CN1222637C - 钢铁表面敏化发黑剂及使用该发黑剂的发黑工艺方法 - Google Patents
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Abstract
一种常温钢铁表面敏化发黑剂及使用该发黑剂的发黑工艺方法，该发黑剂包括敏化剂及常温发黑液，其配方为：①敏化液：CuSO4·5H2O：4～10g/l，NiSO4·7H2O：1～5g/l，柠檬酸钠：4～10g/l，酒石酸：4～10g/l，氨基磺酸：4～10g/l，H2O：余量，pH＝2～4；②常温发黑液：硫化钠：40～100g/l，乙醇：20～50ml/l，H2O：余量，pH＝8～10。将该发黑剂用于钢铁表面发黑的工艺方法，包括以下主要工艺过程：①预处理②将经过预处理后的钢铁件在25℃左右的常温下浸入本发明之常温发黑剂的敏化液中浸泡2～6分钟进行敏化；③将敏化后的钢铁件清洗干净后再浸入本发明之常温发黑剂的发黑液中浸泡3～5分钟形成发黑膜。
Description
一、技术领域：
本发明涉及金属表面化学处理技术领域，具体的说是涉及钢铁表面进行化学氧化发黑的钢铁常温无毒发黑剂及使用该发黑剂的发黑工艺方法。
二、背景技术：
在钢铁表面通过发黑剂在钢铁表面上形成氧化膜的技术广泛的应用在机械、兵器、钟表等行业中。传统的钢铁发黑是在135～150℃的碱性亚硝酸钠溶液中进行的，处理时间长，能耗高，污染重，效率低，工作环境差，对操作者的身体极为不利；这使得近年来许多研究者对钢铁常温发黑工艺展开了研究工作，并推出了多种发黑剂及发黑工艺，但所研制的多数发黑剂中均含有亚硒酸盐，亚硒酸盐为有毒物质，易对人体造成危害，对环境造成污染；此外所用的工艺方法多采用一种发黑液的一步发黑法，成膜质量不够高。
三、发明内容：
本发明所要解决的技术问题是：解决现有钢铁常温发黑剂有毒或发黑液不够稳定以及发黑产生的表面膜层附着力差、耐蚀性低的问题，提供一种在常温下使用、表面发黑工艺过程及排放无污染，溶液无异味、对人体无毒无害的钢铁表面敏化快速发黑剂及用该敏化发黑剂的发黑工艺方法。
其技术方案是：
一种常温钢铁表面敏化发黑剂，包括敏化液及常温发黑液，其配方分别如下：
①敏化液：
CuSO4·5H2O：4～10g/l NiSO4·7H2O：1～5g/l
柠檬酸钠：4～10g/l 酒石酸：4～10g/l
氨基磺酸：4～10g/l H2O：余量
pH＝2～4
②常温发黑液：
硫化钠：40～100g/l 乙醇：20～50ml/l
H2O：余量
pH＝8～10
一种使用常温钢铁表面敏化发黑剂的发黑工艺方法，其特征在于：它包括以下工艺过程：
①预处理：将钢铁件表面除油、酸洗和漂洗；
②敏化：将经过预处理后的钢铁件在常温下浸入如下所述的敏化液中浸泡2～6分钟进行敏化；
CuSO4·5H2O：4～10g/l NiSO4·7H2O：1～5g/l
柠檬酸钠：4～10g/l 酒石酸：4～10g/l
氨基磺酸：4～10g/l H2O：余量
pH＝2～4
③水洗：将敏化后的钢铁件用水清洗干净；
④黑化：将清洗干净后的钢铁件在常温下再浸入如下所述的发黑液中浸泡3～5分钟；
硫化钠：40～100g/l 乙醇：20～50ml/l
H2O：余量
pH＝8～10
⑤清洗：将黑化后的钢铁件用水清洗；
⑥后处理：将清洗后的发黑件封闭后浸脱水防锈油，进一步提高其耐蚀性能。
本发明的优点如下：
1、膜层成分稳定、附着力好；敏化液中硫酸铜是主成膜剂，硫酸镍是辅助成膜剂，当钢铁件与主成膜剂反应的同时，自发伴随产生辅成膜反应，从而改变膜的组成和结构，改善发黑膜的耐蚀性和附着力等性能。本发明除用柠檬酸钠作为络合剂及稳定剂以外还加入酒石酸和氨基磺酸作为络合剂及稳定剂，进一步增强了络合作用、稳定了溶液的性能；调整了成膜反应速度，使成膜速度更快、膜的质量更好。
本发明之发黑剂分为敏化液及发黑液，其成膜机理分为以下几步：
(1)铁基体和铜离子发生置换反应：
(2)硫化钠盐等与Fe、Cu反应生成黑色物质，形成黑膜：
(3)反应生成的Fe2+空气中的O2反应，生成Fe3+转化成Fe3O4：
通过检测分析，膜层成分中含有S、Fe、Cu、O几种元素，从这些元素中可以看出常温发黑的膜层成分不是简单的Fe3O4，还含有FeS、CuS等，因而，膜层稳定。
此外，发黑工艺分成两步，敏化液为酸性，黑化液为碱性，在敏化后进行第一次清洗，去掉钢铁件表面残留的H+，然后，再放入碱性的黑化液中黑化使生成的盐更稳定，从而膜的质量也更高。
进行性能实验：①进行硫酸铜点滴试验，在40秒内未出现变色、铜斑、锈点，完全符合机电部标准WJ535-82的规定；②用3％氯化钠溶液试验，在15～20℃条件下将发黑零件浸泡3小时，无接触斑点和锈点。
2、发黑剂中不含硒酸盐、磷酸及磷酸盐，发黑剂及排出物无毒、无臭，无刺激性气味；
四、附图说明：
本发明发黑工艺流程图
五、具体实施方式：
实施例：
一种常温钢铁表面敏化发黑剂，包括敏化液及常温发黑液，其配方分别如下：
①敏化液：
CuSO4·5H2O：4～10g/l NiSO4·7H2O：1～5g/l
柠檬酸钠：4～10g/l 酒石酸：4～10g/l
氨基磺酸：4～10g/l H2O：余量
pH＝2～4
②常温发黑液：
硫化钠：40～100g/l 乙醇：20～50ml/l
H2O：余量
pH＝8～10
一种将上述常温钢铁表面敏化发黑剂用于钢铁表面发黑的工艺方法，它包括以下工艺过程：
①预处理：将钢铁件表面除油、酸洗和漂洗；
②敏化：将经过预处理后的钢铁件在常温下浸入如下所述的敏化液中浸泡2～6分钟进行敏化；
CuSO4·5H2O：4～10g/l NiSO4·7H2O：1～5g/l
柠檬酸钠：4～10g/l 酒石酸：4～10g/l
氨基磺酸：4～10g/l H2O：余量
pH＝2～4
③水洗：将敏化后的钢铁件用水清洗干净；
④黑化：将清洗干净后的钢铁件在常温下再浸入如下所述的发黑液中浸泡3～5分钟；
硫化钠：40～100g/l 乙醇：20～50ml/l
H2O：余量
pH＝8～10
⑤清洗：将黑化后的钢铁件用水清洗干净；
⑥后处理：将清洗后的发黑件封闭后浸脱水防锈油，进一步提高其耐蚀性能。
本发明工艺过程所指的常温，是指15～35℃的温度，温度低，反应速度稍慢，温度高，反应速度快。
Claims (2)
1、一种常温钢铁表面敏化发黑剂，其特征在于：该发黑剂包括敏化液及常温发黑液，其配方分别如下：
①敏化液：
CuSO4·5H2O：4～10g/l NiSO4·7H2O：1～5g/l
柠檬酸钠：4～10g/l 酒石酸：4～10g/l
氨基磺酸：4～10g/l H2O：余量
pH＝2～4
②常温发黑液：
硫化钠：40～100g/l 乙醇：20～50ml/l
H2O：余量
pH＝8～10
2、使用如权利要求1所述的常温钢铁表面敏化发黑剂的发黑工艺方法，其特征在于：它包括以下工艺过程：
①预处理：将钢铁件表面除油、酸洗和漂洗；
②敏化：将经过预处理后的钢铁件在常温下浸入如下所述的敏化液中浸泡2～6分钟进行敏化；
CuSO4·5H2O：4～10g/l NiSO4·7H2O：1～5g/l
柠檬酸钠：4～10g/l 酒石酸：4～10g/l
氨基磺酸：4～10g/l H2O：余量
pH＝2～4
③水洗：将敏化后的钢铁件用水清洗干净；
④黑化：将清洗干净后的钢铁件在常温下再浸入如下所述的发黑液中浸泡3～5分钟；
硫化钠：40～100g/l 乙醇：20～50ml/l
H2O：余量
pH＝8～10
⑤清洗：将黑化后的钢铁件用水清洗干净；
⑥后处理：将清洗后的发黑件封闭后浸脱水防锈油，进一步提高其耐蚀性能。
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