一种用于钢铁的常温发黑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常温发黑液及其应用。具体而言，本发明专利技术的用于钢铁的常温发黑液包含硒脲酸、硫酸铜、硫酸镍、磷酸二氢锌、磷酸、柠檬酸、辛基苯酚聚氧乙烯醚‑10和水，其中：每1L常温发黑液中含有1～6g硒脲酸、1～10g硫酸铜、1～2g硫酸镍、1～5g磷酸二氢锌、1～10mL磷酸、1～5g柠檬酸和1～4mL辛基苯酚聚氧乙烯醚‑10，余量为水。本发明专利技术的常温发黑液配方合理，成膜效率高，改善了发黑膜的光泽度、结合力、致密性等性能，解决了稳定性差的问题；使用方法简便易行，适于大规模推广；通过添加剂的加入，减少了发黑液中硒元素的用量，降低了污染。

【技术实现步骤摘要】
一种用于钢铁的常温发黑液及其应用
本专利技术涉及金属材料表面处理
，涉及一种用于钢铁的常温发黑液及其在钢铁件常温发黑处理中的应用。
技术介绍
钢铁发黑工艺主要用于提高钢铁的耐腐蚀性并发挥一定的装饰作用，目前主要有高温碱性发黑与常温发黑两种方式。高温碱性发黑(碱性发蓝)的发黑时间长、能耗高，并且使用亚硝酸盐，产生的废液对环境污染严重。常温发黑(酸性化学氧化)只需要几分钟到十几分钟时间，操作温度在10～60℃左右，操作过程中钢件尺寸几乎没有变化。与高温碱性发黑相比，常温发黑不仅能够大大缩短发黑的时间，还能够减少能源的消耗。钢铁的常温发黑工艺主要包括三个工序：前处理、发黑和后处理，大致包括以下步骤：除油→水洗→除锈→水洗→发黑→水洗、热水洗、浸油等→擦净晾干。钢铁件的发黑不只是将发黑件直接放入发黑液中，还需要根据不同的发黑液配方选来择好最佳的发黑温度、时间和pH值。另外，还要事先预估好发黑液可以处理的零件个数，发黑液最好小批量一次性用完。但是，钢铁常温发黑往往存在发黑膜光泽度差、耐蚀性差、结合力差等问题，并且发黑液本身也存在不稳定、有剧毒等缺陷。因此，需要通过对常温发黑机理进行更深入的研究来寻找一种更优秀、更环保的发黑液。中国专利技术专利申请CN1453394A中公开了一种敏化发黑剂及其发黑工艺方法，对钢铁件进行预处理之后，首先要在敏化液中浸泡进行敏化，水洗后再浸入发黑液中发黑成膜，步骤较为繁琐，增加了成本(CN105695972A中的方案也存在步骤繁琐的问题)。中国专利技术专利申请CN102925881A中公开了一种钢铁低中温发黑处理液，其配方中含有大量的磷酸盐与硝酸盐(每升中含有磷酸二氢锌30～50g，硝酸锌80～100g，磷酸锰铁盐20～30g)，产生的污水会对环境造成严重污染。中国专利技术专利申请CN104451648A中公开了一种钢铁常温快速发黑液，其中各组分及其含量为：五水硫酸铜3～12g/L，氧化铬1.5～3.5g/L，氯化铵5～15g/L，柠檬酸3～10g/L，辛基酚聚氧乙烯醚1～10g/L，柠檬酸铵0.2～0.5g/L，硫代硫酸钠5～10g/L，硫酸0.73～0.75g/L，硼酸0.6～0.8g/L，余量为水，但是配方中还含有铬元素，对环境污染大，不适于工业化推广。
技术实现思路
针对现有钢铁常温发黑液存在稳定性低，存放难，毒性大，成膜耐腐蚀性差、光泽度差、结合力差的情况，本专利技术的目的在于提供一种更加优秀、环保的用于钢铁的常温发黑液，以便提高发黑膜的光泽度、耐蚀性与结合力等，使其能够在工业中得到大力推广。为了实现上述目的，本专利技术提供了一种用于钢铁的常温发黑液，其包含硒脲酸(H2SeO3)、硫酸铜(CuSO4)、硫酸镍(NiSO4)、磷酸二氢锌(Zn(H2PO4)2)、磷酸(H3PO4)、柠檬酸(C6H8O7)、辛基苯酚聚氧乙烯醚-10(OP-10)和水。优选的，每1L常温发黑液中含有1～6g硒脲酸、1～10g硫酸铜、1～2g硫酸镍、1～5g磷酸二氢锌、1～10mL磷酸、1～5g柠檬酸和1～4mL辛基苯酚聚氧乙烯醚-10，余量为水。更优选的，每1L常温发黑液中含有2～5g硒脲酸、2～5g硫酸铜、1.5～2g硫酸镍、1～3g磷酸二氢锌、4～8mL磷酸、4～5g柠檬酸和3～4mL辛基苯酚聚氧乙烯醚-10，余量为水。在一项优选的实施方案中，上述用于钢铁的常温发黑液还包含添加剂。优选的，每1L常温发黑液中含有1～2g添加剂。在上述用于钢铁的常温发黑液中，所述添加剂选自钼酸钠(Na2MoO4)、钼酸铵((NH4)2MoO4)、硝酸铈(Ce(NO3)3)、氯化镧(LaCl3)、碳酸钴(CoCO3)、磷酸二氢锰(Mn(H2PO4)2)、高锰酸钾(KMnO4)中的任意一种或任意多种的混合物，优选碳酸钴、钼酸钠或二者的混合物。本专利技术还提供了上述用于钢铁的常温发黑液在钢铁件常温发黑处理中的应用。在一项优选的实施方案中，所述常温发黑处理的温度为40～60℃，时间为10～20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：1)本专利技术的常温发黑液配方合理，成膜效率高，膜层性能优良，大大改善了发黑膜的外观，结合力，致密性等性能，并且解决了市场上发黑液稳定性差的问题；2)使用本专利技术的常温发黑液进行钢铁件常温发黑处理的方法简便易行，适于在工业上进行大规模推广；3)本专利技术的常温发黑液为硒铜系发黑液，通过添加剂的加入，大大减少了发黑液中硒元素的用量，大大降低了使用该发黑液而产生的污染问题。附图说明图1为由包含不同含量硫酸镍的发黑液制备的发黑膜在3.5％NaCl溶液中的开路电位-时间曲线图。图2为由包含不同含量柠檬酸的发黑液制备的发黑膜在3.5％NaCl溶液中的交流阻抗曲线图。图3为由包含不同含量OP-10的发黑液制备的发黑膜在3.5％NaCl溶液中的塔菲尔曲线。图4为由包含不同种类添加剂的发黑液制备的发黑膜在3.5％NaCl溶液中的开路电位-时间曲线。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1-3：包含不同含量硫酸镍的发黑液及其发黑效果实验。为了确定配方中硫酸镍的最优含量，选择不同硫酸镍含量的3种发黑液进行平行实验，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3种发黑液进行对比分析：(1)预处理：对钢铁件表面进行水洗、酸洗(除油除锈)与清洗。(2)黑化处理：将预处理后的试件分别浸入由上表中的组分制成的3种黑化液中，控制发黑时间为16min，发黑温度为50℃。(3)后处理：对发黑处理后的试件进行封孔钝化。测定试件表面生成的发黑膜(光泽度好且质地致密)在3.5％(wt)NaCl溶液中的开路电位-时间曲线，其结果如图1所示。由图1可知，1g/L硫酸镍的开路电位最小，其值为-0.5118V。随着含量的增加，开路电位越来越大，至2g/L时达到最大值-0.4306V。由于开路电位越正，耐蚀性越好，因此硫酸镍含量为2g/L时，所得发黑膜的耐蚀性最佳。实施例4-8：包含不同含量柠檬酸的发黑液及其发黑效果实验。为了确定配方中柠檬酸的最优含量，选择不同柠檬酸含量的5种发黑液进行平行实验，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5种发黑液进行对比分析：(1)预处理：对钢铁件表面进行水洗、酸洗(除油除锈)与清洗。(2)黑化处理：将预处理后的试件分别浸入由上表中的组分制成的3种黑化液中，控制发黑时间为16min，发黑温度为50℃。(3)后处理：对发黑处理后的试件进行封孔钝化。测定试件表面生成的发黑膜(光泽度好且质地致密)3.5％(wt)NaCl溶液中的交流阻抗曲线，其结果如图2所示。从图2可知，图中的五个曲线都是圆弧，处于电化学控制过程。3g/L为较为完整的半圆弧，但弧半径最小，耐蚀性最差，而5g/L柠檬酸对应的交流阻抗曲线的圆弧半径最大，耐蚀性最佳。实施例9-12：包含不同含量OP-10的发黑液及其发黑效果实验。为了确定配方中OP-10的最优含量，选择不同OP-10含量的4种发黑液进行平行实验，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4种发黑液进行对比分析：(1)预处理：对钢本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于钢铁的常温发黑液，其包含硒脲酸、硫酸铜、硫酸镍、磷酸二氢锌、磷酸、柠檬酸、辛基苯酚聚氧乙烯醚‑10和水，其中：每1L常温发黑液中含有1～6g硒脲酸、1～10g硫酸铜、1～2g硫酸镍、1～5g磷酸二氢锌、1～10mL磷酸、1～5g柠檬酸和1～4mL辛基苯酚聚氧乙烯醚‑10，余量为水。

【技术特征摘要】
1.一种用于钢铁的常温发黑液，其包含硒脲酸、硫酸铜、硫酸镍、磷酸二氢锌、磷酸、柠檬酸、辛基苯酚聚氧乙烯醚-10和水，其中：每1L常温发黑液中含有1～6g硒脲酸、1～10g硫酸铜、1～2g硫酸镍、1～5g磷酸二氢锌、1～10mL磷酸、1～5g柠檬酸和1～4mL辛基苯酚聚氧乙烯醚-10，余量为水。2.根据权利要求1所述的用于钢铁的常温发黑液，其特征在于：每1L常温发黑液中含有2～5g硒脲酸、2～5g硫酸铜、1.5～2g硫酸镍、1～3g磷酸二氢锌、4～8mL磷酸、4～5g柠檬酸和3～4mL辛基苯酚聚氧乙烯醚-10，余量为水。3.根据权利要求1或2所述的用于钢铁的常温发黑液，其特征在于：...

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