CN1995458A - 一种提高不锈钢表面亲水性能的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种提高不锈钢表面亲水性能的方法，采用酸性或碱性处理溶液，于高温下与含铬或含镍或含钛的不锈钢表面实现化学反应，在不锈钢表面生成一层具有较小接触角的薄膜，从而提高了不锈钢的表面亲水性能。该方法操作简便，适用于不同形状、不同尺寸的不锈钢产品。

Description

一种提高不锈钢表面亲水性能的方法
技术领域
本发明涉及一种用于提高不锈钢亲水性能的表面处理方法，具体地说，是一种通过化学或电化学反应，在不锈钢表面形成一层具有良好亲水性能的薄膜的方法。
背景技术
不锈钢因其优异的耐腐蚀性能而在工业经济中大量应用，尤其是在石油、化工、医药等领域，许多容器、设备均由不锈钢制造，在很大程度上减少了上述领域的腐蚀损失。因此，在许多存在腐蚀的场合，如中国专利200320101456.4和00214919.2所述填料塔的填料，以及医药设备管件、厨卫水槽过滤器等器件，不锈钢都是设计者首选的金属材料。
然而，上述应用场合或需要实现反应液体在不锈钢表面上的均匀分布，或需要实现水性液体在不锈钢表面的完全浸润，均对不锈钢的亲水性能提出了较高需求。常用的不锈钢与纯水的接触角在50°左右，不能完全满足上述场合的亲水性使用要求，需要通过表面处理的方法来提高不锈钢的表面亲水性。
中国专利02258985.6对通过表面处理来提高不锈钢亲水性有述及，但并未给出任何处理的方法和技术；中国专利00109334.7给出了一种不锈钢表面钝化处理的方法，但仅限于改善不锈钢的耐腐蚀性能，对其亲水性未有任何述及。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种提高不锈钢表面亲水性能方法，它通过化学或电化学反应，在不锈钢表面形成一层具有良好亲水性能的薄膜。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：
一种提高不锈钢表面亲水性能的方法，其特征在于包括如下步骤：
采用浸泡、喷淋或刷涂等方式，将不锈钢产品与酸性或碱性处理溶液充分接触，在20～110℃温度下，通电或不通电反应3～60分钟，通过化学或电化学反应，在不锈钢表面形成一层具有良好亲水性能的薄膜，最后将不锈钢产品置于清水中漂洗干净并干燥即可。
所述的处理液是一种水溶液，含有H+、NH4 +、Na+、K+、Zn2+、Cu2+、Fe3+、Mn2+、Ni2+、Ca2+、Mg2+阳离子中的至少一种，以及OH-、Cl-、NO3 -、MnO4 -、SO4 2-、CrO4 2-、Cr2O7 2-、SO3 2-、BO4 3-阴离子中的至少一种。
本发明进一步的技术方案为：
所述的处理溶液中阳离子和阴离子的组成为：
阳离子组成 阴离子组成
离子 含量范围(mol/L) 离子 含量范围(mol/L)
H+ 1～31(酸性)，0(碱性) OH 0(酸性)，11～20(碱性)
NH4 + 0～0.4 Cl 0～0.5
Na+ 0～22 NO3 0～0.3
K+ 0～4 SO4 2- 0.3～11
Zn2+ 0～0.5 CrO4 2- 0.3～3
Cu2+ 0～0.2 MnO4 - 0～0.6
Fe3+ 0～0.5 BO4 3- 0～0.4
Mn2+ 0～0.5 Cr2O7 2- 0～2.4
Ni2+ 0～0.2 SO3 2- 0～0.4
Ca2+ 0～0.1
Mg2+ 0～0.1
所述的处理溶液中所含阳离子和阴离子均是由化学物质溶于水中而得到的，其浓度均允许在一定范围内变动，并在该范围内均可正常工作。所述的化学物质包括硼酸、硫酸、亚硫酸、硝酸、硫酸钠、硫酸锌、硫酸锰、硫酸铜、硫酸铁、硫酸镍、硫酸钾、硫酸铵、硼酸钠、硼酸钾、氯化钙、氯化镁、氯化钾、氯化钠、氯化锌、氯化锰、氯化钙、盐酸、亚硫酸钠、硝酸钠、硝酸钾、重铬酸钾、重铬酸钠、铬酐、高锰酸钾、氢氧化钾、氢氧化钠。
所述溶液的最佳工作温度随处理液组成的不同而不同，在20～110℃范围内，选定最佳温度后，上下温差保持在正负10℃均可正常成膜。
处理时间在3～60分钟均可成膜，但对于不同的溶液组成，分别有一个最佳处理时间。
处理时可以不通电直接进行化学处理，也可以将不锈钢产品作阳极，另取不锈钢板作阴极，阴阳极均置于处理液中，两端施加一个0～8伏的直流电压进行电化学处理。
该方法杂质容忍度强，可以用于至少含Cr、Ni和Ti中一种成分的不锈钢。用该方法处理过的不锈钢产品，还可以做固膜、封孔、涂、镀等后处理。
本发明采用酸性或碱性处理溶液，于高温下与含铬或含镍或含钛的不锈钢表面实现化学反应，在不锈钢表面生成一层具有较小接触角的薄膜，从而提高了不锈钢产品表面的亲水性能。它与现有技术相比具有方法操作简便，成本低，处理过不锈钢产品表面亲水性能良好等优点，适用于不同形状、不同尺寸的不锈钢产品。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1：
在耐腐蚀的塑料或不锈钢槽内配置100L溶液，所用化学物质为硫酸、硫酸钠、硫酸锌、硫酸锰、硫酸铁、硫酸钾、重铬酸钾、重铬酸钠、铬酐、高锰酸钾。将上述化学物质溶于水，使溶液达到以下要求：阳离子组成为：H+：15.15mol/L，Na+：0.05mol/L，K+：0.05mol/L，Zn2+：0.05mol/L，Mn2+：0.05mol/L，Fe3+：0.05mol/L；阴离子组成为：SO4 2-：5.15mol/L，CrO4 2-：2.55mol/L，Cr2O7 2-：0.05mol/L，MnO4 -：0.1mol/L。
首先将溶液加热至70℃并在60～80℃保持温度，将10个不锈钢零件(水槽过滤器，材料为1Cr18Ni9Ti)浸入溶液中，各零件之间保持不接触并适当搅拌，保温25分钟后将零件取出，用清水冲洗干净后在80℃烘箱中烘干。处理后的不锈钢表面呈蓝黑色，亲水性良好。
实施例2：
在耐腐蚀槽内配置100L溶液，所用化学物质为硫酸、硫酸锌、硫酸铜、硫酸镍、硫酸钾、氯化钾、重铬酸钾、铬酐。将上述化学物质溶于水，使溶液达到以下要求：阳离子组成为：H+：6mol/L，K+：3.2mol/L，Zn2+：0.4mol/L，Cu2+：0.2mol/L，Ni2+：0.2mol/L；阴离子组成为：SO4 2-：2.4mol/L，CrO4 2-：0.4mol/L，Cr2O7 2-：2.4mol/L，Cl-：0.4mol/L。
将316不锈钢纤维束放入空的耐腐蚀槽内，再将溶液加热至80℃并在70～90℃保持温度，通过耐腐蚀泵抽取溶液喷淋到不锈钢纤维束上，并适当抖动不锈钢纤维，循环20分钟后停止喷淋，将不锈钢纤维用清水冲洗干净后用热风吹干。处理后的不锈钢表面呈青蓝色，亲水性良好。
实施例3：
配置2L溶液，所用化学物质为硫酸钠、硫酸镍、硫酸钾、硫酸钙、硫酸镁、氯化钙、氯化镁、氯化钾、氯化钠、亚硫酸钠、硝酸钠、硝酸钾、高锰酸钾、氢氧化钾、氢氧化钠。将上述化学物质溶于水，使溶液达到以下要求：阳离子组成为：Na+：20.2mol/L，K+：0.6mol/L，Ca2+：0.1mol/L，Mg2+：0.1mol/L，Ni2+：0.1mol/L；阴离子组成为：SO3 2-：0.4mol/L，NO3 -：0.3mol/L，Cl-：0.5mol/L，MnO4 -：0.6molg/L，OH-：19.4mol/L。
首先将溶液加热至100℃并在90～110℃保持温度，将1个不锈钢零件(1Cr13)浸入溶液中，零件与容器壁之间保持不接触并适当搅拌，保温15分钟后将零件取出，用80℃的清水冲洗干净即可。处理后的不锈钢表面呈黑色，亲水性良好。
实施例4：
在不锈钢容器内配置5L溶液，所用化学物质为硫酸、硫酸钠、硫酸铵、硫酸锰、硫酸钾、硼酸、硼酸钠、硼酸钾、重铬酸钾、重铬酸钠。将上述化学物质溶于水，使溶液达到以下要求：阳离子组成为：Na+：0.1mol/L，K+：0.15mol/L，H+：1mol/L，Mn2+：0.15mol/L，NH4 +：0.3mol/L；阴离子组成为：SO4 2-：0.3mol/L，BO4 3-：0.35mol/L，Cr2O7 2-：0.1mol/L。
溶液温度保持在20-40℃之间，将1个不锈钢零件(水槽过滤器，材料为1Cr18Ni9Ti)浸入溶液中作为阳极，不锈钢容器壁为阴极，零件与阴极之间保持不接触并适当搅拌，两端加上直流电，并在20分钟内缓慢将电压调至6V，之后将零件取出，用清水冲洗干净后在80℃的烘箱中烘干。处理后的不锈钢表面呈黑色，亲水性良好。
实施例5：
在耐腐蚀的不锈钢槽内配置5L溶液，所用化学物质为硫酸、盐酸、硫酸钠、硫酸钙、硫酸钾、氯化钾、氯化钠、氯化钙、铬酐、高锰酸钾。将上述化学物质溶于水，使溶液达到以下要求：阳离子组成为：H+：3.9mol/L，Na+：0.1mol/L，K+：0.1mol/L，Ca2+：0.05mol/L；阴离子组成为：SO4 2-：1.55mol/L，CrO4 2-：0.55mol/L，Cl-：0.1mol/L，MnO4 -：0.1mol/L。
首先将溶液加热至80℃并在70～90℃保持温度，将1个不锈钢零件(水槽过滤器)浸入溶液中，适当搅拌，保温40分钟后将零件取出，用清水冲洗干净后在80℃烘箱中烘干。处理后的不锈钢表面呈蓝色，亲水性良好。
实施例6：
在耐腐蚀的塑料槽内配置5L溶液，所用化学物质为硫酸、硫酸钠、硫酸锌、硫酸锰、硫酸铁、硫酸钾、重铬酸钾、重铬酸钠、铬酐、高锰酸钾。将上述化学物质溶于水，使溶液达到以下要求：阳离子组成为：H+：30.2mol/L，Na+：0.05mol/L，K+：0.05mol/L，Zn2+：0.1mol/L，Mn2+：0.1mol/L，Fe3+：0.1mol/L；阴离子组成为：SO4 2-：10.2mol/L，CrO4 2-：5.1mol/L，Cr2O7 2-：0.1mol/L，MnO4 -：0.2mol/L。
首先将溶液加热至70℃并在60～80℃保持温度，将1个不锈钢零件(水槽过滤器，材料为1Cr18Ni9Ti)浸入溶液中，适当搅拌，保温3分钟后将零件取出，用清水冲洗干净后在80℃烘箱中烘干。处理后的不锈钢表面呈蓝色，亲水性良好。
实施例7：
其它条件同实施例1，所不同的是将实施例1中的100L溶液用去离子水稀释到200L，零件在溶液中的保温时间为60分钟。处理后的不锈钢表面呈黑色，亲水性良好。
实施例8：
在耐腐蚀槽内配置5L溶液，所用化学物质为硫酸、硫酸镍、硫酸锌、硫酸铜、硫酸钾、盐酸、氯化镍、氯化锌、氯化铜、氯化钾、重铬酸钾、铬酐。将上述化学物质溶于水，使溶液达到以下要求：阳离子组成为：H+：10mol/L，K+：2mol/L，Zn2+：0.1mol/L，Cu2+：0.1mol/L，Ni2+：0.2mol/L；阴离子组成为：SO4 2-：5.1mol/L，CrO4 2-：0.1mol/L，Cr2O7 2-：1.1mol/L，Cl-：0.2mol/L。
首先将溶液加热至70℃并在60～80℃保持温度，将1个不锈钢零件(水槽过滤器，材料为1Cr18Ni9Ti)浸入溶液中，适当搅拌，保温15分钟后将零件取出，用清水冲洗干净后在80℃烘箱中烘干。处理后的不锈钢表面呈蓝色，亲水性良好。
实施例9：
其它条件同实施例2，所不同的是将实施例2中的100L溶液用去离子水稀释到200L，溶液工作温度保持在80～100℃，零件在溶液中的保温时间为30分钟。处理后的不锈钢表面呈黑色，亲水性良好。
实施例10：
其它条件同实施例3，所不同的是将实施例3中的2L溶液用去离子水稀释到5L，溶液工作温度保持在90～100℃，零件在溶液中的保温时间为30分钟。处理后的不锈钢表面呈黑色，亲水性良好。
实施例11：
其它条件同实施例4，所不同的是将实施例4中的5L溶液用去离子水稀释到20L，并在30分钟内缓慢将电压调至8V。处理后的不锈钢表面呈黑色，亲水性良好。
实施例12：
取实施例9中的溶液5L置于不锈钢容器内，加热至70℃并在60～80℃保持温度。将1个不锈钢零件(水槽过滤器，材料为1Cr18Ni9Ti)浸入溶液中，适当搅拌。零件与阴极之间加上直流电，并在15分钟内缓慢将电压调至5V后将零件取出，用清水冲洗干净后在80℃烘箱中烘干。处理后的不锈钢表面呈黑色，亲水性良好。

Claims (5)

1、一种提高不锈钢表面亲水性能的方法，其特征在于包括如下步骤：
采用浸泡、喷淋或刷涂的方式，将不锈钢产品与酸性或碱性处理溶液充分接触，在20～110℃温度下，通电或不通电反应3～60分钟，最后将不锈钢产品置于清水中漂洗干净并干燥；
所述的处理溶液是一种水溶液，含有H+、NH4 +、Na+、K+、Zn2+、Cu2+、Fe3+、Mn2+、Ni2+、Ca2+、Mg2+阳离子中的至少一种，以及OH-、Cl-、NO3 -、MnO4 -、SO4 2-、CrO4 2-、Cr2O7 2-、SO3 2-、BO4 3-阴离子中的至少一种。
2、根据权利要求1所述的提高不锈钢表面亲水性能的方法，其特征在于：所述的处理溶液中阳离子的组成为：H+ 1～31mol/L，NH4 + 0～0.4mol/L、Na+ 0～22mol/L、K+ 0～4mol/L、Zn2+ 0～0.5mol/L、Cu2+ 0～0.2mol/L、Fe3+ 0～0.5mol/L、Mn2+ 0～0.5mol/L、Ni2+ 0～0.2mol/L、Ca2+ 0～0.1mol/L、Mg2+ 0～0.1mol/L；阴离子的组成为：OH- 11～20mol/L、Cl- 0～0.5mol/L、NO3 - 0～0.3mol/L、MnO4 - 0～0.6mol/L、SO4 2- 0.3～11mol/L、CrO4 2- 0.3～3mol/L、Cr2O7 2- 0～2.4mol/L、SO3 2- 0～0.4mol/L、BO4 3 0～0.4mol/L。
3、根据权利要求1或2所述的提高不锈钢表面亲水性能的方法，其特征在于：处理溶液中所含阳离子和阴离子均是由化学物质溶于水中而得到的，所述的化学物质包括硼酸、硫酸、亚硫酸、硝酸、硫酸钠、硫酸锌、硫酸锰、硫酸铜、硫酸铁、硫酸镍、硫酸钾、硫酸铵、硼酸钠、硼酸钾、氯化钙、氯化镁、氯化钾、氯化钠、氯化锌、氯化锰、氯化钙、盐酸、亚硫酸钠、硝酸钠、硝酸钾、重铬酸钾、重铬酸钠、铬酐、高锰酸钾、氢氧化钾、氢氧化钠。
4、根据权利要求1或2所述的提高不锈钢表面亲水性能的方法，其特征在于：处理时可以不通电直接进行化学处理，也可以将不锈钢产品作阳极，另取不锈钢板作阴极，阴阳极均置于处理液中，两端施加一个0～8伏的直流电压进行电化学处理。
5、根据权利要求1或2所述的提高不锈钢表面亲水性能的方法，其特征在于：所述处理的不锈钢产品至少含Cr、Ni和Ti中的一种成分。
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