CN107287585A

CN107287585A - 一种钢铁环保常温发蓝方法

Info

Publication number: CN107287585A
Application number: CN201610193792.8A
Authority: CN
Inventors: 穆松林; 陈友志; 李文芳
Original assignee: SHENZHEN ZHIBANG ELECTRONICS AND TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: SHENZHEN ZHIBANG ELECTRONICS AND TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2016-03-31
Filing date: 2016-03-31
Publication date: 2017-10-24

Abstract

本发明公开了一种用于钢铁常温发蓝的处理方法，该方法的处理步骤如下：（1）配制钢铁常温发蓝液，在蒸馏水中依次加入磷酸二氢钠3‑18 g/L、钼酸盐2‑20 g/L、成膜促进剂2‑12 g/L、氧化剂3‑10 g/L、稳定剂2‑15 g/L，调节酸碱度使pH=2.0‑6.0；（2）对需要发蓝的基材进行打磨、碱洗除油除垢以及酸洗活化；（3）酸洗活化后即刻清洗并进行发蓝处理，常温条件处理5‑10 min，处理后经一道自来水和两道蒸馏水水洗并吹干或烘干。经发蓝处理，可获得一层致密均匀的蓝色膜，膜层亮丽美观，结合力优异，耐温可达200℃，并具有良好的耐蚀性。本发明工艺较简单、操作简便、成本低廉，无铬环保、易于实现产业化。

Description

一种钢铁环保常温发蓝方法

技术领域

本发明属于金属材料表面处理的技术领域，具体涉及一种用于钢铁发蓝的处理液及处理方法。

背景技术

钢铁材料因其优良的综合性能，在各行各业应用广泛，是目前世界上生产和使用量最大的金属材料。但铁基材料在自然环境下容易腐蚀，例如在潮湿环境下钢铁材料腐蚀明显，若材料所处环境含有腐蚀性介质，例如有的大气环境中含有SO₂，H₂S分子，有的水体中含有Cl^-，在此情况下，钢铁材料腐蚀尤为迅速。因此在实际应用中，通常需要对钢铁材料进行表面处理。

在钢铁表面处理领域，要在钢铁表面制备转化膜，传统方法主要有两种，一是铬化处理，即采用含有六价铬的溶液进行处理，获得一层含铬的转化膜。但该方法因RoHS指令的限制，不符合环保与生态要求，难以长久使用；二是发黑处理（也称之为发蓝），在钢铁表面制备出一层蓝色至黑色的膜层，工业领域长久以来采用的是强碱系体系高温发蓝处理。此类发蓝方法的处理液含亚硝酸盐（通常是NaNO₂，为致癌物）。如专利CN201210545806.X所述的发蓝工艺，其处理液由NaNO₂、NaNO₃、NaOH、Na₂CO₃、水玻璃和水等成分组成。同时，该工艺通常处理温度较高，处理时间较长，且NaOH浓度极高，如专利CN201210100665.0所述的发蓝工艺，其处理温度为130-140℃，发蓝时间为40-60min。专利CN201510596005.X公开的发蓝处理工艺，处理液组成为：NaNO₂ 150-200g/L，NaNO₃ 50-80g/L，ZnO 40-80g/L，NaOH 600-800g/L；处理温度为120-140℃；处理时间20-30min。由此可知，此类强碱性高温发蓝工艺，在能耗和效率等方面存在明显缺陷。近年也有常温发蓝工艺的报道，文献检索总结发现此类常温发蓝工艺，其处理液均含有硫酸铜和亚硒酸钠，其中亚硒酸钠为毒性极强的剧毒化合物，给生产以及后续的废液处理带来巨大的安全隐患。基于此现状，本发明公开了一种常温快速发蓝工艺。

发明内容

针对钢铁现有发蓝技术存在的问题：高温碱性工艺能耗大、效率低，而常温酸性工艺毒性大的缺陷，研究开发了本发明所述的发蓝工艺。本发明的目的在于提供一种用于钢铁常温快速发蓝，且不含剧毒化合物的发蓝工艺。本发明采用钼酸盐体系对钢铁材料进行发蓝处理，在钢铁表面制备致密均匀的蓝色膜。本发明所述的工艺，充分考虑生产与实际应用，注意成本控制以及实际生产的可操作性，使该工艺具有在工业领域得以实际应用的潜力。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种用于钢铁发蓝的处理液，其组分为：

磷酸二氢钠 3-18 g/L

钼酸盐 2-20 g/L

成膜促进剂 2-12 g/L

氧化剂 3-10 g/L

稳定剂 2-15 g/L。

所述处理液工作pH值为 2.0-6.0。

所述钼酸盐为钼酸钠或钼酸钾中的一种或两种。

所述成膜促进剂为醋酸锂、醋酸钴或醋酸镍的一种以上。

所述氧化剂为过硫酸钠或双氧水的一种或两种。其中所述的双氧水的质量浓度为35.0 wt.%。

所述稳定剂为柠檬酸钠、醋酸钠或四硼酸钠中的一种以上。

一种用于钢铁发蓝的处理液，其优选组分为：

磷酸二氢钠 8-12 g/L

钼酸盐 6-15 g/L

成膜促进剂中醋酸锂优选浓度 3-5 g/L，醋酸钴优选浓度4-7 g/L，醋酸镍的优选浓度为4-9 g/L；

氧化剂中过硫酸钠优选浓度为5-7 g/L，双氧水优选浓度为5-9 g/L；

稳定剂中柠檬酸钠优选浓度为3-12 g/L，醋酸钠优选浓度为4-8 g/L，四硼酸钠优选浓度为 4-6 g/L；

处理液pH值优选范围为：3.0-5.0。

一种钢铁环保常温发蓝方法，包括如下步骤：

（1）配制钢铁发蓝液：将磷酸二氢钠、钼酸盐、成膜促进剂、氧化剂以及稳定剂依次加入水中，搅拌均匀，调节发蓝液pH值，得到钢铁发蓝处理液。添加过程应待前一试剂溶解完全，并将溶液搅拌均匀后，再加入后一种试剂；

（2）发蓝钢铁试片前处理，包括碱洗和酸洗，碱洗清除油垢污垢；酸洗清除钢铁表面的氧化皮，活化表面；

所述碱洗液组成为：NaOH 10.0-30.0 g/L、Na₂CO₃ 5.0-10.0 g/L、十二烷基苯磺酸钠1.0-3.0 g/L、柠檬酸钠 3.0-5.0 g/L；碱洗清洗条件为：50-60℃，超声清洗，3-5min；

所述酸洗液组成为：盐酸100-150 ml/L、硫酸10-30 ml/L、尿素2-15 g/L；酸洗条件为：室温清洗20-120 s；

酸洗后，钢铁试片经一道自来水洗，两道去离子水洗，立即浸入发蓝液中进行发蓝处理；

（3）采用如上所述的钢铁环保常温发蓝液对酸洗后并清洗的钢铁试片进行处理，将钢铁试片直接浸入发蓝液中处理5-10 min，水洗，120-150℃烘干8-10min。

本发明所获蓝色膜均匀、亮丽，可耐180-200℃高温，后续电泳漆涂层的烘烤处理对颜色无影响。膜层具有良好的耐高温性能以及耐腐蚀性。是一种具有较大应用前景的无铬化学钝化技术。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

(1) 本发明所述的发蓝工艺，其处理温度为常温，是一项节能的发蓝新工艺。

(2) 本发明所述的发蓝液，不含有对人体和环境有害的六价或三价铬，是一种安全环保的处理工艺。

(3) 由本发明所获蓝色膜，均一致密，结合力优异，外观亮丽。

(4) 本发明所述的发蓝液组成简单，操作简便，成本低廉，易于实现产业化。

(5) 由本发明所述发蓝液处理获得的蓝色膜，具有良好耐蚀性，优异的耐温性，美观而实用。

具体实施方式

为进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明作具体的说明，但本发明要求保护的范围并不局限于实施例表述的范围。

实施例1

一种用于钢铁发蓝的处理液及处理方法，包括如下步骤：

(1) 试样准备：钢板裁切成40×80×3mm的试样，并在试样一端打孔以便于悬挂。

(2) 发蓝前处理流程：将裁切好的钢片按如下流程进行处理，打磨→碱洗除垢→水洗→酸洗活化→水洗；其中打磨采用不同粒度砂纸由低到高（500#→1000#→1500#）的逐级打磨方式进行。

(3) 碱洗除垢：该步骤是为除去钢铁试片表面的油垢与污垢，其具体的处理工艺步骤为：配制碱洗液，以配制1.0L洗液为例，依次加入NaOH 15.0 g、Na₂CO₃ 6.0 g、十二烷基苯磺酸钠 1.5 g、柠檬酸钠 3.0 g；并搅拌至各试剂完全溶解，洗液为无色透明溶液；加热碱洗液至50℃，并将钢铁试片直接浸入洗液中；超声波条件下，清洗3.5min。

(4) 酸洗活化：该步骤是为了除去钢铁试片表面的氧化皮，其具体处理步骤为：配制酸洗液，以配制1.0L洗液为例，依次加入120ml盐酸溶液（浓度30 wt. %），15ml浓硫酸（98 wt. %），5.0g尿素，搅拌至完全溶解，洗液为澄清透明溶液；将除油除垢后并清洗的钢铁试片直接浸入酸洗活化液中，常温活化30 s，蒸馏水清洗后立即进行发蓝处理。

(5) 发蓝液配制：以配制1.0L发蓝液为例，在洁净的烧杯中700 ml蒸馏水，依次加入：NaH₂PO₄ 9.0g、钼酸钠7.0 g、醋酸锂 2.0g、醋酸镍4.0g，过硫酸钠6.0g，柠檬酸钠3.5g，醋酸钠4.0g，添加过程，需待前一种试剂完全溶解后再加入后一种试剂，添加完成后，以10g/L柠檬酸溶液与10g/L NaOH溶液调节溶液pH=5.2，补加蒸馏水至1000 ml，得到发蓝液。

(6) 发蓝处理：将步骤(1)-(4)处理后的钢铁试片，清洗后直接浸入步骤(5)所述的发蓝液中进行发蓝处理，发蓝处理时间6.0 min，随后经一道自来水冲洗，再经两道蒸馏水冲洗干净，120 ℃烘干9.0 min，即完成所述的发蓝处理。

实施例2

一种用于钢铁发蓝的处理液及处理方法，包括如下步骤：

(1) - (2) 同实施例1；

(3) 碱洗除垢：该步骤是为除去钢铁试片表面的油垢与污垢，其具体的处理工艺步骤为：配制碱洗液，以配制1.0L洗液为例，依次加入NaOH 20.0 g、Na₂CO₃ 5.0 g、十二烷基苯磺酸钠 1.0 g、柠檬酸钠 4.0 g；并搅拌至各试剂完全溶解，洗液为无色透明溶液；加热碱洗液至55℃，并将钢铁试片直接浸入洗液中；超声波条件下，清洗3.0min；

(4) 酸洗活化：该步骤是为了除去钢铁试片表面的氧化皮，其具体处理步骤为：配制酸洗液，以配制1.0L洗液为例，依次加入100ml盐酸溶液（浓度30 wt. %），20ml浓硫酸（98wt. %），4.0g尿素，搅拌至完全溶解，洗液为澄清透明溶液；将除油除垢后并清洗的钢铁试片直接浸入酸洗活化液中，常温活化40 s，蒸馏水清洗后立即进行发蓝处理；

(5) 发蓝液配制：以配制1.0L发蓝液为例，在洁净的烧杯中700 ml蒸馏水，依次加入：NaH₂PO₄ 12.0g、钼酸钠8.0 g、醋酸钴 3.0g、醋酸镍5.0g，过硫酸钠4.0g，双氧水3.0g，柠檬酸钠5.0 g，四硼酸钠2.0g，添加过程，需待前一种试剂完全溶解后再加入后一种试剂，添加完成后，以10 g/L柠檬酸溶液与10g/L NaOH溶液调节溶液pH=4.0，补加蒸馏水至1000 ml，得到发蓝液；

(6) 发蓝处理：将步骤(1)-(4)处理后的钢铁试片，清洗后直接浸入步骤(5)所述的发蓝液中进行发蓝处理，发蓝处理时间8.0 min，随后经一道自来水冲洗，再经两道蒸馏水冲洗干净，140 ℃烘干8 min，即完成所述的发蓝处理。

Claims

1.一种钢铁常温快速发蓝处理液，其特征在于：由磷酸二氢钠、钼酸盐、成膜促进剂、氧化剂、稳定剂以及水组成。

2.根据权利要求1所述钢铁常温快速发蓝处理液，其特征在于：所述钼酸盐为钼酸钠或钼酸钾的一种或两种；所述成膜促进剂为醋酸锂、醋酸钴或醋酸镍的至少一种；所述氧化剂为过硫酸钠或双氧水的一种或两种；所述稳定剂为柠檬酸钠、醋酸钠或四硼酸钠中的一种以上。

3.根据权利要求1所述钢铁常温快速发蓝处理液，其特征在于：所述磷酸二氢钠的质量浓度为3.0-18.0 g/L；钼酸盐的质量浓度为2.0-20.0 g/L；成膜促进剂的质量浓度为2.0 -12.0 g/L；氧化剂的质量浓度为3.0 - 10.0 g/L；稳定剂的质量浓度为2.0- 15.0 g/L；pH值为2.0-6.0。

4.根据权利要求3所述钢铁常温快速发蓝处理液，其特征在于：所述磷酸二氢钠的质量浓度为8.0-12.0 g/L；钼酸盐的质量浓度为6.0-15.0 g/L；成膜促进剂的质量浓度为3.0 -9.0 g/L；氧化剂的质量浓度为5.0 - 9.0 g/L；稳定剂的质量浓度为3.0- 12.0 g/L；pH值为3.0-5.0。

5.一种利用权利要求1~4任一项所述钢铁常温快速发蓝处理液的发蓝方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

（1）配制钢铁常温快速发蓝液：依次加入发蓝液各组分，并以10.0 wt.%的NaOH溶液和10.0 wt.%柠檬酸溶液调节发蓝液的pH值，使pH为2.0-6.0；

（2）钢铁发蓝前处理：将钢铁试片打磨后放入碱洗液中除油除垢，50-60℃条件下处理3.0 - 5.0 min；将经过碱洗处理的钢铁试片放入酸洗液中，室温处理20.0 - 120.0 s，处理完后进行清洗；

（3）钝化处理：将步骤（2）中清洗后的钢铁试片进行发蓝处理，常温处理5.0-10.0 min，取出钢铁试片，经水洗后100~120℃干燥处理8~10min，得到发蓝钢铁试片。

6.根据权利要求5所的钢铁常温快速发蓝方法，其特征在于：步骤（2）中所述碱洗液由NaOH、 Na₂CO₃、柠檬酸钠、十二烷基苯磺酸钠以及水组成。

7.其中，NaOH的质量浓度为10.0 - 30.0 g/L，Na₂CO₃ 的质量浓度为5.0 - 10.0 g/L，柠檬酸钠的质量浓度为3.0 - 5.0 g/L，十二烷基苯磺酸钠质量浓度为1.0-3.0 g/L。

8.根据权利要求5所的钢铁常温快速发蓝方法，其特征在于：步骤（2）中所述酸洗液由质量分数为33%的盐酸，质量分数为98%的硫酸，尿素以及水组成。

9.其中，盐酸的用量为100-150 ml/L、硫酸用量为10-30 ml/L、尿素为2-15 g/L。