制备方法为：

(1)先取300ml纯净水，加入40g磷酸二氢锰铁盐、2g硫酸锰、6g硝酸镍、0.5g偏钒酸钠、1g钼酸钠依次加入水中并搅拌使其完全溶解，制得A溶液备用；

(2)取250ml纯净水，10g磷酸、4g氧化锌、0.5g硝酸铋依次加入水中并搅拌使其充分溶解，制得B溶液备用；

(3)取250ml纯净水，将2g络合剂、4g成膜助剂依次加入水中并搅拌使其充分溶解，制得C溶液备用；

(4)将A溶液、B溶液、C溶液混合搅拌均匀后补充余量水，再以pH调整剂调节pH值为2.0，既得本发明所述黑色磷化液。