不用能源的金屬常溫發黑工藝的製作方法
2023-08-06 09:24:01 1
專利名稱：不用能源的金屬常溫發黑工藝的製作方法
技術領域：
本發明涉及的是金屬表面處理技術中的鋼鐵件的發黑(藍)工藝。
鋼鐵件表面發黑工藝廣泛應用於機械、汽車、船舶、儀器儀表、武器製造和日用五金行業中。傳統的發黑工藝是在高溫濃鹼中進行的，其工藝流程如下90℃鹼液去油→水洗→酸洗→水洗→135℃至142℃濃鹼液中煮沸30至60分鐘發黑→回收液洗→水洗→90℃肥皂液中皂化→105℃機油中煮油。
由上可見，機械零件的除油發黑、皂化、煮油都是在高溫下進行的，它不但能耗大，時間長，而且生產效率很低，同時高溫濃鹼的揮發致使鹼霧瀰漫整個車間，嚴重汙染空氣，工人的勞動條件和生產環境十分惡劣。八十年代後期，國內開始常溫發黑工藝的研究開發，但由於發黑膜層附著力低和沒有發黑後的處理工序，而使發黑工件耐蝕性能差，至使常溫發黑工藝不能取代傳統高溫鹼性發黑而進行工業化大生產。
本發明的目的就是提供一種不用能源的金屬發黑工藝，用常溫工序取代傳統工藝中的高溫工序，在實現不用能耗，提高工效，改善工人操作條件的同時，獲得的發黑工件耐蝕性能高，發黑膜層附著力強的效果。
本發明的解決方案是由金屬常溫去油濃縮液，金屬常溫發黑液、金屬發黑工件常溫鈍化封閉液或脫水封閉油三個不用能源的工序組成，其詳細內容描述如下本發明的不用能源的金屬常溫發黑工藝，其特徵是由金屬常溫去油濃縮液、金屬常溫發黑液、金屬發黑工件常溫鈍化封閉液或脫水封閉油三個不用能源的工序組成。本發明是根據機械零件加工過程中沾附的油汙多為礦物油脂，而礦物油脂中絕大部分不能與鹼發生皂化反應生成肥皂溶於水而脫離零件的特點，取消了能耗大，除油不徹底的高溫鹼性除油工序，取而代之的是由表面活性劑、乳化劑、滲透劑、溼潤劑、絡合劑、分散劑等多種新型材料組成金屬常溫去油濃縮液，本發明的去油濃縮液包括脂肪醇聚氧乙烯醚、聚乙二醇辛基苯基醚、烷基苯磺酸鈉、三乙醇胺硫酸鈉為表面活性劑，它們的分子都由兩個基因組成，一端為親油基因，與礦物油有很好的親和性，另一端為親水基因，與水有很好的親和性。在洗滌工件油汙的過程中，這些表面活性劑的親油基團吸附著油分子，而親水基團又能使表面活性劑很好的分散於水中，達到清洗零件上油汙的目的，琥珀酸二仲辛酯磺酸鈉為快速滲透劑，它使除油液中乳化劑、分散劑、溼潤劑等物質能在低溫條件下滲透入油汙中，增快除油去汙速度。矽酸鈉、磷酸三鈉為乳化、分散溼潤劑，它和表面活性劑一道使零件上油脂的表面張力減小並乳化成小油珠，分散到水中，碳酸鈉為除油液的輔助劑，它的鹼性能與部分油脂生成肥皂而溶解於水，同時，它與磷酸三鈉的水解性在穩定除油液的一定PH值有較好的緩衝作用。多聚磷酸鈉除了具有乳化、分散、溼潤能力外，還能絡活溶液中的鹼和鹼土金屬離子，因此具有軟化硬水，洗淨零件的作用。上述材料的綜合性能表現出低能耗，高效率的除油、脫脂、去汙能力，它們能保證機械零件前處理的徹底清潔，是提高發黑膜層附著力必不可少的條件，同時該除油液由於鹼度適中，組成成份中的矽酸鈉、磷酸三鈉和多聚磷酸鈉的水溶液能與三價鐵離子生成難溶性的鹽，阻滯鋼鐵的溶解，具有對鋼鐵長時間浸泡時起防鏽作用。
本發明的金屬常溫發黑液包括有硫酸銅、亞硒酸(或二氧化硒)、硝酸鹽、OP-10、JBS-Ⅰ、JBS-Ⅱ和去離子水。經過活化處理的鋼鐵零件放入稀釋的常溫發黑液中，零件表面首先產生置換銅，置換反應的同時，發生氧化還原反應，即銅被亞硒酸氧化成硒化銅，硒化銅為黑色金屬，它包裹在鋼鐵零件的外表面，金屬常溫發黑液組份中的OP為溼潤劑，它能潤溼零件表面各處，使之充分接觸發黑液，從而獲得均勻發黑膜層。JBS-Ⅰ、JBS-Ⅱ為銅離子絡合劑，它能抑制銅鐵的置換反應速度，硝酸鹽為氧化還原反應的摧發劑，它們共同的作用是保證亞硒酸氧化銅的速度與銅鐵置換反應同步，以獲得結合力好的硒化銅膜層，組分中的磷酸調節發黑液的PH值，當PH值在3.5以下時，不但發黑液中置換反應與氧化還原反應同步性好，而且零件發黑膜層的結合力也很好，本發明的金屬常溫發黑液每升原液是由硫酸銅50克，亞硒酸(或二氧化硒)25-30克，硝酸鹽160克，磷酸4-8毫升、OP3-5毫升、JBS-Ⅰ20克、JBS-Ⅱ15克和生離子水組成，PH值為1.5-2。本發明的金屬常溫發黑液性能穩定，長期儲存不變質，不失效，該工序發黑時間短，比傳統高溫鹼液發黑工藝提高工效近10倍，並且在使用中不揮發，無刺激氣味，它的酸性廢水與前處理的除油鹼性廢水中和後，無須其它處理，就可達到國家廢水的排放標準，對環境無汙染，可使工作環境和勞動條件得到大大改善。
本發明的金屬常溫發黑零件鈍化封閉液是專為常溫發黑零件提高耐蝕性能設計的後處理工序，也可用脫水封閉油，鈍化封閉液的特徵包括，聚乙烯醇、偏氯乙烯、甲醛、重鉻酸鹽、六次甲基四胺、苯甲酸鈉，經過常溫酸性發黑後的零件在溶液中浸泡2-5分鐘，即可使金屬活潑的化學性能化為鈍態，有效地阻止了金屬腐蝕的陽極過程，起到了很好的緩蝕作用，同時也能產生緻密的氧化薄膜，覆蓋於發黑膜上，隔阻了溼、氧與零件的接觸，起到了防鏽保護作用。沒有經過後處理的常溫酸性發黑零件，由於成膜於酸性溶液中不可避免地存在孔隙，在空氣中易腐蝕，達不到發黑工藝應有的裝飾-防護目的，經過鈍化封閉處理的後工序，不但對耐蝕性能大大提高，而且由於鈍化封閉液組份中含有水溶緩蝕劑，使發黑零件鈍化封閉後無須加溫乾燥，只要瀝乾餘液就可將發黑工件直接浸入冷機油，簡化了操作工藝，提高了勞動效率，節約了加溫烘乾所耗的能源，為工業自動化生產創造了條件。
本發明的工藝流程如下
本發明提供的不同能源的金屬常溫發黑工藝，在具備上述性能的基礎上還具有應用廣泛，凡是傳統高溫濃鹼能發黑的零件，本工藝同樣順利進行，對於傳統工藝不太好發黑的高碳鋼，滲碳鋼零件，本工藝同樣適應，特別對於含錳、鉻等金屬合金鋼，傳統工藝有些發不了黑，有些只能得到淺藍色的發黑膜，滿足不了出口要求，而採用本工藝既能節約大量能源，又能滿足外商要求而擴大出口創匯，精密鑄鋼零件在鑄造業中數量逐年增大，由於其零件壁厚，重量大，採用傳統高溫工藝發黑時，零件從冷件加熱到140℃，耗能大，費時長，常因升溫困難和溫度難以控制而使零件發黑效果差，若採用本工藝，不僅克服上述缺點，而且成本還可下降20-40%。本發明在應用中設備投資少，全過程無須加溫，發黑過程時間短，只有傳統工藝的8-17%，由於無環境汙染，不必安裝抽風設備，本工藝與傳統工藝的各道工序一一對應，無須改動設備只要調換溶液即可生產，總之本發明提供的工藝具有投資小，上馬快，適應廣，質量好，成本低，工效高，操作方便，勞動環境衛生，無環境汙染的特點。
本發明的工藝實施簡單，新配槽液時，金屬常溫去油濃縮液與水的比例為1∶(6-10)，當使用一段時間除油效率下降時，可加入少許除油劑原液。金屬常溫發黑液配成工作液時，一份原液加8-10份清水即可，這時PH值為2.5-3。當工作液生產一段時間後發黑膜黑度下降時，可以補充適量的原液，即能維持正常生產，金屬發黑常溫工件鈍化封閉液可直接使用，方法是將發黑後洗淨的零件浸入鈍化封閉液中，2-5分鐘後提起工件，瀝乾餘液，即可達到處理後的效果。如果使用需要，也可在工件發黑→水洗→中和→水洗後浸脫水封閉油中，同樣達到不用能源的效果。當工件要求的防蝕性能大大超過高溫鹼性發黑工藝所發黑的零件時，可將發黑液升溫到50℃±5℃，該工藝條件下成膜的發黑零件耐蝕性進一步提高，而且大大超過高溫鹼性發黑零件。
權利要求
1.一種不用能源的金屬常溫發黑工藝，本發明的特徵是由金屬常溫去油濃縮液、金屬常溫發黑液、金屬發黑工件常溫鈍化液或脫水封閉油構成三個不用能源的工序。
2.根據權利要求1所述的不用能源的金屬常溫發黑工藝，其特徵是金屬常溫去油濃縮液是由脂肪醇聚氧乙烯醚、聚乙二醇辛基苯基醚、烷基苯磺酸鈉、琥珀酸二仲辛酯磺酸鈉、三乙醇胺硫酸鈉、正矽酸鈉、碳酸鈉、磷酸三鈉、苯甲酸鈉、多聚磷鈉組成。
3.根據權利要求1所述的不用能源的金屬常溫發黑工藝，其特徵是金屬常溫發黑液是由硫酸銅、亞硒酸(或二氧化硒)、硝酸鹽、OP-10、JBS-Ⅰ、JBS-Ⅱ和去離子水組成。
4.根據權利要求1所述的不用能源的金屬常溫發黑工藝，其特徵是金屬發黑工件常溫鈍化封閉液是由聚乙烯醇、偏氯乙烯、甲醛、重鉻酸鹽、六次甲基四胺、苯甲酸鈉組成。
5.根據權利要求1所述的不用能源的金屬常溫發黑工藝，其特徵是工藝流程如下
全文摘要
本發明涉及的是金屬表面處理技術中的鋼鐵件的發黑工藝，其特徵是由金屬常溫去油濃縮液、金屬常溫發黑液、金屬發黑工件常溫鈍化封閉液構成三個不用能源的工序，從而取代傳統的高溫鹼性發黑的老工藝，具有投資少，上馬快，適應廣，質量好，成本低，工效高，操作方便，勞動環境衛生，無環境汙染的特點，提高工效5-10倍，節約寶貴的能源。
文檔編號C23C22/50GK1069295SQ9110676
公開日1993年2月24日 申請日期1991年8月2日 優先權日1991年8月2日
發明者劉貴成 申請人:長沙市南區金屬表面處理材料廠