CN1480565A - 不锈钢表面电化学氧化处理方法 - Google Patents

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Abstract

不锈钢表面电化学氧化处理方法是一种不锈钢表面氧化处理方法，将经过脱脂处理的不锈钢材料置于硫酸、铬酸、钼酸盐、锰盐和水的电化学氧化混合液中，经正负电流交替变换，电流密度为10～100mA/dm2，在30～60℃温度的条件下，经过5～20分钟处理形成一薄层尖晶石氧化物，混合液的每升配比为硫酸100～600克、铬酸为50～300克、钼酸盐为1～20克、锰盐为1～20克，正负电流交换时间间隔为5～30秒钟，具有耐腐蚀性好、材料表面不变色、成本低、污染少、工艺简单和容易控制等特点，可广泛用于化工、食品、印染、化妆品、生物制药和机电等领域。

Description

不锈钢表面电化学氧化处理方法
一、技术领域
本发明是一种不锈钢表面氧化处理方法，特别是一种不锈钢表面电化学氧化处理方法。
二、背景技术
不锈钢材料在水、蒸汽、空气中是耐蚀“不锈”的，但在许多腐蚀介质中特别是含Nox、Sox、CL-、SO4 2-的气体和离子介质中容易形成孔蚀、点蚀、缝隙腐蚀等，不能适应应用越来越多的化工、食品、化妆品、生物制药、机电……等产品的耐蚀性能要求。为此，近几年来，有许多国际技术专利、采用材料经电化学研磨(抛光)及在氧化性酸(如硝酸等)或氧化性气氛中进行高温钝化(不动态化)处理，但它的耐蚀性能提高不多，且改变了不锈钢材料的本色。又如有的采用有机物(如丙烯酸树脂等)涂复；有的要求电镀铬。这些技术虽然提高了材料的耐蚀性能，但许多场合不能应用(如涂复有机物)，镀铬成本过高，且易剥落。
日本公开特许昭64—4494(1989年)提出一种在铬酸——硫酸混合溶液中用电化学方法形成氧化膜可以大幅度提高耐蚀性且可保持不锈钢材料本色。但该专利用阳极氧化—阴极坚膜—钼盐封孔的三步法，阳极氧化工艺极难控制，易变色，需采用白金(铂)作参比极板，该专利亦未提及三废控制。因此，工程上没有得到推广应用。
三、发明内容
本发明提供一种工艺容易控制、耐腐蚀性能好又能保持不锈钢材料本色的不锈钢表面电化学氧化处理方法。
本发明将经过常规方法脱脂处理的不锈钢材料(工件)置于硫酸—铬酸—钼酸盐、锰盐和水的电化学氧化混合液中，经正负电流交替变换，电流密度为10～100mA/(dm2，在30～60℃温度的条件下，经过5～20分钟时间处理形成一薄层尖晶石氧化膜，然后将其在清水中清洗，再进行干燥处理。本发明经过多次实验对比，其电化学氧化混合液的每升配比为硫酸100～600克、铬酸为50～300克、钼酸盐为1～20克、锰盐为1～20克。本发明采用的正负电流交替变换的时间可以为正方向5～30秒、负方向5～30秒。
本发明的电化学氧化混合液中有锰盐，有利于促进氧化膜的形成，有利于提高膜的耐腐蚀性，形成的尖晶石氧化膜为宝石型氧化膜，润泽透亮，再经封孔剂封孔，不仅使不锈钢材料具有耐腐蚀、耐磨和无毒性的特点，而且色泽仍保持不锈钢材料的美丽本色，许多场合下不锈钢工件可以只经过机械抛光，不需要电化学研磨(抛光)就可以达到镜面效果，工艺简单且容易控制，耗电量少、成本低、工效高。当首道清洗水中的电化学氧化混合液达到一定浓度时，可采用干燥蒸馏法去水分回收重用，既利于降低生产成本又有利于减少污染，甚至接近无污染排放。由于采用微电流，电析出铁少，溶液寿命长，可连续使用2～3年不更换，溶液中Fe+2离子不超过3～5克/升(以20克/升为限)。本发明对有焊缝的工件处理时，可不经过电化学研磨(抛光)而直接进行氧化处理，可不显露焊缝痕迹，达到电化学研磨的光亮度，且有更好的耐蚀性能。本发明可广泛用于化工、食品、印染、化妆品、生物制药和机电等领域。
四、具体实施方式
本发明可采用以下具体方式实施：选用SUS304不锈钢材料，厚度为1mm的镜面板，按常规方法对不锈钢材料进行脱脂处理；再将其置于温度为40-60℃的电化学氧化混合液中处理8-15分钟，交变电流密度为20～50mA/dm2，电化学氧化混合液的每升配比为硫酸300～500克、铬酸为150～250克、钼酸盐为5～10克、锰盐为5～10克、其余为水；然后将表面有厚度为10～100A0的氧化膜的不锈钢材料在清水中清洗后，再进行常规干燥处理即可。本发明的工作原理是不锈钢材料在氧化混合液中，在交变电场作用下在阳极区产生 (Me指Fe、Ni、Mn等)，在阴极区产生 ，在不锈钢材料(工件)表面，Cr3+、Me2+的浓度达到饱和而沉积成膜： ，式中2r＝2a+3b，a和b为系数。由于氧化膜在不断生长过程中需经微孔析出Me2+，故氧化膜为多孔性膜。为了进一步提高氧化膜的耐腐蚀性能，可在氧化膜生成后增加封孔工艺，即将生成氧化膜后的不锈钢材料(工件)在清水清洗后，置于温度为15～60℃的封孔液中浸渍10～30分钟，再在清水中清洗后进行干燥处理。封孔液由封孔剂和水混合而成，封孔剂采用铬酸—钼酸盐，每升封孔液的配比为铬酸5～20克、钼酸盐(钠盐或铵盐)5～60克(最佳为20～30克)，其余为水。本发明实施例的氧化工艺条件和封孔工艺条件如表1、表2所示，不锈钢材料选用厚度为1mm的SUS304镜面板，具体尺寸可见表3。实施例1为经过表1的氧化工艺条件处理，实施例2不仅经过表1的氧化工艺条件处理，而且经过表2的封孔工艺条件处理。按照国际ISO规定的不锈钢快速腐蚀试验标准：用30Wt％，FeCL3·6H2O的水溶液浸渍2小时(30℃)，腐蚀的镜面板为原色，以不变色为准。为了便于比较，对四种相同材料(SUS304镜面板)不同表面处理的结果进行同样条件的腐蚀后，其结论如表3所示，表中状态为钝化是指在50％硝酸溶液中浸渍2小时(30℃)，表中外观为X是指表面变色有很多腐蚀麻点，◎是指比镜面板更润泽光亮、很少腐蚀麻点。表1为氧化处理工艺条件表
混合溶液(升) 温度   电流密度 正电流 负电流   极板 时间
CrO3    150克H2SO4  400克钼酸钠    20克硫酸锰    10克其余为水 55℃  80mA/dm2  10秒 10秒  SUS304 15分
表2为封孔处理工艺条件表
封孔液(升) 温度 极板 时间
铬酸      15克钼酸盐    20克其余为水 25℃ SUS304 20分
表3为相同材料的四种表面处理的结果经过同样腐蚀(在30％FCL3溶液30℃浸蚀2小时)后的比较表
编号 状态 浸蚀前重量W1(g) 浸蚀前重量W2(g) 面积   失重(g/M2) 外观
比较例1 未处理 18.9693  17.6346  42.12  316.8803    ×
比较例2 钝化 19.6820  18.5102  42.90  273.1468    ×
实施例1 氧化 19.0532  19.0256  42.12  6.5527    ◎
实施例2 氧化+封孔 18.5125  18.4893  41.34  5.6119    ◎

Claims (6)

1、一种不锈钢表面电化学氧化处理方法，其特征在于将经过常规方法脱脂处理的不锈钢材料(工件)置于硫酸—铬酸—钼酸盐、锰盐和水的电化学氧化混合液中，经正负电流交替变换，电流密度为10～100mA/dm2，在30～60℃温度的条件下经过5～20分钟时间处理形成一薄层尖晶石氧化膜，然后将其在清水中清洗，再进行干燥处理。
2、根据权利要求1所述的不锈钢表面电化学氧化处理方法，其特征在于电化学氧化混合液的每升配比为：硫酸100～600克、铬酸为50～300克、钼酸盐为1～20克、锰盐为1～20克。
3、根据权利要求1所述的不锈钢表面电化学氧化处理方法，其特征在于正负电流交替变换的时间为正方向5～30秒，负方向5～30秒。
4、根据权利要求1、2或3所述的不锈钢表面电化学氧化处理方法，其特征在于最佳工艺条件为表面电化学氧化混合液的每升配比为硫酸300～500克、铬酸150～250克、钼酸盐5～10克、锰盐5～10克、其余为水，电流密度为20～50mA/dm2，温度为40～60℃，处理时间为8～15分钟。
5、根据权利要求4所述的不锈钢表面电化学氧化处理方法，其特征在于将生成氧化膜后的不锈钢材料(工件)在清水清洗后，置于温度为15～60℃的封孔液中浸渍10-30分钟，再在清水中清洗后进行干燥处理。
6、根据权利要求5所述的不锈钢表面电化学氧化处理方法，其特征在于封孔液的每升配比为铬酸5-20克、钼酸盐(钠盐或铵盐)5-60克(最佳为20-30克)，其余为水。
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