一种钢铁件发黑方法技术

本发明专利技术属于材料表面处理技术领域，尤其涉及一种钢铁件发黑方法，包括以下步骤：1)对钢铁件进行前处理，裸露出钢铁件干净、活跃的表面；2)将经过前处理的钢铁件置于预处理药水中浸泡，完成预处理；3)将经过预处理的钢铁件置于发黑药水中浸泡，完成发黑处理；4)将经过发黑处理的钢铁件产品先置于热水中烫洗，再置于脱水防锈油中浸泡，最后冷风吹干；其中，所述预处理药水包括磷酸或磷酸盐、偶联剂、胺类表面活性剂和成膜促进剂，所述发黑药水包括主盐、络合剂、发黑剂、pH值稳定剂和偶联剂。相比于现有技术，本发明专利技术的方法能确保形成的发黑膜具有良好的附着力和耐蚀能力。

【技术实现步骤摘要】
一种钢铁件发黑方法
本专利技术属于材料表面处理
，尤其涉及一种钢铁件发黑方法。
技术介绍
钢铁结构产品已成为当今社会快速发展不可缺少的原料，而钢铁发黑工艺又是钢铁件最重要的表面处理工艺之一，传统的钢铁发黑工艺采用强碱和硝酸盐或亚硝酸盐在130～150℃进行发黑30～50分钟，其处理时间长、能耗高、效率低等多种弊端遭到了从业者的诟病。随着科学技术的发展，近十几年来，市面也涌现出了许多常温钢铁发黑剂，钢铁常温发黑技术具有常温使用、发黑时间短、效率高而倍受人们青睐，然而常温发黑膜若控制不好，就会存在附着力不佳、耐蚀能力差等弊端。因此，如何让常温发黑工艺更为操作简单、附着力好、耐蚀性强已成为该领域研究者研发的重点。常规的钢铁发黑工艺是主要是以硫酸铜、氧化剂、络合剂为主体的，其主要的化学反应是铜离子在钢铁基材上置换，而氧化剂与铜反应生成一层黑色转化膜从而达到发黑的目的。然而直接置换发黑的转化膜基本上都存在附着力差，转化膜疏松多孔耐蚀性差等多种弊端。为提高发黑膜的质量，研究者开发了诸多方法。专利CN1058050A、CN11139705A、CN104451648A等提出的磷酸盐或铬酸盐辅助成膜法，通过在发黑液中引入具有磷化作用的成分，通过磷化膜和发黑膜共沉积来提高发黑膜的附着力和耐蚀性，该工艺原则上是可行的，但实际操作却难以控制，通常磷化效果和发黑效果难以兼顾，两者比例很难协调，导致要么磷化彻底难以发黑，要么发黑膜疏松附着力差，实验室研究尚可实行，但批量性生产就难以满足了。为此，两步法发黑处理逐渐受到了人们的重视，如专利CN1453394A提出了先敏化再发黑的方法，先通过具有络合剂络合好的铜离子、镍离子敏化打底，再通过硫化钠进行发黑；专利CN102899650A通过硝酸钙、硝酸钴先促进成膜，再通过铜离子和硒酸盐发黑；专利CN104328427A提出的先用含硫化钠的溶液进行表调，再通过铜离子和钼酸盐发黑处理。通过两步处理，发黑膜的附着力问题得到了大大改善，然而前处理和发黑处理多数并未协调兼顾，后续发黑处理只是为了进行得到颜色更正的发黑膜，而发黑膜的耐蚀能力却基本不能兼顾。因此，开发一种能够明显促进发黑膜的附着力和耐蚀性的处理工艺是很有必要的。
技术实现思路
本专利技术的目的在于：针对现有技术的不足，而提供一种钢铁件发黑方法，确保形成的发黑膜具有良好的附着力和耐蚀能力。为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种钢铁件发黑方法，包括以下步骤：1)对钢铁件进行前处理，裸露出钢铁件干净、活跃的表面；2)将经过前处理的钢铁件置于预处理药水中浸泡，完成预处理；3)将经过预处理的钢铁件置于发黑药水中浸泡，完成发黑处理；4)将经过发黑处理的钢铁件产品先置于热水中烫洗，再置于脱水防锈油中浸泡，最后冷风吹干；其中，所述预处理药水包括磷酸或磷酸盐、偶联剂、胺类表面活性剂和成膜促进剂，所述发黑药水包括主盐、络合剂、发黑剂、pH值稳定剂和偶联剂。作为本专利技术所述的钢铁件发黑方法的一种改进，所述预处理药水具体包含以下组分：磷酸或磷酸盐3～10g/l，偶联剂1～5g/l，胺类表面活性剂1～5g/l，成膜促进剂1～3g/l。作为本专利技术所述的钢铁件发黑方法的一种改进，所述磷酸或磷酸盐为磷酸、磷酸二氢钠、磷酸二氢锌、磷酸二氢锰中的至少一种；所述偶联剂为硅烷偶联剂和/或酯类偶联剂，所述硅烷偶联剂为甲氧基硅烷、氨基硅烷、乙烯基硅烷、巯基硅烷中的至少一种，所述酯类偶联剂为钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、锆酸酯偶联剂中的至少一种；所述胺类表面活性剂为松香胺聚氧乙烯醚、乙二胺聚氧乙烯醚、十二胺聚氧乙烯醚、十二烷基二甲基氧化胺、椰油酰胺丙基氧化胺中的至少一种，所述成膜促进剂为硝酸钠、氟化钠、偏钒酸钠、锡酸钠、硝酸铈铵中的至少一种。作为本专利技术所述的钢铁件发黑方法的一种改进，所述发黑药水具体包含以下组分：主盐2～5g/l，络合剂1～5g/l，发黑剂3～5g/l，pH值稳定剂1～3g/l，偶联剂1～5g/l。作为本专利技术所述的钢铁件发黑方法的一种改进，所述主盐为硫酸铜和/或硫酸镍，所述络合剂为含巯基的有机酸或其盐，所述含巯基的有机酸或其盐为巯基乙酸，巯基琥珀酸、硫代二乙酸、硫代二丙酸、二硫代二乙酸、硫代巴比妥酸、胱氨酸、蛋氨酸中的至少一种，所述发黑剂为二氧化硒、二氧化碲、钼酸铵、硫代硫酸钠、硫化钠、硫氰酸钠中的至少一种，所述片pH值稳定剂为冰乙酸、乙酸钠、乙酸铵、氨水、硼酸、硼砂、苯甲酸、苯甲酸钠中的至少一种，所述偶联剂为硅烷偶联剂和/或酯类偶联剂，所述硅烷偶联剂为甲氧基硅烷、氨基硅烷、乙烯基硅烷、巯基硅烷中的至少一种，所述酯类偶联剂为钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、锆酸酯偶联剂中的至少一种。作为本专利技术所述的钢铁件发黑方法的一种改进，步骤1)中，所述前处理包括钢铁件的脱脂以及钢铁件的活化或除锈。钢铁件在生产运输、加工成型等各个环节都有可能会造成钢铁件沾有油污、指纹、灰屑、铁锈、氧化皮等异物，必须将表面这类异物彻底去除，预处理药水和发黑药水才能与钢铁件表面接触，从而保证发黑膜连续完整才能进一步保证附着力和耐蚀性。其中，脱脂是为了去除钢铁件产品上油污、指纹、灰屑等，裸露出干净的表面；活化或除锈是为了去除钢铁件产品表面上疏松的自然氧化皮或工件表面的锈蚀，裸露出活跃的表面。作为本专利技术所述的钢铁件发黑方法的一种改进，步骤2)中，完成所述预处理时，浸泡温度为常温，浸泡时间为1～3min。预处理是为了在钢铁件表面上生成一层连续多孔的转化膜层，该膜层为多孔连续的，为后发黑膜提供活性点核，通过多孔层状转化膜将发黑膜牢牢固定在钢铁件上，大大提高了发黑膜的附着力。作为本专利技术所述的钢铁件发黑方法的一种改进，步骤3)中，完成所述发黑处理时，浸泡温度为常温，浸泡时间为1～5min。常温钢铁发黑的反应机理是钢铁件在酸性被浸蚀，发黑药水中主盐铜离子、镍离子在铁上发生置换反应，紧接着发黑剂在酸性条件下与铜、镍形成黑色膜层。作为本专利技术所述的钢铁件发黑方法的一种改进，步骤4)中，热水温度为90～100℃，烫洗时间为3～5min。热水烫洗的主要作用是在生产滞空时快速流走挥发掉发黑膜内的水分，阻止发黑膜在酸性、潮湿空气中锈蚀从而导致发黑膜疏松多孔。作为本专利技术所述的钢铁件发黑方法的一种改进，步骤4)中，浸泡温度为常温，浸泡时间为3～10min。除水防锈油浸泡是为了脱去钢铁发黑膜内残存水分，使防锈剂充分浸湿发黑膜，待助溶剂挥发后大大提高发黑膜的耐蚀性能。其中，脱水防锈油为市售的脱水防锈油即可，一般可根据产品类型选择全干型、半干型和全油型等几类。相比于现有技术，本专利技术的有益效果包括但不限于：1)本专利技术中在发黑处理前引入了一步预处理，在钢铁件产品上生成一层连续多孔的转化膜层，该膜层为多孔连续的，为后发黑膜提供活性点核，通过多孔层状转化膜将发黑膜牢牢固定在钢铁件上，大大提高了发黑膜的附着力。具体的，在预处理药水中，磷酸或磷酸盐、成膜促进剂是连续多孔转化膜的主要成膜成分，胺类表面活性剂能够大大降低因表本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钢铁件发黑方法，其特征在于，包括以下步骤：/n1)对钢铁件进行前处理，裸露出钢铁件干净、活跃的表面；/n2)将经过前处理的钢铁件置于预处理药水中浸泡，完成预处理；/n3)将经过预处理的钢铁件置于发黑药水中浸泡，完成发黑处理；/n4)将经过发黑处理的钢铁件产品先置于热水中烫洗，再置于脱水防锈油中浸泡，最后冷风吹干；/n其中，所述预处理药水包括磷酸或磷酸盐、偶联剂、胺类表面活性剂和成膜促进剂，所述发黑药水包括主盐、络合剂、发黑剂、pH值稳定剂和偶联剂。/n

【技术特征摘要】
1.一种钢铁件发黑方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)对钢铁件进行前处理，裸露出钢铁件干净、活跃的表面；
2)将经过前处理的钢铁件置于预处理药水中浸泡，完成预处理；
3)将经过预处理的钢铁件置于发黑药水中浸泡，完成发黑处理；
4)将经过发黑处理的钢铁件产品先置于热水中烫洗，再置于脱水防锈油中浸泡，最后冷风吹干；
其中，所述预处理药水包括磷酸或磷酸盐、偶联剂、胺类表面活性剂和成膜促进剂，所述发黑药水包括主盐、络合剂、发黑剂、pH值稳定剂和偶联剂。


2.根据权利要求1所述的钢铁件发黑方法，其特征在于，所述预处理药水具体包含以下组分：磷酸或磷酸盐3～10g/l，偶联剂1～5g/l，胺类表面活性剂1～5g/l，成膜促进剂1～3g/l。


3.根据权利要求2所述的钢铁件发黑方法，其特征在于，所述磷酸或磷酸盐为磷酸、磷酸二氢钠、磷酸二氢锌、磷酸二氢锰中的至少一种；所述偶联剂为硅烷偶联剂和/或酯类偶联剂，所述硅烷偶联剂为甲氧基硅烷、氨基硅烷、乙烯基硅烷、巯基硅烷中的至少一种，所述酯类偶联剂为钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、锆酸酯偶联剂中的至少一种；所述胺类表面活性剂为松香胺聚氧乙烯醚、乙二胺聚氧乙烯醚、十二胺聚氧乙烯醚、十二烷基二甲基氧化胺、椰油酰胺丙基氧化胺中的至少一种，所述成膜促进剂为硝酸钠、氟化钠、偏钒酸钠、锡酸钠、硝酸铈铵中的至少一种。


4.根据权利要求1所述的钢铁件发黑方法，其特征在于，所述发黑药水具体包含以下组分：主盐2～5g/l，络合剂1～5g/l，发黑剂3～5g...

【专利技术属性】
技术研发人员：金磊，张兵，
申请(专利权)人：东莞市慧泽凌化工科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44