CN107164769A - 一种金属表面防腐处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种金属表面防腐处理方法，其包括如下步骤：a）喷砂处理；b）将金属工件放置于酸性表面处理剂溶液中，底部通氮气，c）浸入去离子水中洗涤；d）洗涤后的工件放置于含锌粒的碱性表面处理剂溶液中，底部通氮气；e）浸入去离子水中洗涤；洗涤后，氮气保护下高温加热成膜；冷却；f）金属工件浸入表面保护剂中，浸泡5~15min；g）金属工件置于干燥箱内加热烘干；h）金属工件表面喷涂润滑剂保护。本发明操作条件温和、废液量小、防腐效果好。

Description

一种金属表面防腐处理方法
技术领域
本发明属于表面处理技术领域，具体涉及一种金属表面防腐处理方法。
背景技术
传统的工业都是每一种不同材质需要不同的清洗剂、清洗设备，清洗后的防护处理亦需要不同的处理剂来进行，增加了采购成本、工序间清洗及防护的时间。同时清理过程中由于工序复杂，生产的连贯性差，增加污染排放负荷；并且在其清洗后一段时间，工件需要重新清洗，其保持的时间短。
对金属件表面的污渍进行处理，最主要的是除去金属表面的锈迹和油污，现有技术大多采用的是化学清洁方法，存在废液难处理的缺陷，对锈迹的清理效果不理想。
发明内容
本发明的目的是提供一种操作条件温和、废液量小、防腐效果好的金属表面防腐处理方法。
本发明采用如下技术方案：
一种金属表面防腐处理方法，其包括如下步骤：
a)将金属工件做喷砂处理；
b)将金属工件放置于酸性表面处理剂溶液中，底部通氮气，持续15～20min；通气结束后，加入十六烷基三甲基溴化铵，继续通氮气10～20min；所述十六烷基三甲基溴化铵与酸性表面处理剂溶液的质量体积比为30～40mg∶1L；氮气气体体积流速为0.02～0.05m3/h；
c)将经步骤b)处理后的金属工件浸入去离子水中洗涤；
d)洗涤后的工件放置于含锌粒的碱性表面处理剂溶液中，底部通氮气，持续15～20min；通气结束后，加入十二烷基苯磺酸钠，继续通氮气10～20min；所述十二烷基苯磺酸钠与碱性表面处理剂溶液的质量体积比为100～200mg∶1L；氮气气体体积流速为0.02～0.05m3/h；
e)将经步骤d)处理后的金属工件浸入去离子水中洗涤；洗涤后，氮气保护下高温加热成膜；冷却；
f)将经步骤e)处理后的金属工件浸入表面保护剂中，浸泡5～15min；
g)金属工件置于干燥箱内加热烘干；
h)金属工件表面喷涂润滑剂保护。
上述方法中，所述步骤a)中，喷砂处理步骤为：将金属工件置于压入式干喷砂机中；喷砂磨料颗粒为球形和菱形，所述球形和菱形的体积比为2～4:1，喷砂材质为金刚砂，粒径为0.2～0.4mm。所述粒径对于球形来说，指球形的直径，对于菱形来说，指菱形的长对角线的长度。
上述方法中，所述步骤b)中，所述的酸性表面处理剂溶液包括如下质量百分比的组分：柠檬酸2～5％、醋酸20～25％、脂肪醇聚氧乙烯醚1～2％、双缩脲0.5～1％以及余量的水。
上述方法中，所述步骤d)中，所述的碱性表面处理剂溶液包括如下质量百分比的组分：碳酸钠10～20％、亚硫酸钠15～20％、乙二醇10～12％以及余量的水，每升碱性表面处理剂溶液中投入锌粒200～500g，所述锌粒粒径为0.5～1cm。
上述方法中，所述步骤e)中，所述高温加热采用中频感应加热，频率为3000～5000Hz，淬硬层深度2～5mm。
上述方法中，所述步骤f)中，所述表面保护剂包括如下质量百分比的组分：聚乙二醇10～20％、壳聚糖50～60％、纳米二氧化钛粉体1～1.5％以及余量的水。
上述方法中，所述步骤g)中，所述烘干温度为80～90℃。
上述方法中，所述步骤h)中，所述润滑剂为羟基硅油。
上述方法中，所述的余量水均为去离子水。
上述方法中，步骤b)和步骤的d)在长径比为5～8:1的圆柱形塔内进行，装液量为塔体积的0.4～0.6倍。
上述方法中，所述圆柱形塔顶设置有泡沫回收和消泡装置，所述消泡装置可以是机械搅拌消泡也可以是热风消泡。
本发明所述金属工件中的金属主要指黑色金属，包括指铁、锰、铬及其合金；如钢、生铁、铁合金、铸铁等。
本发明的有益效果在于：
(1)通过喷砂工艺，选择合适粒径和形状的金刚砂，不但可以将新加工的金属零件的表面毛刺去除，打磨工件表面，同时除去一部分的油和锈迹，保证后续处理操作的效果。
(2)选用合适的酸性(或碱性)表面处理剂，通气鼓泡代替搅拌，不断将新鲜的酸性(或碱性)处理剂交换到工件表面，提高处理效果，采用氮气通气可以排出氧气，可以保护工件避免在操作过程中被溶液中的氧气氧化。
(3)酸性(或碱性)表面处理剂处理结束后，向体系中加入十六烷基三甲基溴化铵(或十二烷基苯磺酸钠)，继续鼓泡时，上述表面活性剂会在塔中产生大量泡沫，反应塔中的酸性(或碱性)表面处理剂以及反应产物被泡沫吸附后并被其携带出反应塔，于塔顶富集，塔内溶液中，酸性(或碱性)表面处理剂以及反应产物含量极低，降低了对塔内液体的后续处理难度。
(4)工件采用中频感应加热，操作方便，适应各种表面，其表面形成奥氏体膜，中频加热的淬硬层深度2-5mm。
(5)工件外表涂覆表面保护剂，进一步增加防腐效果，表面保护剂含有聚乙二醇的水溶液可以溶解壳聚糖且可以将纳米二氧化钛粉体均匀的分散在体系中，壳聚糖可以在工件表面形成包覆膜，同时将纳米二氧化钛粉体固定在工件表面，在奥氏体膜的基础上进一步增加防腐效果。干燥温度在80～90℃，避免壳聚糖在高温下变性。
(6)最后在工件上涂装润滑剂羟基硅油，可以减轻工件在后续包装或运输过程中相互摩擦，避免对防腐膜造成影响。
本发明提供了金属零件的完整防腐处理方法，防腐效果好，连贯性强，操作条件温和，克服了由于多种工艺混合搭配导致的工序复杂，特别是衔接不好而造成的断档，出现金属工件在其清洗后，不能及时进行下一道工序，工件需要重新清洗等问题。
具体实施方式
为了加深对本发明的理解，下面结合实施例对本发明进行详细的描述，该实施例是示例性的，仅用于解释本发明，并不对保护范围构成限定。
实施例1
a)将金属工件做喷砂处理：将金属工件置于压入式干喷砂机中；喷砂磨料颗粒为球形和菱形，所述球形和菱形的体积比为2:1，喷砂材质为金刚砂，粒径为0.2mm。所述粒径对于球形来说，指球形的直径，对于菱形来说，指菱形的长对角线的长度；
b)将金属工件放置于酸性表面处理剂溶液中，底部通氮气，持续15min；通气结束后，加入十六烷基三甲基溴化铵，继续通氮气10min；所述十六烷基三甲基溴化铵与酸性表面处理剂溶液的质量体积比为30mg∶1L；氮气气体体积流速为0.02m3/h；所述的酸性表面处理剂溶液包括如下质量百分比的组分：柠檬酸2％、醋酸20％、脂肪醇聚氧乙烯醚1％、双缩脲0.5％以及余量的水；长径比为5:1的圆柱形塔内进行，装液量为塔体积的0.4倍；
c)将经步骤b)处理后的金属工件浸入去离子水中洗涤；
d)洗涤后的工件放置于含锌粒的碱性表面处理剂溶液中，底部通氮气，持续15min；通气结束后，加入十二烷基苯磺酸钠，继续通氮气10min；所述十二烷基苯磺酸钠与碱性表面处理剂溶液的质量体积比为100∶1L；氮气气体体积流速为0.02m3/h；所述的碱性表面处理剂溶液包括如下质量百分比的组分：碳酸钠10％、亚硫酸钠15％、乙二醇10％以及余量的水，每升碱性表面处理剂溶液中投入锌粒200g，所述锌粒粒径为0.5cm；长径比为5:1的圆柱形塔内进行，装液量为塔体积的0.4倍；
e)将经步骤d)处理后的金属工件浸入去离子水中洗涤；洗涤后，氮气保护下高温加热成膜；冷却；所述高温加热采用中频感应加热，频率为3000Hz，淬硬层深度2mm；
f)将经步骤e)处理后的金属工件浸入表面保护剂中，浸泡5min；所述表面保护剂包括如下质量百分比的组分：聚乙二醇10％、壳聚糖50％、纳米二氧化钛粉体1％以及余量的水；
g)金属工件置于干燥箱内加热烘干；所述烘干温度为80℃，时间5～10min；
h)金属工件表面喷涂润滑剂保护。
实施例2
a)将金属工件做喷砂处理：将金属工件置于压入式干喷砂机中；喷砂磨料颗粒为球形和菱形，所述球形和菱形的体积比为4:1，喷砂材质为金刚砂，粒径为0.4mm。所述粒径对于球形来说，指球形的直径，对于菱形来说，指菱形的长对角线的长度；
b)将金属工件放置于酸性表面处理剂溶液中，底部通氮气，持续20min；通气结束后，加入十六烷基三甲基溴化铵，继续通氮气20min；所述十六烷基三甲基溴化铵与酸性表面处理剂溶液的质量体积比为40mg∶1L；氮气气体体积流速为0.05m3/h；所述的酸性表面处理剂溶液包括如下质量百分比的组分：柠檬酸5％、醋酸25％、脂肪醇聚氧乙烯醚2％、双缩脲1％以及余量的水；长径比为8:1的圆柱形塔内进行，装液量为塔体积的0.6倍；
c)将经步骤b)处理后的金属工件浸入去离子水中洗涤；
d)洗涤后的工件放置于含锌粒的碱性表面处理剂溶液中，底部通氮气，持续20min；通气结束后，加入十二烷基苯磺酸钠，继续通氮气20min；所述十二烷基苯磺酸钠与碱性表面处理剂溶液的质量体积比为200mg∶1L；氮气气体体积流速为0.05m3/h；所述的碱性表面处理剂溶液包括如下质量百分比的组分：碳酸钠20％、亚硫酸钠20％、乙二醇12％以及余量的水，每升碱性表面处理剂溶液中投入锌粒500g，所述锌粒粒径为1cm；长径比为8:1的圆柱形塔内进行，装液量为塔体积的0.6倍；
e)将经步骤d)处理后的金属工件浸入去离子水中洗涤；洗涤后，氮气保护下高温加热成膜；冷却；所述高温加热采用中频感应加热，频率为5000Hz，淬硬层深度5mm；
f)将经步骤e)处理后的金属工件浸入表面保护剂中，浸泡15min；所述表面保护剂包括如下质量百分比的组分：聚乙二醇20％、壳聚糖60％、纳米二氧化钛粉体1.5％以及余量的水；
g)金属工件置于干燥箱内加热烘干；所述烘干温度为90℃；时间5～10min；
h)金属工件表面喷涂润滑剂保护。
实施例3
a)将金属工件做喷砂处理：将金属工件置于压入式干喷砂机中；喷砂磨料颗粒为球形和菱形，所述球形和菱形的体积比为3:1，喷砂材质为金刚砂，粒径为0.3mm。所述粒径对于球形来说，指球形的直径，对于菱形来说，指菱形的长对角线的长度；
b)将金属工件放置于酸性表面处理剂溶液中，底部通氮气，持续18min；通气结束后，加入十六烷基三甲基溴化铵，继续通氮气15min；所述十六烷基三甲基溴化铵与酸性表面处理剂溶液的质量体积比为35mg∶1L；氮气气体体积流速为0.03m3/h；所述的酸性表面处理剂溶液包括如下质量百分比的组分：柠檬酸4％、醋酸23％、脂肪醇聚氧乙烯醚1.5％、双缩脲0.8％以及余量的水；长径比为6:1的圆柱形塔内进行，装液量为塔体积的0.5倍；
c)将经步骤b)处理后的金属工件浸入去离子水中洗涤；
d)洗涤后的工件放置于含锌粒的碱性表面处理剂溶液中，底部通氮气，持续17min；通气结束后，加入十二烷基苯磺酸钠，继续通氮气18min；所述十二烷基苯磺酸钠与碱性表面处理剂溶液的质量体积比为150mg∶1L；氮气气体体积流速为0.03m3/h；所述的碱性表面处理剂溶液包括如下质量百分比的组分：碳酸钠15％、亚硫酸钠18％、乙二醇11％以及余量的水，每升碱性表面处理剂溶液中投入锌粒350g，所述锌粒粒径为0.7cm；长径比为6:1的圆柱形塔内进行，装液量为塔体积的0.5倍；
e)将经步骤d)处理后的金属工件浸入去离子水中洗涤；洗涤后，氮气保护下高温加热成膜；冷却；所述高温加热采用中频感应加热，频率为4000Hz，淬硬层深度3mm；
f)将经步骤e)处理后的金属工件浸入表面保护剂中，浸泡10min；所述表面保护剂包括如下质量百分比的组分：聚乙二醇15％、壳聚糖55％、纳米二氧化钛粉体12％以及余量的水；
g)金属工件置于干燥箱内加热烘干；所述烘干温度为85℃；时间5～10min；
h)金属工件表面喷涂润滑剂保护。
对比例1
同实施例3，不同之处在于不做喷砂处理。
对比例2
同实施例3，不同之处在于步骤b)和步骤d)分别采用质量分数为23％的醋酸溶液和15％的碳酸钠溶液浸泡。
对比例3
同实施例3，不同之处在于：
步骤b)中将金属工件放置于酸性表面处理剂溶液中，常规搅拌20分钟；
步骤d)中将金属工件放置于碱性表面处理剂溶液中，常规搅拌20分钟。
对比例4
同实施例3，不同之处在于省去步骤e)。
对比例5
同实施例3，不同之处在于步骤f)中所述表面保护剂包括如下质量百分比的组分：壳聚糖55％、纳米二氧化钛粉体12％以及余量的水。
效果例
利用拉深减薄加工试验对上述各例得到的金属板进行了深拉加工。对冲切成直径160mm的金属板进行拉深加工(第1次)，制作了直径100mm的杯。接着，再次将该杯拉深加工(第2次)至直径75mm，然后再拉深加工(第3次)至直径65mm，制作了作为试验用材料的罐。其中，第1次拉深加工、第2次拉深加工、第3次拉深加工的减薄(薄壁化)率分别为5％、15％、15％。
性能评价：按照如下方法对于对金属板进行深拉加工后的初期密合性、耐久密合性及耐酸密合性进行了评价。其结果如表1所示。
初期密合性：针对经过深拉加工后的试验用材料进行了初期密合性的评价。将能够制作罐、未发生膜的剥离的情况记作“○”；将能够制作罐但有部分膜发生了剥离的情况记作“△”；将发生了断裂而未能制作罐的情况记作“×”。另外，在“○”中，将完全未观察到剥离、尤其是外观优异的情况记作“◎”。
耐久密合性：针对经过深拉加工后的试验用材料，在加热加压蒸气的气体氛围中实施了蒸馏试验。蒸馏试验使用市售的灭菌装置(高压釜)，在125℃下进行了1小时。对于试验后的试验用材料，将未发生膜的剥离的情况记作“○”；将有部分膜发生了剥离的情况记作“△”；将膜在整个面上发生了剥离的情况记作“×”。另外，在“○”中，将完全未观察到剥离、尤其是外观优异的情况记作“◎”。
耐酸密合性：针对经过深拉加工后的试验用材料，对于在50℃的0.5％HF水溶液中浸渍16小时后的密合性进行了评价。将未发生膜的剥离的情况记作“○”；将有部分膜发生了剥离的情况记作“△”；将膜在整个面上发生了剥离的情况记作“×”。另外，在“○”中，将完全未观察到剥离、尤其是外观优异的情况记作“◎”。
表1性能评价表
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，但并不限于此，本领域的技术人员很容易根据上述实施例领会本发明的精神，并作出不同的引申和变化，但只要不脱离本发明的精神，都在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种金属表面防腐处理方法，其特征在于，其包括如下步骤：
a)将金属工件做喷砂处理；
b)将金属工件放置于酸性表面处理剂溶液中，底部通氮气，持续15～20min；通气结束后，加入十六烷基三甲基溴化铵，继续通氮气10～20min；所述十六烷基三甲基溴化铵与酸性表面处理剂溶液的质量体积比为30～40mg∶1L；氮气气体体积流速为0.02～0.05m3/h；
c)将经步骤b)处理后的金属工件浸入去离子水中洗涤；
d)洗涤后的工件放置于含锌粒的碱性表面处理剂溶液中，底部通氮气，持续15～20min；通气结束后，加入十二烷基苯磺酸钠，继续通氮气10～20min；所述十二烷基苯磺酸钠与碱性表面处理剂溶液的质量体积比为100～200mg∶1L；氮气气体体积流速为0.02～0.05m3/h；
e)将经步骤d)处理后的金属工件浸入去离子水中洗涤；洗涤后，氮气保护下高温加热成膜；冷却；
f)将经步骤e)处理后的金属工件浸入表面保护剂中，浸泡5～15min；
g)金属工件置于干燥箱内加热烘干；
h)金属工件表面喷涂润滑剂保护。
2.根据权利要求1所述的金属表面防腐处理方法，其特征在于，所述步骤a)中，喷砂处理步骤为：将金属工件置于压入式干喷砂机中；喷砂磨料颗粒为球形和菱形，所述球形和菱形的体积比为2～4:1，喷砂材质为金刚砂，粒径为0.2～0.4mm。
3.根据权利要求1所述的金属表面防腐处理方法，其特征在于，所述步骤b)中，所述的酸性表面处理剂溶液包括如下质量百分比的组分：柠檬酸2～5％、醋酸20～25％、脂肪醇聚氧乙烯醚1～2％、双缩脲0.5～1％以及余量的水。
4.根据权利要求1所述的金属表面防腐处理方法，其特征在于，所述步骤d)中，所述的碱性表面处理剂溶液包括如下质量百分比的组分：碳酸钠10～20％、亚硫酸钠15～20％、乙二醇10～12％以及余量的水，每升碱性表面处理剂溶液中投入锌粒200～500g，所述锌粒粒径为0.5～1cm。
5.根据权利要求1所述的金属表面防腐处理方法，其特征在于，所述步骤e)中，所述高温加热采用中频感应加热，频率为2500～5000Hz，淬硬层深度2～5mm。
6.根据权利要求1所述的金属表面防腐处理方法，其特征在于，所述步骤f)中，所述表面保护剂包括如下质量百分比的组分：聚乙二醇10～20％、壳聚糖50～60％、纳米二氧化钛粉体1～1.5％以及余量的水。
7.根据权利要求1所述的金属表面防腐处理方法，其特征在于，所述步骤g)中，所述烘干温度为80～90℃。
8.根据权利要求1所述的金属表面防腐处理方法，其特征在于，所述步骤h)中，所述润滑剂为羟基硅油。
9.根据权利要求3、4或6所述的金属表面防腐处理方法，其特征在于，所述的余量水均为去离子水。
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