专利名称：不用能源的金属常温发黑工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是金属表面处理技术中的钢铁件的发黑(蓝)工艺。
钢铁件表面发黑工艺广泛应用于机械、汽车、船舶、仪器仪表、武器制造和日用五金行业中。传统的发黑工艺是在高温浓碱中进行的，其工艺流程如下90℃碱液去油→水洗→酸洗→水洗→135℃至142℃浓碱液中煮沸30至60分钟发黑→回收液洗→水洗→90℃肥皂液中皂化→105℃机油中煮油。
由上可见，机械零件的除油发黑、皂化、煮油都是在高温下进行的，它不但能耗大，时间长，而且生产效率很低，同时高温浓碱的挥发致使碱雾弥漫整个车间，严重污染空气，工人的劳动条件和生产环境十分恶劣。八十年代后期，国内开始常温发黑工艺的研究开发，但由于发黑膜层附着力低和没有发黑后的处理工序，而使发黑工件耐蚀性能差，至使常温发黑工艺不能取代传统高温碱性发黑而进行工业化大生产。
本发明的目的就是提供一种不用能源的金属发黑工艺，用常温工序取代传统工艺中的高温工序，在实现不用能耗，提高工效，改善工人操作条件的同时，获得的发黑工件耐蚀性能高，发黑膜层附着力强的效果。
本发明的解决方案是由金属常温去油浓缩液，金属常温发黑液、金属发黑工件常温钝化封闭液或脱水封闭油三个不用能源的工序组成，其详细内容描述如下本发明的不用能源的金属常温发黑工艺，其特征是由金属常温去油浓缩液、金属常温发黑液、金属发黑工件常温钝化封闭液或脱水封闭油三个不用能源的工序组成。本发明是根据机械零件加工过程中沾附的油污多为矿物油脂，而矿物油脂中绝大部分不能与碱发生皂化反应生成肥皂溶于水而脱离零件的特点，取消了能耗大，除油不彻底的高温碱性除油工序，取而代之的是由表面活性剂、乳化剂、渗透剂、湿润剂、络合剂、分散剂等多种新型材料组成金属常温去油浓缩液，本发明的去油浓缩液包括脂肪醇聚氧乙烯醚、聚乙二醇辛基苯基醚、烷基苯磺酸钠、三乙醇胺硫酸钠为表面活性剂，它们的分子都由两个基因组成，一端为亲油基因，与矿物油有很好的亲和性，另一端为亲水基因，与水有很好的亲和性。在洗涤工件油污的过程中，这些表面活性剂的亲油基团吸附着油分子，而亲水基团又能使表面活性剂很好的分散于水中，达到清洗零件上油污的目的，琥珀酸二仲辛酯磺酸钠为快速渗透剂，它使除油液中乳化剂、分散剂、湿润剂等物质能在低温条件下渗透入油污中，增快除油去污速度。硅酸钠、磷酸三钠为乳化、分散湿润剂，它和表面活性剂一道使零件上油脂的表面张力减小并乳化成小油珠，分散到水中，碳酸钠为除油液的辅助剂，它的碱性能与部分油脂生成肥皂而溶解于水，同时，它与磷酸三钠的水解性在稳定除油液的一定PH值有较好的缓冲作用。多聚磷酸钠除了具有乳化、分散、湿润能力外，还能络活溶液中的碱和碱土金属离子，因此具有软化硬水，洗净零件的作用。上述材料的综合性能表现出低能耗，高效率的除油、脱脂、去污能力，它们能保证机械零件前处理的彻底清洁，是提高发黑膜层附着力必不可少的条件，同时该除油液由于碱度适中，组成成份中的硅酸钠、磷酸三钠和多聚磷酸钠的水溶液能与三价铁离子生成难溶性的盐，阻滞钢铁的溶解，具有对钢铁长时间浸泡时起防锈作用。
本发明的金属常温发黑液包括有硫酸铜、亚硒酸(或二氧化硒)、硝酸盐、OP-10、JBS-Ⅰ、JBS-Ⅱ和去离子水。经过活化处理的钢铁零件放入稀释的常温发黑液中，零件表面首先产生置换铜，置换反应的同时，发生氧化还原反应，即铜被亚硒酸氧化成硒化铜，硒化铜为黑色金属，它包裹在钢铁零件的外表面，金属常温发黑液组份中的OP为湿润剂，它能润湿零件表面各处，使之充分接触发黑液，从而获得均匀发黑膜层。JBS-Ⅰ、JBS-Ⅱ为铜离子络合剂，它能抑制铜铁的置换反应速度，硝酸盐为氧化还原反应的摧发剂，它们共同的作用是保证亚硒酸氧化铜的速度与铜铁置换反应同步，以获得结合力好的硒化铜膜层，组分中的磷酸调节发黑液的PH值，当PH值在3.5以下时，不但发黑液中置换反应与氧化还原反应同步性好，而且零件发黑膜层的结合力也很好，本发明的金属常温发黑液每升原液是由硫酸铜50克，亚硒酸(或二氧化硒)25-30克，硝酸盐160克，磷酸4-8毫升、OP3-5毫升、JBS-Ⅰ20克、JBS-Ⅱ15克和生离子水组成，PH值为1.5-2。本发明的金属常温发黑液性能稳定，长期储存不变质，不失效，该工序发黑时间短，比传统高温碱液发黑工艺提高工效近10倍，并且在使用中不挥发，无刺激气味，它的酸性废水与前处理的除油碱性废水中和后，无须其它处理，就可达到国家废水的排放标准，对环境无污染，可使工作环境和劳动条件得到大大改善。
本发明的金属常温发黑零件钝化封闭液是专为常温发黑零件提高耐蚀性能设计的后处理工序，也可用脱水封闭油，钝化封闭液的特征包括，聚乙烯醇、偏氯乙烯、甲醛、重铬酸盐、六次甲基四胺、苯甲酸钠，经过常温酸性发黑后的零件在溶液中浸泡2-5分钟，即可使金属活泼的化学性能化为钝态，有效地阻止了金属腐蚀的阳极过程，起到了很好的缓蚀作用，同时也能产生致密的氧化薄膜，覆盖于发黑膜上，隔阻了湿、氧与零件的接触，起到了防锈保护作用。没有经过后处理的常温酸性发黑零件，由于成膜于酸性溶液中不可避免地存在孔隙，在空气中易腐蚀，达不到发黑工艺应有的装饰-防护目的，经过钝化封闭处理的后工序，不但对耐蚀性能大大提高，而且由于钝化封闭液组份中含有水溶缓蚀剂，使发黑零件钝化封闭后无须加温干燥，只要沥干余液就可将发黑工件直接浸入冷机油，简化了操作工艺，提高了劳动效率，节约了加温烘干所耗的能源，为工业自动化生产创造了条件。
本发明的工艺流程如下
本发明提供的不同能源的金属常温发黑工艺，在具备上述性能的基础上还具有应用广泛，凡是传统高温浓碱能发黑的零件，本工艺同样顺利进行，对于传统工艺不太好发黑的高碳钢，渗碳钢零件，本工艺同样适应，特别对于含锰、铬等金属合金钢，传统工艺有些发不了黑，有些只能得到浅蓝色的发黑膜，满足不了出口要求，而采用本工艺既能节约大量能源，又能满足外商要求而扩大出口创汇，精密铸钢零件在铸造业中数量逐年增大，由于其零件壁厚，重量大，采用传统高温工艺发黑时，零件从冷件加热到140℃，耗能大，费时长，常因升温困难和温度难以控制而使零件发黑效果差，若采用本工艺，不仅克服上述缺点，而且成本还可下降20-40%。本发明在应用中设备投资少，全过程无须加温，发黑过程时间短，只有传统工艺的8-17%，由于无环境污染，不必安装抽风设备，本工艺与传统工艺的各道工序一一对应，无须改动设备只要调换溶液即可生产，总之本发明提供的工艺具有投资小，上马快，适应广，质量好，成本低，工效高，操作方便，劳动环境卫生，无环境污染的特点。
本发明的工艺实施简单，新配槽液时，金属常温去油浓缩液与水的比例为1∶(6-10)，当使用一段时间除油效率下降时，可加入少许除油剂原液。金属常温发黑液配成工作液时，一份原液加8-10份清水即可，这时PH值为2.5-3。当工作液生产一段时间后发黑膜黑度下降时，可以补充适量的原液，即能维持正常生产，金属发黑常温工件钝化封闭液可直接使用，方法是将发黑后洗净的零件浸入钝化封闭液中，2-5分钟后提起工件，沥干余液，即可达到处理后的效果。如果使用需要，也可在工件发黑→水洗→中和→水洗后浸脱水封闭油中，同样达到不用能源的效果。当工件要求的防蚀性能大大超过高温碱性发黑工艺所发黑的零件时，可将发黑液升温到50℃±5℃，该工艺条件下成膜的发黑零件耐蚀性进一步提高，而且大大超过高温碱性发黑零件。
权利要求
1.一种不用能源的金属常温发黑工艺，本发明的特征是由金属常温去油浓缩液、金属常温发黑液、金属发黑工件常温钝化液或脱水封闭油构成三个不用能源的工序。
2.根据权利要求1所述的不用能源的金属常温发黑工艺，其特征是金属常温去油浓缩液是由脂肪醇聚氧乙烯醚、聚乙二醇辛基苯基醚、烷基苯磺酸钠、琥珀酸二仲辛酯磺酸钠、三乙醇胺硫酸钠、正硅酸钠、碳酸钠、磷酸三钠、苯甲酸钠、多聚磷钠组成。
3.根据权利要求1所述的不用能源的金属常温发黑工艺，其特征是金属常温发黑液是由硫酸铜、亚硒酸(或二氧化硒)、硝酸盐、OP-10、JBS-Ⅰ、JBS-Ⅱ和去离子水组成。
4.根据权利要求1所述的不用能源的金属常温发黑工艺，其特征是金属发黑工件常温钝化封闭液是由聚乙烯醇、偏氯乙烯、甲醛、重铬酸盐、六次甲基四胺、苯甲酸钠组成。
5.根据权利要求1所述的不用能源的金属常温发黑工艺，其特征是工艺流程如下
全文摘要
本发明涉及的是金属表面处理技术中的钢铁件的发黑工艺，其特征是由金属常温去油浓缩液、金属常温发黑液、金属发黑工件常温钝化封闭液构成三个不用能源的工序，从而取代传统的高温碱性发黑的老工艺，具有投资少，上马快，适应广，质量好，成本低，工效高，操作方便，劳动环境卫生，无环境污染的特点，提高工效5-10倍，节约宝贵的能源。
文档编号C23C22/50GK1069295SQ9110676
公开日1993年2月24日 申请日期1991年8月2日 优先权日1991年8月2日
发明者刘贵成 申请人:长沙市南区金属表面处理材料厂