一种用于钢铁的黑色化学氧化液及其应用制造技术

本发明专利技术涉及金属材料表面处理技术领域，涉及一种用于钢铁的黑色化学氧化液及其应用。该黑色化学氧化液包含成膜剂、氧化剂、还原剂、稳定剂、pH缓冲剂、缓蚀剂、助剂和水，其中：每1L黑色化学氧化液中含有1～10g成膜剂、0.1～8g氧化剂、1～20g还原剂、1～10g稳定剂、1～8g pH缓冲剂、1～8g缓蚀剂和1～8g助剂，余量为水。该黑色化学氧化液在基础型配方基础上添加了氧化剂与缓蚀剂，在保证节能、绿色、安全、高效的前提下，提高了黑色氧化膜的耐蚀性和附着力等性能。本发明专利技术的黑色化学氧化液配方合理，成膜效率高，操作简便，有利于工业化推广应用。

Black chemical oxidation liquid used for iron and steel and application thereof

The invention relates to the technical field of surface treatment of metal materials, in particular to a black chemical oxidation liquid used for steel and an application thereof. The black chemical oxidation liquid contains a film-forming agent, oxidizing agent, reducing agent, stabilizer, pH buffering agent, corrosion inhibitor, additives and water, including: 1 ~ 10g, 0.1 ~ 8g film forming agent, oxidizing agent, reducing agent 1 ~ 20g and 1 ~ 10g, 1 ~ 8g stabilizer pH slow granule, 1 ~ 8g and 1 ~ 8g inhibitor additives containing each 1L black chemical oxidation solution, the balance of water. The black liquid chemical oxidation based on formula based on the added oxidant and inhibitor, on the premise of energy saving, green, safe and efficient, improve the black oxide film on the corrosion resistance and adhesion properties. The chemical oxidation solution of the invention has the advantages of reasonable formula, high film forming efficiency, simple operation and favorable for industrial popularization and application.

【技术实现步骤摘要】
一种用于钢铁的黑色化学氧化液及其应用
本专利技术涉及金属材料表面处理
，涉及一种用于钢铁的黑色化学氧化液及其在钢铁件低温黑色化学氧化处理中的应用。
技术介绍
作为一种金属表面防护技术，钢铁黑色化学氧化工艺被广泛运用到生产实际中。同时，由于其具有高效、节能、成膜效果好等优点，因而成为研究的热点。目前，应用最为广泛的高温碱性发黑工艺和常温有毒发黑工艺存在环境污染严重、对人体伤害较大等弊端，因此科研人员开发出更加节能、环保、安全、高效的黑色氧化处理方法——常温无毒氧化发黑工艺。但是，相比于传统的高温碱性发黑工艺和常温有毒发黑工艺，常温无毒氧化发黑工艺制得的黑色氧化膜的耐蚀性和附着力等性能不高，因而对工艺的预处理与后处理的要求较高。常温氧化发黑液一般包括主要成膜物质(成膜剂)、辅助成膜物质(助剂)、氧化剂、络合剂以及润湿剂等。其中，主要成膜物质与辅助成膜物质在使用范围上有很大的选择，通常按照物质有无毒性进行分类，主要分为常温有毒发黑液和常温无毒发黑液。在现有的常温氧化发黑工艺中，最具代表性的常温有毒氧化发黑为硒铜系发黑，而常温无毒氧化发黑主要是以替代毒性硒为目的的无硒发黑。中国专利技术专利申请CN101935833A公开了一种不锈钢发黑剂及发黑方法，其发黑温度为115～127℃，属于高温化学氧化发黑法，耗能大，碱性强，对环境污染大(CN101082129A中存在类似问题)。中国专利技术专利申请CN102965652A中公开的发黑剂中含有铬元素，会使研发后产品的污染系数上升，不利于推广使用。中国专利技术专利申请CN102899650A中公开的发黑配方中含有硒元素，属于常温有毒发黑液，并且没有公开使用工艺参数，无法应用。中国专利技术专利申请CN101698955A中公开了一种不锈钢表面电化学发黑方法，以待发黑的不锈钢为阳极，在发黑过程中会消耗不锈钢，并且发黑溶液中仍采用了六价铬，对环境和人体健康存在危害。中国专利技术专利申请CN103290400A中公开了一种自愈合环保型钢铁常温发黑剂，由主成膜剂、二次成膜剂、膜层防裂剂、发黑稳定剂、表面活性剂和溶剂水组成，但其配方中含有镍元素，对环境污染大。中国专利技术专利申请CN104032293A中公开了一种不含镍单组分高耐蚀性环保黑色磷化液，其含有主成膜剂25～50g、成膜助剂5～25g、促进剂0.1～3g、晶粒细化剂60～80g、稳定剂0.5～2g、发黑剂0.05～1g、发黑助剂0.1～0.5g、余量为水，该磷化液不含镍、亚硝酸盐等有毒有害物质、对环境污染小，但其使用温度为60～70℃，仍然偏高，能耗大的问题没有得到解决。
技术实现思路
为了克服现有钢铁黑色化学氧化液中存在的环境污染严重、对人体伤害大、能耗高等问题，本专利技术的目的在于提供一种用于钢铁的黑色化学氧化液及其在钢铁件低温黑色化学氧化处理中的应用。为了实现上述目的，本专利技术提供了一种用于钢铁的黑色化学氧化液，其包含成膜剂、氧化剂、还原剂、稳定剂、pH缓冲剂、缓蚀剂、助剂和水。优选的，每1L黑色化学氧化液中含有1～10g成膜剂、0.1～8g氧化剂、1～20g还原剂、1～10g稳定剂、1～8gpH缓冲剂、1～8g缓蚀剂和1～8g助剂，余量为水。更优选的，每1L黑色化学氧化液中含有2～3g成膜剂、0.4～3g氧化剂、2～4g还原剂、3～6g稳定剂、2～6gpH缓冲剂、1～3g缓蚀剂和1～2g助剂，余量为水。在上述黑色化学氧化液中，所述成膜剂为五水合硫酸铜(CuSO4·5H2O)。在上述黑色化学氧化液中，所述氧化剂选自硝酸钠(NaNO3)、九水合硝酸铁(Fe(NO3)3·9H2O)、三水合硝酸铜(Cu(NO3)2·3H2O)、氯酸钠(NaClO3)、过氧化氢(H2O2)、高锰酸钾(KMnO4)、九水合高氯酸钠(NaClO4·9H2O)、连二亚硫酸钠(Na2S2O4)、铁氰化钾(K3[Fe(CN)6])、溴酸钠(NaBrO3)中的任意一种，优选三水合硝酸铜。在上述黑色化学氧化液中，所述还原剂选自甘油(C3H8O3)、葡萄糖(C6H12O6)、五水合硫代硫酸钠(Na2S2O5·5H2O)中的任意一种，优选五水合硫代硫酸钠。在上述黑色化学氧化液中，所述稳定剂选自乙二胺四乙酸二钠(EDTA-2Na)、柠檬酸(C6H8O7)、乙酸(CH3COOH)、硼酸(H3BO3)中的任意一种，优选硼酸。在上述黑色化学氧化液中，所述pH缓冲剂选自磷酸二氢锌(Zn(H2PO4)2)、十二水合磷酸钠(Na3PO4·12H2O)、氨水(NH3·H2O)、二水合磷酸二氢钠(NaH2PO4·2H2O)、四水合磷酸二氢锰(Mn(H2PO4)2·4H2O)、三水合磷酸氢二钾(K2HPO4·3H2O)、磷酸(H3PO4)中的任意一种，优选三水合磷酸氢二钾。在上述黑色化学氧化液中，所述缓蚀剂选自吡啶(C5H5N)、三乙醇胺硼酸酯(C6H12BNO3)、苯并三氮唑(C6H5N3)、亚硝酸钠(NaNO2)、六亚甲基四胺(C6H12N4)、二水合磺基水杨酸(C7H6O6S·2H2O)中的任意一种，优选三乙醇胺硼酸酯。在上述黑色化学氧化液中，所述助剂选自氯化锌(ZnCl2)、氯化钾(KCl)、氟化钠(NaF)、硫酸镍(NiSO4)、柠檬酸铵((NH4)3C6H5O7)、硫酸亚铁铵((NH4)2Fe(SO4)2)、硫酸铵((NH4)2SO4)、二水合氟化钾(KF·2H2O)、二水合柠檬酸钠(Na3C6H5O7·2H2O)、酒石酸钾钠(C4O6H4KNa)中的任意一种，优选氯化锌或硫酸液铁铵。本专利技术还提供了上述用于钢铁的黑色化学氧化液在钢铁件低温黑色化学氧化处理中的应用。在一项优选的实施方案中，所述低温黑色化学氧化处理的温度为50～60℃，时间为20～30分钟。与现有技术相比，采用上述技术方案的本专利技术具有下列优点：本专利技术的黑色化学氧化液在保证节能、绿色、安全、高效的前提下，大大提高了黑色氧化膜的耐蚀性和附着力等性能，进而使常温无毒氧化发黑工艺得到进一步的优化，具有十分重要的意义。本专利技术的黑色化学氧化液配方合理，成膜效率高，操作简便，有利于工业化推广应用。附图说明图1为由包含不同助剂的黑色化学氧化液生成的黑色氧化膜的交流阻抗曲线图。图2为由包含不同氧化剂且不含还原剂的黑色化学氧化液生成的黑色氧化膜的开路电位-时间曲线图。图3为由不同pH值的黑色化学氧化液生成的黑色氧化膜的开路电位-时间曲线图。图4为由包含不同缓蚀剂的黑色化学氧化液生成的黑色氧化膜的开路电位-时间曲线图。图5为由三种黑色化学氧化液生成的黑色氧化膜的点滴时间结果示意图。具体实施方式下面将结合附图和具体实施例对本专利技术的技术方法做出进一步的阐述。除另有说明外，下列实施例中所使用的仪器、材料和试剂均可通过常规商业手段获得。实施例1-7：包含不同助剂的黑色化学氧化液及其发黑效果实验。为了确定配方中助剂的最优组分，选择相同用量的7种助剂进行平行实验，并保持配方中的其他组分及用量完全一致。通过如下工艺流程，对7种黑色化学氧化液进行对比分析：(1)预处理：对钢片表面进行酸洗与清洗，去除铁锈和油污。(2)黑色化学氧化：A)氧化液的配制：按照上表中各组分的用量进行准确称量，称量后置于烧杯中，加入200mL水，搅拌溶解后水浴加热至50℃，测量溶液本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于钢铁的黑色化学氧化液，其包含成膜剂、氧化剂、还原剂、稳定剂、pH缓冲剂、缓蚀剂、助剂和水，其中：每1L黑色化学氧化液中含有1～10g成膜剂、0.1～8g氧化剂、1～20g还原剂、1～10g稳定剂、1～8g pH缓冲剂、1～8g缓蚀剂和1～8g助剂，余量为水。

【技术特征摘要】
1.一种用于钢铁的黑色化学氧化液，其包含成膜剂、氧化剂、还原剂、稳定剂、pH缓冲剂、缓蚀剂、助剂和水，其中：每1L黑色化学氧化液中含有1～10g成膜剂、0.1～8g氧化剂、1～20g还原剂、1～10g稳定剂、1～8gpH缓冲剂、1～8g缓蚀剂和1～8g助剂，余量为水。2.根据权利要求1所述的用于钢铁的黑色化学氧化液，其特征在于：所述成膜剂为五水合硫酸铜。3.根据权利要求1所述的用于钢铁的黑色化学氧化液，其特征在于：所述氧化剂选自硝酸钠、九水合硝酸铁、三水合硝酸铜、氯酸钠、过氧化氢、高锰酸钾、九水合高氯酸钠、连二亚硫酸钠、铁氰化钾、溴酸钠中的任意一种。4.根据权利要求1所述的用于钢铁的黑色化学氧化液，其特征在于：所述还原剂选自甘油、葡萄糖、五水合硫代硫酸钠中的任意一种。5.根据权利要求1所述的用于钢铁的黑色化学氧化液，其特征在于：所述稳定剂选自乙二胺四乙酸二钠、柠檬酸...

【专利技术属性】
技术研发人员：马迪，李树白，周熙雯，于冬梅，陈欣，汤泽波，赵颖超，
申请(专利权)人：江苏理工学院，
类型：发明
国别省市：江苏,32