CN107354451A - 一种钢铁铸件用常温发黑剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于金属表面处理技术领域,具体涉及一种钢铁铸件用常温发黑剂及其制备方法。本发明将硫酸铜和钼酸铵加入去离子水中搅拌后,再加入硫酸镍、磷酸二氢锌、络合剂、成膜助剂和、乳化剂,搅拌制得A组分,再将润湿剂、有机成膜剂、硅烷偶联和去离子水搅拌制得B组分,再将A组分与B组分混合均匀后加去离子水定容,最后用醋酸调节pH后,即可得钢铁铸件用常温发黑剂,本发明制得的常温发黑剂具有较好的发黑效果,在钢铁表面形成的发黑膜无裂纹,同时膜层均一、色泽黑亮,与基体工件结合力较好,且发黑膜耐蚀性较好,可有效延长基体工件使用寿命。

Description

一种钢铁铸件用常温发黑剂及其制备方法
技术领域
本发明属于金属表面处理技术领域,具体涉及一种钢铁铸件用常温发黑剂及其制备方法。
背景技术
钢铁的发黑处理是一种表面处理技术。钢铁的发黑处理可使钢铁工件表面生成一层保护性的氧化膜,发黑处理后的零件再进行浸油及其它填充处理,能进一步提高膜层的耐蚀性。目前,钢铁材料的常用的发黑方法有:碱性化学氧化法(又称高温碱性发黑),酸性化学氧化法(又称常温发黑)。其中,高温碱性发黑最常用的是利用NaOH-NaNO2高温氧化体系生成四氧化三铁为主要成分的氧化膜,其膜层细腻、均匀、亮黑、牢度高,同时耐腐蚀性能较好,但NaOH-NaNO2高温氧化体系必须在140℃左右的高温下进行,反应时间较长,因此耗能较高,效率低,另外,该方法碱性腐蚀雾气严重,废渣和废液中还含有亚硝酸盐(致癌物),严重危害人体的健康。近年来,这种发黑工艺在一些领域已逐渐被钢铁常温发黑技术所取代。
钢铁常温发黑技术的最大特点是钢铁发黑是在常温下进行,在5~40℃的广温范围内均可使用。而且发黑速度快,原液发黑仅需十秒钟左右,相比高温碱性发黑处理工艺大大降低了能耗,提高了生产效率,同时该技术适用于不同的金属材质。从钢铁常温发黑剂的主要成分来看,可分为常温含硒发黑配方和常温无硒发黑配方。常温无硒发黑配方是目前使用最为广泛的一种发黑方法。
常温无硒发黑配方有铜系、铜-硫系、钼系、铝-铜-硫系、锰-铜-硫系等多种系列,还有以发黑与磷化综合处理钢铁表面的黑磷化配方。但是,现有无硒常温发黑剂在发黑过程中难以控制成膜物质的沉积均匀性,且其发黑膜在干燥的过程中受到膜内微区应力差异性的影响,发黑膜易开裂,从而导致发黑膜光泽度差,结合力不佳,耐蚀性差。因此,开发一种发黑膜无裂纹,膜层均一,且发黑膜光泽度、结合力及耐蚀性较好的钢铁常温发黑剂具有重要的经济价值和社会效益。
发明内容
本发明主要解决的技术问题:针对现有常温发黑剂在发黑过程中难以控制成膜物质的沉积均匀性,且其发黑膜在干燥过程中易开裂,从而导致发黑膜光泽度差,结合力不佳,耐蚀性差的缺陷,提供了一种钢铁铸件用常温发黑剂及其制备方法。
为了解决上述技术问题,本发明所采用的技术方案是:
一种钢铁铸件用常温发黑剂,所述发黑剂由以下原料组成:
2.4~3.6g/L硫酸铜,1.0~1.5g/L钼酸铵,1.0~1.5g/L硫酸镍,10~15g/L磷酸二氢锌,1.0~1.5g/L络合剂,2.8~4.2g/L成膜助剂,0.2~0.3g/L乳化剂,0.2~0.3g/L润湿剂,0.6~0.9g/L有机成膜剂,0.01~0.05g/L硅烷偶联剂,余量为去离子水。
所述络合剂为酒石酸钾钠、抗坏血酸、乙二胺四乙酸二钠、柠檬酸、磺基水杨酸、草酸中的一种或多种。
所述成膜助剂为硫代硫酸钠、氯酸钾中的一种。
所述乳化剂为OP-10、烷基糖苷中的一种。
所述润湿剂为聚乙二醇400、聚乙二醇2000、聚乙二醇6000、聚乙二醇12000中的一种。
所述有机成膜剂为氟碳树脂、环氧丙烯酸酯树脂中的一种。
所述硅烷偶联剂为KH-792、A-1120、YDH-792中的一种。
一种钢铁铸件用常温发黑剂的制备方法,具体步骤为:
S1.取硫酸铜和钼酸铵,加入去离子水中混合均匀,再加入硫酸镍、磷酸二氢锌、络合剂、成膜助剂和乳化剂,搅拌20~30min,得A组分;
S2.取润湿剂、有机成膜剂和硅烷偶联剂,加入去离子水中混合均匀,得B组分;
S3.将A组分与B组分混合均匀后加去离子水定容至1L,再用醋酸调节pH为2.0~3.0,得钢铁铸件用常温发黑剂。
本发明的有益效果是:
(1)本发明通过成膜助剂加速钼酸盐在活性铜离子上发生还原反应释放出活性氧,并吸附在铜离子上,同时自身被还原成黑色化合物,并与活性铜和活性氧反应生成的黑色氧化铜膜复合,再经硫酸镍与磷酸二氢锌二次成膜覆盖和有机成膜剂的三次成膜覆盖,形成致密的立体空间网络结构覆盖于工件表面,形成良好结合力和致密性的保护膜;
(2)本发明通过乳化剂与络合剂的协同作用,提高了溶液的稳定性和膜层的均匀性,使得发黑剂在使用过程中形成的发黑膜无裂纹,同时膜层均一、色泽黑亮,结合力和耐蚀性优良。
具体实施方式
首先取2.4~3.6g硫酸铜和1.0~1.5g钼酸铵,加入200~300mL去离子水中,以300~400r/min搅拌10~20min,再加入1.0~1.5g硫酸镍,10~15g磷酸二氢锌,1.0~1.5g络合剂,2.8~4.2g成膜助剂和0.2~0.3g乳化剂,继续搅拌20~30min,得A组分,取0.2~0.3g润湿剂,0.6~0.9g有机成膜剂,0.01~0.05g硅烷偶联剂,加入200~300mL去离子水中,以300~400r/min搅拌20~30min,得B组分,最后将A组分与B组分混合均匀后加去离子水定容至1L,再用醋酸调节pH为2.0~3.0,得钢铁铸件用常温发黑剂。所述络合剂为酒石酸钾钠、抗坏血酸、乙二胺四乙酸二钠、柠檬酸、磺基水杨酸、草酸中的一种或多种。所述成膜助剂为硫代硫酸钠、氯酸钾中的一种。所述乳化剂为OP-10、烷基糖苷中的一种。所述润湿剂为聚乙二醇400、聚乙二醇2000、聚乙二醇6000、聚乙二醇12000中的一种。所述有机成膜剂为氟碳树脂、环氧丙烯酸酯树脂中的一种。所述硅烷偶联剂为KH-792、A-1120、YDH-792中的一种。
实例1
首先取2.4g硫酸铜和1.0g钼酸铵,加入200mL去离子水中,以300r/min搅拌10min,再加入1.0g硫酸镍,10g磷酸二氢锌,1.0g酒石酸钾钠,2.8g硫代硫酸钠和0.2g乳化剂OP-10,继续搅拌20min,得A组分,取0.2g聚乙二醇400,0.6g氟碳树脂,0.01g硅烷偶联剂KH-792,加入200mL去离子水中,以300r/min搅拌20min,得B组分,最后将A组分与B组分混合均匀后加去离子水定容至1L,再用醋酸调节pH为2.0,得钢铁铸件用常温发黑剂。
实例2
首先取3.0g硫酸铜和1.3g钼酸铵,加入250mL去离子水中,以350r/min搅拌15min,再加入1.3g硫酸镍,13g磷酸二氢锌,1.3g抗坏血酸,3.5g氯酸钾和0.2g烷基糖苷,继续搅拌25min,得A组分,取0.2g聚乙二醇2000,0.7g氟碳树脂,0.03g硅烷偶联剂A-1120,加入250mL去离子水中,以350r/min搅拌25min,得B组分,最后将A组分与B组分混合均匀后加去离子水定容至1L,再用醋酸调节pH为2.5,得钢铁铸件用常温发黑剂。
实例3
首先取3.6g硫酸铜和1.5g钼酸铵,加入300mL去离子水中,以400r/min搅拌20min,再加入1.5g硫酸镍,15g磷酸二氢锌,1.5g乙二胺四乙酸二钠,4.2g氯酸钾和0.3g烷基糖苷,继续搅拌30min,得A组分,取0.3g聚乙二醇6000,0.9g环氧丙烯酸酯树脂,0.05g硅烷偶联剂YDH-792,加入300mL去离子水中,以400r/min搅拌30min,得B组分,最后将A组分与B组分混合均匀后加去离子水定容至1L,再用醋酸调节pH为3.0,得钢铁铸件用常温发黑剂。
对比例:广州市某环保科技有限公司生产的钢铁常温发黑剂。
试样:退火后的45#钢,直径为20mm,长为350mm。
试样发黑工艺流程:除油→除锈→水漂洗→1:1盐酸活化→水漂洗→常温发黑5min→水漂洗→浸脱水防锈油封闭。
按照上述发黑工艺流程,分别使用本发明实例1~3制得的钢铁铸件用常温发黑剂和对比例的钢铁常温发黑剂对试样进行发黑处理,并对发黑后的试样进行性能检测,其检测结果如表1所示:
检测项目 实例1 实例2 实例3 对比例
膜层外观 合格 合格 合格 不合格
结合力(次) 210 225 250 180
孔隙率(个/cm2 3 2 1 8
耐蚀性(s) 302 317 332 290
膜层外观:观察试样表面膜层情况,色泽均匀,膜层致密无裂纹,且无明显沉淀物附着为合格。
结合力测试:用沾酒精的脱脂棉擦净试样表面的油污,待其表面干后,用干净的定性滤纸在试样的表面用中等力度均匀来回摩擦。直到某一点出现基体时记下摩擦次数,一般情况下50~60次为合格。
孔隙率测试:采用贴滤纸法,将试样用沾酒精的脱脂棉擦净油污,将检测试液浸在单位面积滤纸上,10min后数滤纸上形成的有色(蓝色)斑点的数目并记录。检测试液配方为:10g/L铁氰化钾,30g/L氯化铵,60g/L氯化钠,100mL水。
耐蚀性测试:用3%的CuSO4溶液点滴于试样表面,然后观察并记录出现砖红色的时间,一般30s为合格。

Claims (8)

1.一种钢铁铸件用常温发黑剂,其特征在于,所述发黑剂由以下原料组成:
2.4~3.6g/L硫酸铜,1.0~1.5g/L钼酸铵,1.0~1.5g/L硫酸镍,10~15g/L磷酸二氢锌,1.0~1.5g/L络合剂,2.8~4.2g/L成膜助剂,0.2~0.3g/L乳化剂,0.2~0.3g/L润湿剂,0.6~0.9g/L有机成膜剂,0.01~0.05g/L硅烷偶联剂,余量为去离子水。
2.如权利要求1所述的一种钢铁铸件用常温发黑剂,其特征在于,所述络合剂为酒石酸钾钠、抗坏血酸、乙二胺四乙酸二钠、柠檬酸、磺基水杨酸、草酸中的一种或多种。
3.如权利要求1所述的一种钢铁铸件用常温发黑剂,其特征在于,所述成膜助剂为硫代硫酸钠、氯酸钾中的一种。
4.如权利要求1所述的一种钢铁铸件用常温发黑剂,其特征在于,所述乳化剂为OP-10、烷基糖苷中的一种。
5.如权利要求1所述的一种钢铁铸件用常温发黑剂,其特征在于,所述润湿剂为聚乙二醇400、聚乙二醇2000、聚乙二醇6000、聚乙二醇12000中的一种。
6.如权利要求1所述的一种钢铁铸件用常温发黑剂,其特征在于,所述有机成膜剂为氟碳树脂、环氧丙烯酸酯树脂中的一种。
7.如权利要求1所述的一种钢铁铸件用常温发黑剂,其特征在于,所述硅烷偶联剂为KH-792、A-1120、YDH-792中的一种。
8.如权利要求1所述的一种钢铁铸件用常温发黑剂的制备方法,其特征在于,具体步骤为:
S1.取硫酸铜和钼酸铵,加入去离子水中混合均匀,再加入硫酸镍、磷酸二氢锌、络合剂、成膜助剂和乳化剂,搅拌20~30min,得A组分;
S2.取润湿剂、有机成膜剂和硅烷偶联剂,加入去离子水中混合均匀,得B组分;
S3.将A组分与B组分混合均匀后加去离子水定容至1L,再用醋酸调节pH为2.0~3.0,得钢铁铸件用常温发黑剂。
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