專利名稱：一種環(huán)境友好的室溫?zé)o渣彩色化學(xué)轉(zhuǎn)化液與工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在碳鋼表面進行常溫磷化、鈍化與發(fā)藍(發(fā)黑)的化學(xué) 轉(zhuǎn)化處理的配方與工藝，通過磷化、鈍化與發(fā)藍(發(fā)黑)的化學(xué)轉(zhuǎn)化處理， 在碳鋼表面形成覆蓋均勻結(jié)晶細(xì)致的彩色膜，以增強鋼鐵表面的耐蝕性能和 裝飾性以及與表面后續(xù)處理性能。是一種節(jié)能環(huán)保的新型鋼鐵表面耐蝕與裝 飾表面處理工藝與技術(shù)，屬于精細(xì)化工領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
化學(xué)轉(zhuǎn)化處理是指將金屬件浸入化學(xué)槽液中經(jīng)過一定的化學(xué)處理來提高 基體表面的耐蝕性和后續(xù)處理性能?；瘜W(xué)轉(zhuǎn)化處理通常包含磷化、鈍化、氧
化和發(fā)藍等轉(zhuǎn)化處理技術(shù)。對磷化而言，七十年代中期以前，磷化多采用70-80 °C (有時高達卯-100。C)的高溫工藝，所得的磷化膜結(jié)晶粗大，磷化處理槽 液沉渣多，且槽液不穩(wěn)定且污染嚴(yán)重；七十年代中期以后，人們?yōu)榱斯?jié)約能 源和減少污染，競相開發(fā)中低溫(〈7(TC)磷化工藝。進入21世紀(jì)以后，對磷化 工藝與技術(shù)提出了更高的要求，開發(fā)低溫(或超低溫)、超低重金屬金屬離 子濃度的轉(zhuǎn)化處理配方與工藝成為研究的重點。
鋼鐵氧化亦稱發(fā)藍或發(fā)黑。為了在鋼材表面得到藍色美觀的膜層， 一般 采用堿性氧化、常溫發(fā)藍工藝。堿性氧化通常在含有氧化劑的高溫(130 150 °C)堿性槽液中進行，這種轉(zhuǎn)化處理液中一般含氫氧化鈉(55 85g/L)和亞 硝酸鈉(150 200g/L)，甚至部分處理液還含有磷酸鈉和重鉻酸鉀。因而這 種氧化發(fā)藍處理具有能耗大、環(huán)境污染嚴(yán)重和對人體健康危害強等致命缺點。 為了解決高溫氧化發(fā)藍處理能耗大的問題，人們開發(fā)了室溫發(fā)藍處理配方與 工藝，然而常溫發(fā)藍液主要由硝酸銅(l 3g/L)、對苯二酚(2 4g/L)、 亞硒酸(3 5g/L)、硝酸(30 40ml/L〉等組成，這種室溫發(fā)藍處理技術(shù)與工 藝雖然較好的解決了能耗問題，但是由于處理液中含有大量的亞硒酸和對苯 二酚等劇毒物質(zhì)而使用受到很大的限制，此外室溫發(fā)藍處理所得到的膜層具 有附著力低、耐蝕性與耐磨性差等缺點。
氧化鈍化是提高鋼鐵表面耐蝕性的另一種方法，通常是在酸性氧化 溶液中進行，通常氧化鈍化液由重鉻酸鉀(50 80g/L)、鉻酐( 82 g/L) 和磷酸( 81 g/L)等構(gòu)成，處理溫度60 90。C，時間5 10min。雖然用這類轉(zhuǎn)化液處理所得到的鈍化膜具有優(yōu)異的耐蝕性能，但是由于處理液含有大
量劇毒6價鉻而逐漸有被低毒的處理液所代替的趨勢。
綜上所述，研究能耗低、環(huán)境友好的鋼鐵表面化學(xué)轉(zhuǎn)化工藝與配方迫在 眉睫。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種碳鋼表面常溫?zé)o渣彩色化學(xué)轉(zhuǎn)化配方與工藝。解 決了如下五個問題-
1) 中、高溫磷化耗能大，污染重，槽液沉渣多且不穩(wěn)定，磷化膜粗糙且 耐蝕性差；
2) 常溫磷化含有亞硝酸根離子和大量金屬鎳重離子等；
3) 高溫發(fā)藍能耗大，污染重和含有大量亞硝酸鹽等致癌物質(zhì)；
4) 常溫發(fā)藍中含有大量硒元素以及常溫發(fā)藍膜結(jié)合力差；
5) 氧化鈍化液中含有大量的毒性強的六價重金屬鉻離子。 本配方所得轉(zhuǎn)化膜是細(xì)晶型彩色薄膜，能大大提高鋼鐵表面的耐蝕性和
裝飾性以及后續(xù)處理工藝性。
本發(fā)明目的是提供一種環(huán)境友好的室溫?zé)o渣彩色化學(xué)轉(zhuǎn)化液，其特征在 于每升溶液含磷酸鋅3.8 10.3克/升，磷酸4.0 15.0毫升/升，錳鹽
0.6 2.8克/升，磷酸鈉1.8 6.0克/升，有機酸鹽4.1 8.4克/升，促進劑 1.6 4.6克/升，其余為水，并調(diào)節(jié)pH值至2.5 3.2。
進一步錳鹽是馬日夫鹽。
進一步有機酸鹽是有機羧酸鹽。 進一步促進劑是無機鹽。
.應(yīng)用所述化學(xué)轉(zhuǎn)化液進行化學(xué)轉(zhuǎn)化的工藝，其特征在于將碳鋼置于所 述化學(xué)轉(zhuǎn)化液，于溫度10 3(TC的槽液中處理時間8 30min后，經(jīng)水沖洗 并吹干后，即可在碳鋼表面形成一種均勻致密的彩色化學(xué)轉(zhuǎn)化膜。
本發(fā)明具體處理方法是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的化學(xué)除油一熱自來 水洗一冷自來水沖洗 一酸洗一冷自來水洗一中和一冷自來水洗 —活化一冷自來水洗一化學(xué)轉(zhuǎn)化一冷自來水洗一吹干。
上述主要工序說明如下
(1)化學(xué)除油將待處理碳鋼置于65 90'C化學(xué)除油處理液中5 10分鐘即可?；瘜W(xué)除 油配方為..氫氧化鈉20 g/L、磷酸鈉20 g/L、碳酸鈉20 g/L、硅酸鈉3020 g/L、表面活性劑l 2g/L、自來水余量。 (2)酸洗
將待處理的碳鋼置于體積比為1:1鹽酸溶液中處理60 120秒。
(3) 中和
在5%碳酸鈉水溶液室溫下浸泡30 60s。
(4) 活化
將中和后的碳鋼置于室溫混酸溶液中浸泡20 40s。混酸的配比組成 為鹽酸100ml/L、 HF 10 20ml/L。 (5)化學(xué)轉(zhuǎn)化
將活化并水洗后的碳鋼置于10 3(TC、pH2. 5 3. 2化學(xué)轉(zhuǎn)化液中處理8 30min，即可得到細(xì)晶型彩色薄膜。
化學(xué)轉(zhuǎn)化液配方為磷酸鋅3.8 10.3g/L、磷酸4.0 15.0ml/L、錳鹽 0.6 2. 8 g/L、磷酸鈉1.8 6.0 g/L、有機酸鹽4.1 8.4 g/L、促進劑1.6 4. 6g/L。
本發(fā)明相對現(xiàn)有技術(shù)具有如下特點
1. 生成的化學(xué)轉(zhuǎn)化膜是一種由磷酸鹽和氧化物所構(gòu)成的彩色復(fù)合膜，具 有結(jié)晶細(xì)致色澤均勻、耐蝕性好、裝飾性強以及后續(xù)處理工藝性好等特點。
2. 溶液配方不含亞硝酸鹽和硒以及重金屬鹽等有毒物質(zhì)，具有環(huán)境友好、 清潔生產(chǎn)等優(yōu)點。
3. 溶液中鋅離子濃度含量，處理過程中不產(chǎn)生沉渣，槽液穩(wěn)定，工藝可 控性好。
4. 本發(fā)明原料易得，成本低，適于工業(yè)生產(chǎn)。
具體實施例方式
(1)化學(xué)除油
將待處理碳鋼置于65 90。C化學(xué)除油處理液中5 10分鐘即可。化學(xué)除 油配方為氫氧化鈉20 g/L、磷酸鈉20 g/L、碳酸鈉20 g/L、硅酸鈉3020 g/L、 表面活性劑l 2g/L、去離子水余量。 (2)酸洗首先配置酸洗液，將質(zhì)量分?jǐn)?shù)36.5%的濃鹽酸與去離子水按體積比1: 1 配置成酸洗液放入容器中備用。室溫下，將冷軋鋼片放入該酸洗液60 120s， 除盡表面銹跡和氧化皮。
(3)中和
采用質(zhì)量百分比濃度5%碳酸鈉水溶液室溫下浸30 60s。
(5) 活化
配方濃鹽酸(1.19g/ml) 100ml/L; HF20ml/L。
以下各實施例前5步驟均在上述工藝參數(shù)內(nèi)進行。磷酸采用質(zhì)量百分比 濃度不少于85%是因為市售濃度均不少于85%,不能理解為限定保護范圍的 限定。
實例1:
取40X 40X lmm冷軋鋼片待用。
(6) 化學(xué)轉(zhuǎn)化
將經(jīng)過活化處理的試片放入此化學(xué)轉(zhuǎn)化液中，控制溫度2(TC，用氫氧化 鈉調(diào)節(jié)PH到2. 8處理15分鐘。化學(xué)轉(zhuǎn)化配方如下磷酸鋅10.8 g/L、磷酸
(濃度不少于85%) 9.5ml/L、酸式磷酸錳1.7g/L、磷酸鈉3.9g/L、已二酸 6.5g/L、硝酸鋅3.1g/L。
(7) 千燥
將經(jīng)過化學(xué)轉(zhuǎn)化液處理的試片從槽液中取出，經(jīng)自來水沖洗，用電吹風(fēng) 吹干即可。
所得試片為表面覆蓋均勻結(jié)晶細(xì)致彩色化學(xué)轉(zhuǎn)化膜，進行硫酸銅點滴試 驗?zāi)臀g時間110s。
實例2:除(6)化學(xué)轉(zhuǎn)化處理的配比組成有所不同外，所有處理步驟(l)、 (2)、 (3) 、 (4)、 (5) 、 (6)、 (7)與實例1相同。
化學(xué)轉(zhuǎn)化將經(jīng)過活化處理的試片放入此化學(xué)轉(zhuǎn)化液中，控制溫度1(TC， 用氫氧化鈉調(diào)節(jié)PH到2.7處理30分鐘；化學(xué)轉(zhuǎn)化液體配方:磷酸鋅10.3g/L、 磷酸15,0ml/L、酸式磷酸錳2.8g/L、磷酸鈉6.0 g/L、草酸8. 4 g/L、硝酸鈉 4.6g/L。
所得化學(xué)轉(zhuǎn)化膜為結(jié)晶細(xì)致彩色膜層，耐硫酸銅點滴實驗達90s。實例3:
除(6)化學(xué)轉(zhuǎn)化處理的配比組成有所不同外，所有處理步驟(1) 、 (2)、 (3) 、 (4)、 (5) 、 (6)、 (7)與實例1相同。
化學(xué)轉(zhuǎn)化將經(jīng)過活化處理的試片放入此化學(xué)轉(zhuǎn)化液中，控制溫度30 °C，用氫氧化鈉調(diào)節(jié)PH到2.5，處理10分鐘；化學(xué)轉(zhuǎn)化液體配方磷酸鋅 3.8g/L、磷酸4.0ml/L、酸式磷酸錳0.6 g/L 、磷酸鈉1.8g/L、乙酸4. lg/L、 硝酸銅1.6g/L。
所得化學(xué)轉(zhuǎn)化膜為結(jié)晶細(xì)致彩色膜層，耐硫酸銅點滴實驗達100s。
權(quán)利要求
1. 一種環(huán)境友好的室溫?zé)o渣彩色化學(xué)轉(zhuǎn)化液，其特征在于每升溶液含磷酸鋅3.8～10.3克/升，磷酸4.0～15.0毫升/升，錳鹽0.6～2.8克/升，磷酸鈉1.8～6.0克/升，有機酸鹽4.1～8.4克/升，促進劑1.6～4.6克/升，其余為水，并調(diào)節(jié)pH值至2.5～3.2。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述化學(xué)轉(zhuǎn)化液，其特征在于錳鹽是馬日夫鹽。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l.所述化學(xué)轉(zhuǎn)化液，其特征在于:有機酸鹽是有機羧酸鹽。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1.所述化學(xué)轉(zhuǎn)化液，其特征在于促進劑是無機鹽。
5.應(yīng)用權(quán)利要求1所述化學(xué)轉(zhuǎn)化液進行化學(xué)轉(zhuǎn)化的工藝，其特征在于將碳鋼置于所述化學(xué)轉(zhuǎn)化液，于溫度10 30°C的槽液中處理時間8 30min后， 經(jīng)水沖洗并吹干后，即可在碳鋼表面形成一種均勻致密的彩色化學(xué)轉(zhuǎn)化膜。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種環(huán)境友好的室溫?zé)o渣彩色化學(xué)轉(zhuǎn)化液與工藝。本發(fā)明是將碳鋼置于含磷酸鋅3.8～10.3克/升，磷酸4.0～15.0毫升/升，錳鹽0.6～2.8克/升，磷酸鈉1.8～6.0克/升，有機酸鹽4.1～8.4克/升，促進劑0.6～4.6克/升，pH值2.5～3.2，溫度10～31℃的槽液中處理時間8～30min.后，經(jīng)自來水沖洗并吹干后，即可在碳鋼表面形成一種均勻致密的彩色化學(xué)轉(zhuǎn)化膜，該膜具有優(yōu)良裝飾性、耐蝕性及其后續(xù)工藝性。本發(fā)明很好解決碳鋼高中溫磷化和高溫發(fā)藍時污染重能耗大的問題；也解決了常溫發(fā)藍液中亞硒酸和銅離子和氧化鈍化液中六價鉻離子而導(dǎo)致污染環(huán)境、危害操作人員健康以及發(fā)藍膜耐蝕性與基體結(jié)合力差等問題。
文檔編號C23C22/07GK101457354SQ200910076288
公開日2009年6月17日 申請日期2009年1月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月9日
發(fā)明者禹 左, 熊金平, 黃亞軍 申請人:北京化工大學(xué)