CN112111734A - 一种铜制品发黑工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铜制品发黑工艺，包括以下步骤：1、脱脂去污，去除产品表面污渍，2、溢流漂洗，冲洗产品表面的污渍，3、酸洗活化，去除产品表面氧化物，4、溢流漂洗，冲洗污渍，5、第一道发黑，形成浅色发黑层，6、溢流漂洗，7、第二道发黑，形成稳定的发黑层，8、溢流漂洗，9、封闭，在成品发黑层的外部形成抗氧化膜，10、溢流漂洗，11、烘干，12‑振研去灰，去除产品表面的积灰杂质。本发明公开的一种铜制品发黑工艺，可以满足产品发黑层长时间盐雾试验不漏铜，高温、高湿、热冲击、低温冷冲击连续测试长时间不掉色，产品具备良好的抗反光、抗折光性。
Description
技术领域
本发明涉及金属发黑处理技术领域，具体地说是一种铜制品发黑工艺。
背景技术
发黑(发兰)技术广泛应用于工具、量具、紧固件、仪器仪表、机械零配件、照相器材及军工产品等表面的防护与隋饰处理。传统的发黑工艺采用含亚硝酸钠的高温碱性氧化体系，需在140℃左右处理30～90分钟，甚至更长的时间。并有能耗大、生产周期长，尤其是亚硝酸钠的致癌作用，劳动条件差，污染环境等缺点。由于这些问题，近年来人们致力于常温发黑工艺的研究和开发，并有相应的常温发黑剂产品问世，虽然常温发黑剂克服或避免了上述传统发黑工艺存在的弊端，但也存在相应的缺陷。
目前对于铜制品，铜件镜头或者垫圈表面的发黑处理，通常还是采用传统的惯犯应用在金属件中的发黑方法，原有发黑线主要适用于汽车零部件表面的发黑处理，盐雾实验及各项物理测试要求低；光学镜头类产品的盐雾实验及各项物理测试要求较高，使用原有发黑工艺发黑，发黑后的盐雾实验、物理依赖性测试不能满足客户的技术要求，在盐雾试验九十几个小时后会出现漏铜现象，并且在高温、高湿、热冲击、低温冷冲击连续测试试验中会出现掉色。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术的缺陷，提供一种专门用于精密的铜制品零件，可以满足长时间盐雾试验不漏铜，高温、高湿、热冲击、低温冷冲击连续测试长时间不掉色，产品具备良好的抗反光、抗折光性的发黑工艺。
本发明所采取的技术方案是：提供一种铜制品发黑工艺，其特征在于包括以下步骤：
S1：中温脱脂去污，将装有产品的清洗篮放入超声波清洗机，保证产品完全浸没在液体中，加入1:3配比的脱脂液，温度加热至70℃±10℃，将清洗篮上下拉动2-4 次后开机清洗，时间为3-5分钟；此步骤的脱脂液PH值为11-14；
S2：溢流漂洗，将步骤S1中装有产品的清洗篮放入清洗槽，清洗槽中通入溢流活水，上下拉动清洗篮4-8次；
S3：酸洗活化，将漂洗后的产品放入活化槽，槽体内加入0.5％-2％的硫酸溶液或者1:3配比的消光剂，上下拉动清洗篮，产品进行活化消光；活化槽中溶液的PH值为1-3；
S4：溢流漂洗，将步骤S3中装有产品的清洗篮放入清洗槽，清洗槽中通入溢流活水，上下拉动清洗篮4-8次；
S5：第一道发黑，将步骤S4中装有产品的清洗篮放入稀释成10％-20％的第一发黑液中浸泡2-3分钟，并且在浸泡过程中上下拉动清洗篮，进行第一道常温发黑；其中，第一发黑液包括：碳酸钠10-15g/L，硫酸铵5-10g/L，醋酸钠7-9g/L，硫酸铜 0.9-1.5g/L；
S6：溢流漂洗，将步骤S3中装有产品的清洗篮放入清洗槽，清洗槽中通入溢流活水，上下拉动清洗篮4-8次；
S7：第二道发黑，将步骤S6中的产品放入第二发黑液中浸泡5-10分钟，并且在浸泡过程中上下拉动清洗篮，温度保持在98℃-108℃之间；其中，第二发黑液包括： CuSO4·5H2O 15-40g/L；黑化剂5-40g/L，磷酸5-10g/L；柠檬酸钠1.2-5g/L；聚乙二醇1.0-2g/L，氯酸钾1.5-4g/L；发黑光亮剂5-15g/L。
S8：溢流漂洗，将步骤S3中装有产品的清洗篮放入清洗槽，清洗槽中通入溢流活水，上下拉动清洗篮4-8次；
S9：封闭，将步骤S8中装有产品的清洗篮放入封闭槽，浸泡8-10分钟，并且在刚放入封闭槽时上下拉动4-8次，其中封闭槽内装有封闭剂按1:1配比的溶液，并且保持温度为20℃-30℃之间；通过封闭在产品表面形成抗氧化膜，达到耐腐蚀效果；
S10：溢流漂洗，封闭后的产品放入清洗槽，清洗槽中通入溢流活水，上下拉动清洗篮4-8次；
S11：烘干，将步骤S10中的产品放入烘箱进行烘烤，其中烘烤温度为80℃±10 ℃，时间为20-30分钟。
S12：振研去灰，在振研机中加入通过核桃壳研磨而成的颗粒，且该颗粒的粒径为0.2-0.3mm左右，将烘干的产品放入振研机中，利用核桃壳颗粒实现对产品外表面的积灰颗粒进行去除。
优选的，在步骤S11之前还可以增加一步加热漂洗，该漂洗槽中水温为70℃-90 ℃之间；通过热水漂洗，让产品提前预热，缩短烘烤时间。
再优选的，步骤S5和步骤S7中，每一道发黑工序都包括至少两次发黑液浸泡，并且在相邻两次发黑液浸泡之间先进行一次溢流漂洗。
再优选的，步骤S2、S4、S6、S8、S10中，每一步的溢流漂洗包括至少三次换槽漂洗过程，并且每一次的漂洗时间为5-15秒。
采用以上方法后，本发明与现有技术相比具有以下优点：
本发明中采用了两道发黑工序，并且在每一道发黑工序中还包括至少两次发黑浸泡操作，这样可以避免产品在一个发黑槽中浸泡时间过长，同时又能保证产品表面形成均匀、平整的黑化层，从而能够实现产品满足光学客户要求的盐雾实验96H产品发黑表面不漏铜，高温、高湿、热冲击、低温冷冲击连续测试1000H不掉色，产品具备良好的抗反光、抗折光性。
有一方面的，在两道发黑工序中，采用的发黑液不同，第一道发黑主要是为了在产品的外表面初步氧化形成一层浅色的膜，在第二次发黑过程中，是为了形成最终的黑色保护层，以满足产品的各项试验性能。
再一方面的，本发明的发黑工艺中设置了多道的溢流漂洗工序，即水槽中的水只在不断溢流的，溢出的水带走产品上冲洗下来的污渍，从而保证在成品拿出后不会在其表面残留污渍，使得最终的成品外表面光滑、无杂质。
再一方面的，由于产品在发黑完成，不可能做到百分百无尘的要求，所以清洗完成后清洗烘干之后在部分产品表面可以肉眼看到会有少量积灰颗粒存在，所以本发明中增加了一道振研工序，并且在振研机中加入了采用核桃壳研磨而成的核桃壳颗粒，它具有一定的硬度，能够去除产品表面的积灰颗粒，但又不会损伤产品表面。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步说明。
实施例一：
本发明提供了一种铜制品发黑工艺，其特征在于包括以下步骤：
S1：中温脱脂去污，将装有产品的清洗篮放入超声波清洗机，保证产品完全浸没在液体中，加入1:3配比的脱脂液，温度加热至70℃±10℃，将清洗篮上下拉动2-4次后开机清洗，时间为3-5分钟；此步骤的脱脂液PH值为11-14；此步骤中为了进一步提高脱脂效果，可以并列设置两台清洗机，进行连续两次脱脂清洗，并且两台清洗机中的清洗环境一致；
另外的，在超声波清洗机清洗过程中，镜头类的铜制品清洗时，会先在清洗篮中放一个尼龙模板，然后将产品一个个放入模板上的通孔内；其他的垫片类的产品也是需要先放在清洗篮中，然后将清洗篮一起放入机器，避免垫片产品与清洗机腔体直接接触在超声波工作时磨擦产生划痕；
S2：溢流漂洗，将步骤S1中装有产品的清洗篮放入清洗槽，清洗槽中通入溢流活水，上下拉动清洗篮4-8次；此步骤中对产品的漂洗过程中采用的是溢流水，即水槽中的水是在不断溢流的，溢出的水带走产品表面冲洗下来的污渍，从而保证在产品拿出后不会在其表面残留污渍；
S3：酸洗活化，将漂洗后的产品放入活化槽，活化槽内加入0.5％-2％的硫酸溶液或者 1:3配比的消光剂，上下拉动清洗篮，产品进行活化消光，活化槽中溶液的PH值为1-3；此步骤中活化温度为常温，每隔4小时检测一次槽液的浓度、PH值以及温度，发现浓度或者PH值超出规定值后马上进行补液调整；酸洗活化过程主要是为了去除产品表面的氧化物以及消光处理，是为了后续发黑过程中能够更好的在产品表面形成黑化层，并且黑化层不易与剥落，结构稳定；
S4：溢流漂洗，将步骤S3中装有产品的清洗篮放入清洗槽，清洗槽中通入溢流活水，上下拉动清洗篮4-8次；
S5：第一道发黑，将步骤S4中装有产品的清洗篮放入稀释成10％-20％的第一发黑液中浸泡2-3分钟，并且在浸泡过程中上下拉动清洗篮，进行第一道常温发黑；其中，第一发黑液包括：碳酸钠10-15g/L，硫酸铵5-10g/L，醋酸钠7-9g/L，硫酸铜0.9-1.5g/L；
S6：溢流漂洗，将步骤S3中装有产品的清洗篮放入清洗槽，清洗槽中通入溢流活水，上下拉动清洗篮4-8次；
S7：第二道发黑，将步骤S6中的产品放入第二发黑液中浸泡5-10分钟，并且在浸泡过程中上下拉动清洗篮，温度保持在98℃-108℃之间；其中，第二发黑液包括：CuSO4·5H2O15-40g/L；黑化剂5-40g/L，磷酸5-10g/L；柠檬酸钠1.2-5g/L；聚乙二醇1.0-2g/L，氯酸钾1.5-4g/L；发黑光亮剂5-15g/L；
上下抖动工件可以明显加快膜的形成速度，并且膜色均匀，结晶致密，如果在转化膜颜色偏红时，搅拌可以使障获得满意的黑色。
黑化剂在电化学反应体系中为一种在局部阴极发生还原反应的氧化剂，单独的黑化剂不能形成合格的发黑膜，但一旦与CuSO4按适当的比侧配比后，可在5-8分钟内于钢铁表面形成一层黑色转化膜。CuS04的作用主要是Cu2+在局部阴极起还原反应，一方面Cu2+在金属表面还原沉淀出微小颗粒的活性铜粒子，这些具有催化活性的铜粒子作为局部阴极促使黑化剂的还原。另一方面Cu2+在局部阴极还原形成黑色的Cu2O，沉积于金属表面参与成膜，从而与黑化剂的还原反应一起使得金属表面在短时问内形成黑色的转化膜。本实施例中的黑化剂为SeO2，当然还可以是其他的氧化剂。
柠檬酸钠，一种络合剂，它在酸性条件下有较强的络合能力.可以使体系中的游离Cu2+保持在一定的浓度范围，使发黑剂稳定且易于控制和调整。同时络合剂的存在增加了Cu2+的阴极极化。使得转化膜结晶致密，并提高与基体的结合力。
氯酸钾，是一种氧化促进剂，主要为了促进加速产品表面成膜的速度，另一方面还能用于防止黑化液中出现沉淀，保证黑化液不变质。
聚乙二醇，一种润湿剂，为了提高产品表面的湿润性，有利于形成组合力强且色泽均匀的黑化膜，湿润剂处理，除了本实施例中使用的聚乙二醇，还可以是十二烷基硫酸钠、OP-10等。
光亮剂：主要作用表现在通过活性表面除去停留在金属表面的油污、氧化及未氧化的表面杂质，保持物体外部的洁净、光泽度、色牢度。
S8：溢流漂洗，将步骤S3中装有产品的清洗篮放入清洗槽，清洗槽中通入溢流活水，上下拉动清洗篮4-8次；
S9：封闭，将步骤S8中装有产品的清洗篮放入封闭槽，浸泡8-10分钟，并且在刚放入封闭槽时上下拉动4-8次，其中封闭槽内装有封闭剂按1:1配比的溶液，并且保持温度为20℃-30℃之间；通过封闭在产品表面形成抗氧化膜，达到耐腐蚀效果；
S10：溢流漂洗，封闭后的产品放入清洗槽，清洗槽中通入溢流活水，上下拉动清洗篮4-8次；此步骤中同样的，每隔4小时检测一次槽液的浓度、PH值以及温度，发现浓度或者PH值超出规定值后马上进行补液调整；
S11：烘干，将步骤S10中的产品放入烘箱进行烘烤，其中烘烤温度为80℃±10℃，时间为20-30分钟。
S12：振研去灰，在振研机中加入通过核桃壳研磨而成的颗粒，且该颗粒的粒径为0.2-0.3mm左右，将烘干的产品放入振研机中，利用核桃壳颗粒实现对产品外表面的积灰颗粒进行去除。
上述步骤中，第一道、第二道发黑工序中，每隔4小时检测一次槽液的浓度、PH值以及温度，发现浓度或者PH值超出规定值后马上进行补液调整；并且在发黑槽中连接有计时报警器，当每一次发黑过程中，当计时报警器响起后马上拿出产品，并且需要在5秒钟之内放入到下移工位槽中，防止药液凝固在产品表面形成花斑，影响成品的外观。
实施例二：
该实施例在实施例一的基础上做了改进，即在步骤S10与S11之间还可以增加一步热水漂洗工序，增设一个可以对漂洗水进行加热的漂洗槽，具体的，水温保持在70℃-90 ℃之间即可；通过热水漂洗，让产品提前预热，缩短烘烤时间。
实施例三：
该实施例在实施例一的基础上，对于第一道发黑和第二道发黑做了改进，具体的，每一道发黑工序都包括至少两次发黑液浸泡，并且在相邻两次发黑液浸泡之间先进行一次溢流漂洗。本实施例中对于产品的整个发黑工艺采用分批的多道、多次发黑浸泡过程，保证产品表面上形成均匀、稳定的发黑膜。
实施例四：
该实施例在实施例一的基础上，对于步骤S2、S4、S6、S8、S10中的溢流漂洗作了进一步的扩展，即，在每一步的溢流漂洗包括至少三次换槽漂洗过程，具体的，每一步中都设置了至少三个漂洗水槽，在漂洗水槽中不断的注入活水，使的水槽的上部形成溢流水，这样漂洗时，人工将清洗篮逐个放入水槽，并且在每个水槽内上下拉动4-8次，持续5-15 秒，然后马上拿出放入下一个水槽，重复上述动作。这样可以保证产品的漂洗更加的彻底，且外表面不会残留污渍。
以上就本发明较佳的实施例作了说明，但不能理解为是对权利要求的限制。本发明不仅局限于以上实施例，其具体结构允许有变化，凡在本发明独立要求的保护范围内所作的各种变化均在本发明的保护范围内。
Claims (4)
1.一种铜制品发黑工艺，其特征在于包括以下步骤：
S1：中温脱脂去污，将装有产品的清洗篮放入超声波清洗机，保证产品完全浸没在液体中，加入1:3配比的脱脂液，温度加热至70℃±10℃，将清洗篮上下拉动2-4次后开机清洗，时间为3-5分钟；此步骤的脱脂液PH值为11-14；
S2：溢流漂洗，将步骤S1中装有产品的清洗篮放入清洗槽，清洗槽中通入溢流活水，上下拉动清洗篮4-8次；
S3：酸洗活化，将漂洗后的产品放入活化槽，槽体内加入0.5％-2％的硫酸溶液或者1:3配比的消光剂，上下拉动清洗篮，产品进行活化消光，活化槽中溶液的PH值为1-3；
S4：溢流漂洗，将步骤S3中装有产品的清洗篮放入清洗槽，清洗槽中通入溢流活水，上下拉动清洗篮4-8次；
S5：第一道发黑，将步骤S4中装有产品的清洗篮放入稀释成10％-20％的第一发黑液中浸泡2-3分钟，并且在浸泡过程中上下拉动清洗篮，进行第一道常温发黑；其中，第一发黑液包括：碳酸钠10-15g/L，硫酸铵5-10g/L，醋酸钠7-9g/L，硫酸铜0.9-1.5g/L；
S6：溢流漂洗，将步骤S3中装有产品的清洗篮放入清洗槽，清洗槽中通入溢流活水，上下拉动清洗篮4-8次；
S7：第二道发黑，将步骤S6中的产品放入第二发黑液中浸泡5-10分钟，并且在浸泡过程中上下拉动清洗篮，温度保持在98℃-108℃之间；其中，第二发黑液包括：CuSO4·5H2O 15-40g/L；黑化剂5-40g/L，磷酸5-10g/L；柠檬酸钠1.2-5g/L；聚乙二醇1.0-2g/L，氯酸钾1.5-4g/L；发黑光亮剂5-15g/L；
S8：溢流漂洗，将步骤S3中装有产品的清洗篮放入清洗槽，清洗槽中通入溢流活水，上下拉动清洗篮4-8次；
S9：封闭，将步骤S8中装有产品的清洗篮放入封闭槽，浸泡8-10分钟，并且在刚放入封闭槽时上下拉动4-8次，其中封闭槽内装有封闭剂按1:1配比的溶液，并且保持温度为20℃-30℃之间；通过封闭在产品表面形成抗氧化膜，达到耐腐蚀效果；
S10：溢流漂洗，封闭后的产品放入清洗槽，清洗槽中通入溢流活水，上下拉动清洗篮4-8次；
S11：烘干，将步骤S10中的产品放入烘箱进行烘烤，其中烘烤温度为80℃±10℃，时间为20-30分钟；
S12：振研去灰，在振研机中加入通过核桃壳研磨而成的颗粒，且该颗粒的粒径为0.2-0.3mm左右，将烘干的产品放入振研机中，利用核桃壳颗粒实现对产品外表面的积灰颗粒进行去除。
2.根据权利要求1中所述的铜制品发黑工艺其特征在于：在步骤S11之前还可以增加一步加热漂洗，该漂洗槽中水温为70℃-90℃之间；通过热水漂洗，让产品提前预热，缩短烘烤时间。
3.根据权利要求1中所述的铜制品发黑工艺，其特征在于：步骤S5和步骤S7中，每一道发黑工序都包括至少两次发黑液浸泡，并且在相邻两次发黑液浸泡之间先进行一次溢流漂洗。
4.根据权利要求1中所述的铜制品发黑工艺，其特征在于：步骤S2、S4、S6、S8、S10中，每一步的溢流漂洗包括至少三次换槽漂洗过程，并且每一次的漂洗时间为5-15秒。
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