钢铁常温发黑剂及其制备方法和发黑方法技术

本发明专利技术涉及钢铁常温发黑剂及其制备方法和发黑方法，属于金属材料腐蚀防护技术领域。所述钢铁常温发黑剂以水为溶剂并包含以下组分：亚硒酸1‑5g/L，硫酸铜1‑5g/L，硝酸镍1‑5g/L，磷酸二氢锌1‑4g/L，磷酸1‑5mL/L，柠檬酸1‑3g/L，焦磷酸钾0.5‑1.5g/L，OP‑10乳化剂0.5‑1.5mL/L和氧化石墨烯0.04‑0.07g/L。本文主要通过在硒‑铜常温发黑体系中添加一定量的氧化石墨烯，以此得到一种在防护和装饰上更加优良的新型钢铁常温发黑剂。

Steel room temperature blackening agent and its preparation and blackening method

【技术实现步骤摘要】
钢铁常温发黑剂及其制备方法和发黑方法
本专利技术涉及钢铁常温发黑剂及其制备方法和发黑方法，属于金属材料腐蚀防护

技术介绍
钢铁作为当今社会快速发展中不可缺少的材料，在我们的生活中随处可见，而钢铁的产量和使用量也是衡量各国经济水平的标准。但是，钢铁有着其较大的缺点，据统计，由于钢铁材料自身的腐蚀损失和对材料的防护费用，我国每年大约有3％-5％的国民生产总值会因此而损失掉，世界范围内每年也会有约30％的钢铁产品因腐蚀而报废，虽然其中大部分都能够回收利用，但仍然会损失10％的钢材。因此，世界各国的研究者们仍在努力寻找更为有效的钢铁表面防腐措施。Fe作为钢铁的主要成分，其容易与空气中的O2、H2O等发生反应，形成锈蚀，造成腐蚀以致最终产生无法挽回的损失。对于当前环境下，这是不可避免的，所以为了提高钢铁在服役时的防腐蚀性能，世界各国科学家仍努力探究钢铁防腐蚀的新方法。而关于钢铁防腐蚀方面，常常采用对钢铁进行发黑处理的方法，发黑工艺有着发黑剂的制作方便，发黑处理周期较短且效果较好的优良性价比。目前，常温发黑剂分为含硒发黑剂和无硒发黑剂，含硒发黑剂分为硒-铜系、硒-铜-磷系等，而硒-铜系是目前钢铁常温发黑中最成功的体系，其发黑效果超过其他体系，但是该体系在耐蚀性上还有待提高。周红在《钢铁常温发黑研究》(硕士学位论文.山东大学,2009)一文中公开了一种钢铁常温发黑剂。其制备的发黑剂组分为：亚硒酸2-5g/L，硫酸铜1-4g/L，硝酸镍1-3g/L，磷酸二氢锌2-5g/L，磷酸2-4mL/L，柠檬酸1-2g/L，OP-10乳化剂1-3mL/L和光亮剂0.02-0.08g/L。但是采用该发黑剂对钢铁进行发黑处理，处理后的材料耐蚀性较差。
技术实现思路
本专利技术要解决的第一个技术问题是提供一种耐蚀性更好的钢铁常温发黑剂。所述钢铁常温发黑剂以水为溶剂并包含以下组分：亚硒酸1-5g/L，硫酸铜1-5g/L，硝酸镍1-5g/L，磷酸二氢锌1-4g/L，磷酸1-5mL/L，柠檬酸1-3g/L，焦磷酸钾0.5-1.5g/L，OP-10乳化剂0.5-1.5mL/L和氧化石墨烯0.04-0.07g/L。优选的，所述钢铁常温发黑剂由以下组份组成：亚硒酸1-5g/L，硫酸铜1-5g/L，硝酸镍1-5g/L，磷酸二氢锌1-4g/L，磷酸1-5mL/L，柠檬酸1-3g/L，焦磷酸钾0.5-1.5g/L，OP-10乳化剂0.5-1.5mL/L，氧化石墨烯0.04-0.07g/L和水。更优选的，所述钢铁常温发黑剂由以下组份组成：亚硒酸3-5g/L，硫酸铜2-3g/L，硝酸镍1-2g/L，磷酸二氢锌3g/L，磷酸2-3mL/L，柠檬酸2g/L，焦磷酸钾1g/L，OP-10乳化剂1mL/L，氧化石墨烯0.04-0.07g/L和水。进一步优选的，所述钢铁常温发黑剂由以下组份组成：亚硒酸3g/L，硫酸铜2g/L，硝酸镍1g/L，磷酸二氢锌3g/L，磷酸2mL/L，柠檬酸2g/L，焦磷酸钾1g/L，OP-10乳化剂1mL/L，氧化石墨烯0.04-0.07g/L和水；更优选的，氧化石墨烯为0.05-0.06g/L；更进一步优选的，氧化石墨烯为0.05g/L。优选的，发黑剂的pH在1.5-2.5之间。本专利技术要解决的第二个技术问题是提供一种钢铁常温发黑剂的制备方法。钢铁常温发黑剂的制备方法，将所述的钢铁常温发黑剂的组份混匀，至组份全部溶解，得到钢铁常温发黑剂。本专利技术还提供采用本专利技术的钢铁发黑剂进行发黑的方法。钢铁常温发黑剂的发黑方法：将钢铁试样浸入钢铁常温发黑剂中，使试样表面完全发黑，形成均匀膜层后，立即取出，先使其在空气中停留1-3min，再清洗干净，即得发黑后的钢铁试样。优选的，将钢铁试样浸入钢铁常温发黑剂10-14min后取出。更优选的，钢铁试样浸入钢铁常温发黑剂10min后取出。优选的，将钢铁试样浸入温度为25-30℃的钢铁常温发黑剂中；更优选的，将钢铁试样浸入温度为25℃的钢铁常温发黑剂中。优选的，钢铁进行发黑前，需要进行前处理；前处理方法为：对钢铁试样进行打磨、除油、除锈，再采用5-10wt％的硫酸对其进行活化处理，最后将钢铁试样清洗干净；钢铁发黑后，需要再进行后处理，方法为：将发黑后的钢铁试样进行脱水处理；优选的，脱水处理采用脱水棉来排出发黑后试样中的水份。本专利技术的有益效果：1、本专利技术通过添加氧化石墨烯相比于未添加氧化石墨烯的发黑剂，可以使发黑后的钢铁的附着力、耐蚀性和耐磨性更好。2、本专利技术的发黑剂让钢铁表面具有与石墨烯相似的良好性能，如拥有更好的导电性、减少钢铁工件中的应力、发黑更加均匀美观、增加钢铁表面的减摩抗磨性能等。附图说明图1为氧化石墨烯发黑剂发黑实验工艺流程图；图2为不同氧化石墨烯添加量(0.01g/L、0.03g/L、0.05g/L、0.1g/L)制备的发黑剂，得到的发黑成品外观与未进行发黑仅作前处理的试样(标签为“无”的试样)的对比；图3为氧化石墨烯添加与否的发黑试样金相图(100×)，其中图(a)为未添加氧化石墨烯的发黑膜层，图(b)为添加了氧化石墨烯的发黑膜层；图4为氧化石墨烯添加与否的发黑试样金相图(200×)，其中图(a)为未添加氧化石墨烯的发黑膜层，图(b)添加了氧化石墨烯的发黑膜层；图5为氧化石墨烯添加与否的发黑试样SEM图(500×)，其中图(a)为未添加氧化石墨烯的发黑膜层SEM观察，图(b)为添加了氧化石墨烯的发黑膜层SEM观察；图6为氧化石墨烯添加与否的发黑试样SEM图(1000×)，其中图(a)为未添加氧化石墨烯的发黑膜层SEM观察，图(b)为添加了氧化石墨烯的发黑膜层SEM观察；图7为膜层截面能谱分析，其中图(a)发黑膜层截面形貌及线扫描分析，图(b)为C元素分布，图(c)为Se元素分布，图(d)为Cu元素分布，图(e)为P元素分布，图(f)为O元素分布；图8为X射线衍射谱图，其中(a)未添加氧化石墨烯，(b)为氧化石墨烯添加量为0.05g/L，(c)为氧化石墨烯添加量为0.1g/L；图9为不同氧化石墨烯添加量试样的极化曲线。具体实施方式本专利技术要解决的第一个技术问题是提供一种耐蚀性更好的钢铁常温发黑剂。所述钢铁常温发黑剂以水为溶剂并包含以下组分：亚硒酸1-5g/L，硫酸铜1-5g/L，硝酸镍1-5g/L，磷酸二氢锌1-4g/L，磷酸1-5mL/L，柠檬酸1-3g/L，焦磷酸钾0.5-1.5g/L，OP-10乳化剂0.5-1.5mL/L和氧化石墨烯0.04-0.07g/L。本文采用硒-铜体系常温发黑，其发黑膜层的成分主要为CuSe，次要成分以磷酸盐为主，而CuSe主要是通过氧化还原反应形成的。本专利技术通过添加多层氧化石墨烯来提高钢铁常温发黑的附着力、耐蚀性和耐磨性。本专利技术限定氧化石墨烯含量为0.04-0.07g/L，不在此范围内时，得到的膜层耐蚀性较差。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.钢铁常温发黑剂，其特征在于，所述钢铁常温发黑剂以水为溶剂并包含以下组分：亚硒酸1-5g/L，硫酸铜1-5g/L，硝酸镍1-5g/L，磷酸二氢锌1-4g/L，磷酸1-5mL/L，柠檬酸1-3g/L，焦磷酸钾0.5-1.5g/L，OP-10乳化剂0.5-1.5mL/L和氧化石墨烯0.04-0.07g/L。/n

【技术特征摘要】
1.钢铁常温发黑剂，其特征在于，所述钢铁常温发黑剂以水为溶剂并包含以下组分：亚硒酸1-5g/L，硫酸铜1-5g/L，硝酸镍1-5g/L，磷酸二氢锌1-4g/L，磷酸1-5mL/L，柠檬酸1-3g/L，焦磷酸钾0.5-1.5g/L，OP-10乳化剂0.5-1.5mL/L和氧化石墨烯0.04-0.07g/L。


2.根据权利要求1所述的钢铁常温发黑剂，其特征在于，所述钢铁常温发黑剂由以下组份组成：亚硒酸1-5g/L，硫酸铜1-5g/L，硝酸镍1-5g/L，磷酸二氢锌1-4g/L，磷酸1-5mL/L，柠檬酸1-3g/L，焦磷酸钾0.5-1.5g/L，OP-10乳化剂0.5-1.5mL/L，氧化石墨烯0.04-0.07g/L和水。


3.根据权利要求2所述的钢铁常温发黑剂，其特征在于，所述钢铁常温发黑剂由以下组份组成：亚硒酸3-5g/L，硫酸铜2-3g/L，硝酸镍1-2g/L，磷酸二氢锌3g/L，磷酸2-3mL/L，柠檬酸2g/L，焦磷酸钾1g/L，OP-10乳化剂1mL/L，氧化石墨烯0.04-0.07g/L和水。


4.根据权利要求3所述的钢铁常温发黑剂，其特征在于，所述钢铁常温发黑剂由以下组份组成：亚硒酸3g/L，硫酸铜2g/L，硝酸镍1g/L，磷酸二氢锌3g/L，磷酸2mL/L，柠檬酸2g/L，焦磷酸钾1g/L，OP-10乳化剂1mL/L，氧化石墨烯0.04-0.07g/L和水；优选的，氧化石墨烯为0.05-0.06...

【专利技术属性】
技术研发人员：于玉城，王振玲，罗从众，徐果，
申请(专利权)人：攀枝花学院，
类型：发明
国别省市：四川;51