CN113106465A - 一种高Cr耐蚀不锈钢表面氧化膜脱膜剂及脱膜方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高Cr耐蚀不锈钢表面氧化膜脱膜剂，由质量浓度为49％的氢氟酸溶液、质量浓度为68％的硝酸溶液、质量浓度为99％的乙酸溶液和异丙醇/高纯水组成，且氢氟酸溶液和硝酸溶液与乙酸溶液和溶剂的总体积之比为1:1～1:3；本发明还公开了一种高Cr耐蚀不锈钢表面氧化膜脱膜剂的脱膜方法，该方法将高Cr耐蚀不锈钢预处理后依次进行酸化处理、室温下脱膜处理、表面清洗、乙醇浸泡和吹干。本发明脱膜剂中的F离子加速氧化膜的溶解和脱落，而硝酸根离子使得Fe离子和Cr离子充分氧化并进行溶解，实现了高Cr耐蚀不锈钢表面致密氧化膜的脱除；本发明的脱膜方法效率高，保证了高Cr耐蚀不锈钢工件的制造精度。
Description
技术领域
本发明属于不锈钢材料表面洁净化处理技术领域，具体涉及一种高Cr耐蚀不锈钢表面氧化膜脱膜剂及脱膜方法。
背景技术
高Cr含量不锈钢，包括446不锈钢、430不锈钢及460不锈钢等，由于具有优异的高温强度、耐腐蚀性、良好的可焊性和深冲性，目前取代部分300系不锈钢，被广泛的应用于航空航天、汽车制造、家电设备以及公共建筑物等领域。在钢中添加了较高含量的Cr元素是提高不锈钢耐腐蚀性的主要方法之一。其原理为：Cr元素易于氧化，能在钢的表面迅速形成致密的Cr2O3氧化膜，使钢的电极电位和在氧化介质中的耐蚀性发生突变性提高，不锈钢的耐腐蚀性能主要依靠表面覆盖的这一层极薄的(约1mm)致密的钝化膜与腐蚀介质隔离。Cr含量越高，钢的耐蚀性能越好。当Cr含量达到25％、37.5％时，会发生第二次和第三次的突变，使钢具有更高的耐腐蚀性。但是在高Cr不锈钢的焊接或者异种金属的连接过程中，其表面的氧化膜严重影响焊接质量，降低了异种金属复合界面的抗拉强度。基于上述原因，新鲜的高Cr不锈钢表面，是制造高品质高Cr不锈钢器件的关键技术环节，其工艺技术具有重要的生产应用价值。
目前，去除高Cr含量不锈钢表面氧化膜一般采用机械磨抛法、王水或者重铬酸钾的酸溶液进行处理。然而机械磨抛处理容易导致工件表面的划伤和加工精度的误差。王水或者重铬酸钾的酸溶液对部分高Cr含量不锈钢腐蚀速率很低，比如446不锈钢，基本不能去除表面的致密的Cr2O3氧化膜。另外，重铬酸钾是一种有毒且有致癌性的强氧化剂，它被国际癌症研究机构划归为第一类致癌物质，与硝酸盐、氯酸盐接触后剧烈反应，有水时与硫化钠混合能引起自燃，完全不适用于工业生产。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种高Cr耐蚀不锈钢表面氧化膜脱膜剂。本发明高Cr耐蚀不锈钢表面氧化膜脱膜剂中的F离子加速氧化膜的溶解和脱落，而硝酸根离子使得氧化膜中的Fe离子和Cr离子充分氧化并进行溶解，实现了高Cr耐蚀不锈钢表面致密Cr2O3与Fe2O3氧化膜的脱除。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种高Cr耐蚀不锈钢表面氧化膜脱膜剂，其特征在于，由氢氟酸溶液、硝酸溶液、乙酸溶液和溶剂组成，所述溶剂为异丙醇或高纯水，氢氟酸溶液的质量浓度为49％，硝酸溶液的质量浓度为68％，乙酸溶液的质量浓度为99％，且氢氟酸溶液和硝酸溶液的总体积与乙酸溶液和溶剂的总体积之比为1:1～1:3；所述高Cr耐蚀不锈钢中Cr的质量含量不小于15％。
高Cr耐蚀不锈钢表面氧化膜主要由致密的Cr2O3、Fe2O3等氧化物组成，本发明的高Cr耐蚀不锈钢表面氧化膜脱膜剂由氢氟酸溶液、硝酸溶液、乙酸溶液和溶剂即异丙醇或高纯水组成，其中，氢氟酸溶液和硝酸溶液为脱膜剂的主要作用成分，由氢氟酸溶液提供的F离子极大地降低了氧化膜中Cr2O3的腐蚀点位，加速氧化膜的溶解和脱落，而硝酸根离子在脱膜剂中的酸性条件下具有强氧化性，使得氧化膜中的Fe离子和Cr离子充分氧化并进行溶解，实现了高Cr耐蚀不锈钢表面致密Cr2O3与Fe2O3氧化膜的脱除；同时，该脱膜剂中的乙酸溶液和异丙醇作为缓蚀剂降低了F离子的活性，延缓了腐蚀速率，本发明通过控制缓蚀剂的体积分数，有效控制了脱膜剂的反应速率及作用程度，有效去除高Cr耐蚀不锈钢表面及深层难溶的氧化膜，且该去除的腐蚀过程平稳缓慢可控，工艺简单可行，节能降耗。
上述的一种高Cr耐蚀不锈钢表面氧化膜脱膜剂，其特征在于，所述氢氟酸溶液、硝酸溶液、乙酸溶液与溶剂的体积之比为1:2:1:2。该优选组分体积之比组成的脱膜剂既实现了对高Cr耐蚀不锈钢表面及深层氧化膜的有效去除，又控制了腐蚀速率，改善了脱膜效果，避免了原料浪费，缩短了脱膜时间。
上述的一种高Cr耐蚀不锈钢表面氧化膜脱膜剂，其特征在于，所述高Cr耐蚀不锈钢为446ss不锈钢、430不锈钢或460不锈钢。本发明的脱膜剂应用范围广泛，适用于上述行业中常用种类的不锈钢，具有较高的实用价值。
另外，本发明还公开了一种上述的高Cr耐蚀不锈钢表面氧化膜脱膜剂的脱膜方法，该方法包括以下步骤：
步骤一、将高Cr耐蚀不锈钢浸入金属洗涤剂或丙酮溶液中浸泡去除表面油渍，然后用水清洗进行预处理；
步骤二、将步骤一中经预处理后的高Cr耐蚀不锈钢放入由盐酸溶液与乙酸溶液组成的混合酸溶液中浸泡进行酸化处理；
步骤三、将步骤二中经酸化处理后的高Cr耐蚀不锈钢浸泡在脱膜剂中，在室温下进行脱膜处理；
步骤四、将步骤三中经脱膜处理后的高Cr耐蚀不锈钢进行表面清洗，先在高纯水中采用绸布擦洗5min～10min，然后在乙醇中浸泡3min，再用高压氩气枪吹干，得到脱除氧化膜的高Cr耐蚀不锈钢新鲜表面。
本发明先对高Cr耐蚀不锈钢进行预处理，有效去除其表面油渍，然后浸泡在盐酸溶液与乙酸溶液组成的混合酸溶液中进行酸化处理，使得氧化膜中的Fe2O3由于Cl离子的腐蚀出现大量的点蚀坑，为后续氧化膜的去除提供腐蚀通道，再浸泡在脱膜剂中在室温下(通常15℃以上)进行脱膜处理，无需进行加热处理，简单易操作，有效脱除高Cr耐蚀不锈钢表面致密的Cr2O3氧化膜，脱膜效率高，且克服了机械磨抛法去除氧化膜过程中工件加工精度和尺寸偏差较大的难题，同时避免了传统王水或者重铬酸钾的酸溶液对部分高Cr含量不锈钢腐蚀速率低、不能去除表面致密的Cr2O3氧化膜的技术难题，再经清洗吹干后得到脱除氧化膜的高Cr耐蚀不锈钢新鲜表面，为后续焊接或多金属复合提供保证，确保了高Cr耐蚀不锈钢产品的质量。
上述的脱膜方法，其特征在于，步骤一中所述浸泡的时间为10min～20min。该优选的浸泡时间既保证了预处理效果，又避免了浸泡时间过长造成对高Cr耐蚀不锈钢的不良影响，且节省了预处理时间。
上述的脱膜方法，其特征在于，步骤二中所述混合酸溶液由质量浓度为37％的盐酸溶液与质量浓度为99％的乙酸溶液按照1:1～1:2.5的体积比配制而成；步骤二中所述浸泡的时间为10min～20min。通过控制混合酸溶液的配比组成，保证了Cl离子的腐蚀效果，为后续氧化膜的去除提供腐蚀通道，又有效控制了浸泡时间。
上述的脱膜方法，其特征在于，步骤一中所述高Cr耐蚀不锈钢表面的氧化膜的厚度为15μm，对应步骤三中所述脱膜处理的时间为50s～120s。
上述的脱膜方法，其特征在于，步骤一中所述高Cr耐蚀不锈钢表面的氧化膜的厚度为20μm，对应步骤三中所述脱膜处理的时间为80s～200s。
针对上述实际应用过程中高Cr耐蚀不锈钢表面氧化膜的厚度，选择不同的处理时间，即保证了脱膜处理的效果，又控制了脱膜处理的时间，缩短了脱膜处理的时间。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明高Cr耐蚀不锈钢表面氧化膜脱膜剂中的F离子加速氧化膜的溶解和脱落，而硝酸根离子使得氧化膜中的Fe离子和Cr离子充分氧化并进行溶解，实现了高Cr耐蚀不锈钢表面致密Cr2O3与Fe2O3氧化膜的脱除。
2、本发明通过控制缓蚀剂乙酸溶液和异丙醇/高纯水的体积分数，有效控制了脱膜剂的反应速率及作用程度，有效去除高Cr耐蚀不锈钢表面及深层难溶的氧化膜，且该去除的腐蚀过程平稳缓慢可控，工艺简单可行，节能降耗。
3、与现有的Cr2O3氧化膜脱除方法相比，本发明的高Cr耐蚀不锈钢表面氧化膜脱膜剂避免了专门设备的投入，且组成简单，无需重铬酸钾试剂，避免了对生产操作人员身体伤害，适用于大规模工业生产。
4、本发明先对预处理后的高Cr耐蚀不锈钢进行酸化处理，使得氧化膜中的Fe2O3由于Cl离子的腐蚀出现大量的点蚀坑提供腐蚀通道，然后进行脱膜处理，有效脱除高Cr耐蚀不锈钢表面致密的Cr2O3氧化膜，脱膜效率高，且克服了传统机械磨抛法去除氧化膜过程中造成工件加工精度降低、进而尺寸偏差较大、影响后续工件装配等技术难题，从而有效保证了高Cr耐蚀不锈钢工件的制造精度。
5、本发明的脱膜方法克服了传统王水或者重铬酸钾的酸溶液对部分高Cr含量不锈钢腐蚀速率低、不能去除表面的致密的Cr2O3氧化膜的技术难题。
6、本发明的脱膜过程中对Cr2O3氧化膜的腐蚀过程平稳缓慢，在室温下即可直接进行，无需热浴配合，简单高效，节能降耗。
下面通过实施例对本发明的技术方案作进一步的详细描述。
具体实施方式
实施例1
本实施例的446ss不锈钢表面氧化膜脱膜剂由氢氟酸溶液、硝酸溶液、乙酸溶液和溶剂组成，所述溶剂为异丙醇，氢氟酸溶液的质量浓度为49％，硝酸溶液的质量浓度为68％，乙酸溶液的质量浓度为99％，且氢氟酸溶液、硝酸溶液、乙酸溶液与异丙醇的体积之比为1:2:1:2。
本实施例的脱膜方法包括以下步骤：
步骤一、将446ss不锈钢浸入金属洗涤剂中浸泡20min去除表面油渍，然后用水清洗进行预处理；所述446ss不锈钢表面的氧化膜的厚度为15μm；
步骤二、将步骤一中经预处理后的446ss不锈钢放入由质量浓度为37％的盐酸溶液与质量浓度为99％的乙酸溶液按照1:1的体积比组成的混合酸溶液中浸泡10min进行酸化处理；
步骤三、将步骤二中经酸化处理后的446ss不锈钢浸泡在脱膜剂中，在室温下进行脱膜处理50s；
步骤四、将步骤三中经脱膜处理后的446ss不锈钢进行表面清洗，先在高纯水中采用绸布擦洗5min，然后在乙醇中浸泡3min，再用高压氩气枪吹干，得到脱除氧化膜的446ss不锈钢新鲜表面。
实施例2
本实施例的430不锈钢表面氧化膜脱膜剂由氢氟酸溶液、硝酸溶液、乙酸溶液和溶剂组成，所述溶剂为高纯水，氢氟酸溶液的质量浓度为49％，硝酸溶液的质量浓度为68％，乙酸溶液的质量浓度为99％，且氢氟酸溶液、硝酸溶液、乙酸溶液与高纯水的体积之比为1:1:3:3。
本实施例的脱膜方法包括以下步骤：
步骤一、将430不锈钢浸入丙酮溶液中浸泡10min去除表面油渍，然后用水清洗进行预处理；所述430不锈钢表面的氧化膜的厚度为15μm；
步骤二、将步骤一中经预处理后的430不锈钢放入由质量浓度为37％的盐酸溶液与质量浓度为99％的乙酸溶液按照1:2.5的体积比组成的混合酸溶液中浸泡20min进行酸化处理；
步骤三、将步骤二中经酸化处理后的430不锈钢浸泡在脱膜剂中，在室温下进行脱膜处理120s；
步骤四、将步骤三中经脱膜处理后的430不锈钢进行表面清洗，先在高纯水中采用绸布擦洗10min，然后在乙醇中浸泡3min，再用高压氩气枪吹干，得到脱除氧化膜的430不锈钢新鲜表面。
实施例3
本实施例的不锈钢表面氧化膜脱膜剂由氢氟酸溶液、硝酸溶液、乙酸溶液和溶剂组成，所述溶剂为高纯水，氢氟酸溶液的质量浓度为49％，硝酸溶液的质量浓度为68％，乙酸溶液的质量浓度为99％，且氢氟酸溶液、硝酸溶液、乙酸溶液与高纯水的体积之比为1:1:2:2。
本实施例的脱膜方法包括以下步骤：
步骤一、将460不锈钢浸入丙酮溶液中浸泡15min去除表面油渍，然后用水清洗进行预处理；所述460不锈钢表面的氧化膜的厚度为20μm；
步骤二、将步骤一中经预处理后的460不锈钢放入由质量浓度为37％的盐酸溶液与质量浓度为99％的乙酸溶液按照1:2的体积比组成的混合酸溶液中浸泡15min进行酸化处理；
步骤三、将步骤二中经酸化处理后的460不锈钢浸泡在脱膜剂中，在室温下进行脱膜处理150s；
步骤四、将步骤三中经脱膜处理后的460不锈钢进行表面清洗，先在高纯水中采用绸布擦洗8min，然后在乙醇中浸泡3min，再用高压氩气枪吹干，得到脱除氧化膜的460不锈钢新鲜表面。
实施例4
本实施例的446ss不锈钢表面氧化膜脱膜剂由氢氟酸溶液、硝酸溶液、乙酸溶液和溶剂组成，所述溶剂为异丙醇，氢氟酸溶液的质量浓度为49％，硝酸溶液的质量浓度为68％，乙酸溶液的质量浓度为99％，且氢氟酸溶液、硝酸溶液、乙酸溶液与异丙醇的体积之比为1:1:2:3。
本实施例的脱膜方法包括以下步骤：
步骤一、将446ss不锈钢浸入金属洗涤剂中浸泡18min去除表面油渍，然后用水清洗进行预处理；所述446ss不锈钢表面的氧化膜的厚度为20μm；
步骤二、将步骤一中经预处理后的446ss不锈钢放入由质量浓度为37％的盐酸溶液与质量浓度为99％的乙酸溶液按照1:1.5的体积比组成的混合酸溶液中浸泡12min进行酸化处理；
步骤三、将步骤二中经酸化处理后的446ss不锈钢浸泡在脱膜剂中，在室温下进行脱膜处理200s；
步骤四、将步骤三中经脱膜处理后的446ss不锈钢进行表面清洗，先在高纯水中采用绸布擦洗7min，然后在乙醇中浸泡3min，再用高压氩气枪吹干，得到脱除氧化膜的446ss不锈钢新鲜表面。
实施例5
本实施例的430不锈钢表面氧化膜脱膜剂由氢氟酸溶液、硝酸溶液、乙酸溶液和溶剂组成，所述溶剂为异丙醇，氢氟酸溶液的质量浓度为49％，硝酸溶液的质量浓度为68％，乙酸溶液的质量浓度为99％，且氢氟酸溶液、硝酸溶液、乙酸溶液与异丙醇的体积之比为1:1:1:1。
本实施例的脱膜方法包括以下步骤：
步骤一、将430不锈钢浸入金属洗涤剂中浸泡19min去除表面油渍，然后用水清洗进行预处理；所述430不锈钢表面的氧化膜的厚度为20μm；
步骤二、将步骤一中经预处理后的430不锈钢放入由质量浓度为37％的盐酸溶液与质量浓度为99％的乙酸溶液按照1:2的体积比组成的混合酸溶液中浸泡18min进行酸化处理；
步骤三、将步骤二中经酸化处理后的430不锈钢浸泡在脱膜剂中，在室温下进行脱膜处理80s；
步骤四、将步骤三中经脱膜处理后的430不锈钢进行表面清洗，先在高纯水中采用绸布擦洗9min，然后在乙醇中浸泡3min，再用高压氩气枪吹干，得到脱除氧化膜的430不锈钢新鲜表面。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制。凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (8)
1.一种高Cr耐蚀不锈钢表面氧化膜脱膜剂，其特征在于，由氢氟酸溶液、硝酸溶液、乙酸溶液和溶剂组成，所述溶剂为异丙醇或高纯水，氢氟酸溶液的质量浓度为49％，硝酸溶液的质量浓度为68％，乙酸溶液的质量浓度为99％，且氢氟酸溶液和硝酸溶液的总体积与乙酸溶液和溶剂的总体积之比为1:1～1:3；所述高Cr耐蚀不锈钢中Cr的质量含量不小于15％。
2.根据权利要求1所述的一种高Cr耐蚀不锈钢表面氧化膜脱膜剂，其特征在于，所述氢氟酸溶液、硝酸溶液、乙酸溶液与溶剂的体积之比为1:2:1:2。
3.根据权利要求1所述的一种高Cr耐蚀不锈钢表面氧化膜脱膜剂，其特征在于，所述高Cr耐蚀不锈钢为446ss不锈钢、430不锈钢或460不锈钢。
4.一种如权利要求1～权利要求3中任一权利要求所述的高Cr耐蚀不锈钢表面氧化膜脱膜剂的脱膜方法，该方法包括以下步骤：
步骤一、将高Cr耐蚀不锈钢浸入金属洗涤剂或丙酮溶液中浸泡去除表面油渍，然后用水清洗进行预处理；
步骤二、将步骤一中经预处理后的高Cr耐蚀不锈钢放入由盐酸溶液与乙酸溶液组成的混合酸溶液中浸泡进行酸化处理；
步骤三、将步骤二中经酸化处理后的高Cr耐蚀不锈钢浸泡在脱膜剂中，在室温下进行脱膜处理；
步骤四、将步骤三中经脱膜处理后的高Cr耐蚀不锈钢进行表面清洗，先在高纯水中采用绸布擦洗5min～10min，然后在乙醇中浸泡3min，再用高压氩气枪吹干，得到脱除氧化膜的高Cr耐蚀不锈钢新鲜表面。
5.根据权利要求4所述的脱膜方法，其特征在于，步骤一中所述浸泡的时间为10min～20min。
6.根据权利要求4所述的脱膜方法，其特征在于，步骤二中所述混合酸溶液由质量浓度为37％的盐酸溶液与质量浓度为99％的乙酸溶液按照1:1～1:2.5的体积比配制而成；步骤二中所述浸泡的时间为10min～20min。
7.根据权利要求4所述的脱膜方法，其特征在于，步骤一中所述高Cr耐蚀不锈钢表面的氧化膜的厚度为15μm，对应步骤三中所述脱膜处理的时间为50s～120s。
8.根据权利要求4所述的脱膜方法，其特征在于，步骤一中所述高Cr耐蚀不锈钢表面的氧化膜的厚度为20μm，对应步骤三中所述脱膜处理的时间为80s～200s。
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