碱性电解除锈方法
【专利摘要】本发明提供一种碱性电解除锈方法。该方法包含以下步骤：(A)提供一表面含有锈皮的钢材；(B)使所述表面含有锈皮的钢材作为阳极，再置入一含有酒石酸盐的碱性电解液中进行碱性电解处理，该电解液浓度大于等于0.4M，而电解的电流密度大于等于10A/dm2，以获得经电解处理的钢材；及(C)对所述经电解处理的钢材提供一机械力，直至锈皮自该钢材的表面脱离并制得一表面无锈皮的钢材。本发明的碱性电解除锈方法无须经过多次电解处理，不但符合经济效益，更满足环保的需求。
【专利说明】碱性电解除锈方法
【技术领域】
[0001]本发明有关于一种碱性电解除锈方法，特别是指一种经由对表面含有锈皮的钢材进行碱性电解处理的除锈方法，属于钢材冶炼领域。
【背景技术】
[0002]钢材(如不锈钢)在高温工艺(如热轧或退火、或其它热处理等)中，表面可能会生成一层黑色锈皮，其主要成分为氧化铁、氧化镍及氧化铬等金属氧化物。该黑色锈皮不仅影响钢材的外观，对于后续加工亦有影响，因此，在制作钢材的过程中通常会包含一去除锈皮的步骤。
[0003]常用的去除锈皮方式为酸洗，另外，针对较难去除的锈皮，还需利用一些辅助处理(如盐浴处理、电解除锈、或外加机械力)来提高除锈效率。酸洗所使用的酸液包括硫酸、硝酸、盐酸及磷酸等，在实际运用时容易发生酸洗不完全或过度酸洗等问题，且酸洗程度的不同也会严重影响不锈钢的外观，例如不锈钢表面产生多数孔洞而不平滑光亮。除了上述问题外，酸洗过程所产生的大量酸洗废液因含有铁、铬、镍等重金属，需进行特殊处理才可在符合环保需求下排放废液，且酸液也可能产生氮氧化物(如NO、NO2)等空气污染物质。
[0004]美国专利公告第5，897，764号揭示了一种用于去除高等级钢带的表面锈皮的方法，包含(I)电解处理:利用硫酸铵、硫酸钠、硫酸等作为电解液，以及(2)超音波清洗处理。此专利改用酸性电解方式，虽可减少酸液的使用量，但酸性电解后，将会使酸性电解液中存在重金属离子，该重金属离子不易回收，而为了符合环保需求，将会提高废液处理成本。
[0005]由上述可知，对于在符合经济效益及环保需求下，有效地去除钢材表面的锈皮，并同时获得表面平滑光亮的钢材，仍存有极大的改善空间。
【发明内容】
[0006]为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种不需使用酸液，同时符合经济效益及环保需求的碱性电解除锈方法。
[0007]为达上述目的，本发明提供一种碱性电解除锈方法，其包含以下步骤:
[0008](A)、提供一表面含有锈皮的钢材；
[0009](B)、使所述表面含有锈皮的钢材作为阳极，再置入一含有酒石酸盐的碱性电解液中进行碱性电解处理，该电解液浓度大于等于0.4M，而电解的电流密度大于等于10A/dm2，以获得经电解处理的钢材；及
[0010](C)、对所述经电解处理的钢材提供一机械力，直至锈皮自该钢材的表面脱离并制得一表面无锈皮的钢材。
[0011 ] 本发明的碱性电解除锈方法运用含有酒石酸盐的碱性电解液进行电解处理，并搭配机械处理，而能获得表面平滑光亮的钢材。本发明的方法无需多次电解处理而符合经济效益，且本发明的方法的电解处理为碱性电解，并未使用酸性电解液，因而没有酸洗废液的排放问题；再者，于碱性电解后，会让锈皮还原产生金属离子并与碱性基团生成金属氧化物或金属氢氧化物，且金属氢氧化物将沉淀于电解池底部，后续仅需将金属氢氧化物滤除即可回收碱性电解液，完全符合环保需求。另外，值得一提的是，本发明的方法于碱性电解处理时，将会同时去除钢材表面的油脂，而得以省略去脂流程(通常包含碱洗、清洗及酸中和三个步骤)。
[0012]以下将就本发明的内容进行详细说明:
[0013]在上述方法中，步骤(A)中的表面含有锈皮的钢材可为任何已通过热轧或其它热处理且于表面已形成一层黑色锈皮的钢材。
[0014]该钢材泛指任何表面会形成锈皮的钢材。优选地，该钢材是选自于不锈钢、碳钢或合金钢。于本发明的具体实施例中，该钢材为不锈钢。
[0015]在上述方法中，优选地，步骤(B)中的酒石酸盐是选自于酒石酸钠、酒石酸钾和酒石酸钠钾中的一种或几种的组合。于本发明的一具体实施例中，该酒石酸盐为酒石酸钠。
[0016]在上述方法中，步骤(B)是以所述表面具有锈皮的钢材作为阳极，所述含有酒石酸盐的碱性电解液作为电解液，并依据一般电解装置进行安装。另外，除了以表面具有锈皮的钢材作为阳极外，其于欲处理的表面具有锈皮的钢材亦可放置于碱性电解液中进行感应碱性电解，而能有效去除锈皮。
[0017]在步骤(B)中的碱性电解液中，需特别一提的是，酒石酸盐，特别是酒石酸钠，以往仅用于镀铜工艺或作为抗氧化剂、酸性调整剂或乳化剂，从未被使用于作为除锈工艺的电解液。步骤(B)中的电解处理主要是通过该酒石酸盐所解离出来的酒石酸离子与锈皮反应，以让锈皮结构受到破坏而变得松散，并利于后续锈皮的去除。
[0018]在上述方法中，优选地，步骤(B)中的电解处理是在7至8.5的pH值范围下进行的。更优选地，步骤(B)中的电解处理是在7.5至8.5的pH值范围下进行的。于本发明的具体实施例中，该PH值范围`为7.8至8。
[0019]在上述方法中，步骤(B)中的含有酒石酸盐的碱性电解液中可选择地添加任何常用的添加剂，例如界面活性剂、金属螯合剂等。优选地，步骤(B)中的含有酒石酸盐的碱性电解液为酒石酸钠水溶液。更优选地，该酒石酸钠水溶液的浓度范围为0.8至1.0M。
[0020]在上述方法中，优选地，步骤⑶中的电解处理的电流密度范围为20至160A/dm2，当电流密度低于20A/dm2时，锈皮并无龟裂现象；而当电流密度高于160A/dm2时，不仅需耗费较多能源且电解装置可能因过热而损坏。更优选地，该电流密度范围为20至100A/dm2 ；尤为优选地，该电流密度范围为40至100A/dm2 ;特别优选地，该电流密度范围为60至100A/dm2。
[0021]在上述方法中，优选地，步骤(B)是在30至70°C的温度范围下进行的。更优选地，该温度范围为60至70°C。
[0022]在上述方法中，优选地，步骤⑶中的电解处理时间范围为60至300秒。于本发明的一具体实施例中，该电解处理时间为120秒。
[0023]根据本发明的【具体实施方式】，优选地，上述碱性电解除锈方法更包含一于步骤(B)之后的步骤(BI)，该步骤(BI)是使所述经电解处理的钢材作为阳极，再置入一含有磷酸三钠的碱性电解液中进行第二次电解处理，以获得经第二次电解处理的钢材。
[0024]在上述方法中，步骤(BI)是以所述经电解处理的钢材作为阳极，所述含有磷酸三钠的碱性电解液作为电解液，并依据一般电解装置进行安装。所述经电解处理的钢材的表面锈皮会与磷酸三钠所解离的磷酸根离子产生反应，且磷酸根磷子也会穿过锈皮而与钢材表面产生反应，而让锈皮得以去除且使钢材表面呈现雾面状态。
[0025]在上述方法中，优选地，步骤(BI)中的第二次电解处理是在8至13的pH值范围下进行的。
[0026]在上述方法中，优选地，步骤(BI)中的含有磷酸三钠的碱性电解液为磷酸三钠水溶液。更优选地，该磷酸三钠水溶液的浓度范围为0.2至0.6M。
[0027]在上述方法中，步骤(BI)中的含有磷酸三钠的碱性电解液中可选择地添加任何常用的添加剂，例如界面活性剂、金属螯合剂等。优选地，该含有磷酸三钠的碱性电解液中更含有一金属螯合剂，该金属螯合剂是选自于柠檬酸、氯化钠、草酸、丙二酸和硝酸中的一种或几种的组合。更优选地，该金属螯合剂是选自于柠檬酸、氯化钠或两者的组合。该金属螯合剂的添加量可依据实际需要进行调整，优选地，以磷酸三钠重量为100重量份计算，金属螯合剂的添加量范围为10至25重量份。
[0028]在上述方法中，优选地，步骤(BI)中的第二次电解处理的电流密度范围为20至160A/dm2，当电流密度低于20A/dm2时，锈皮维持原状；而当电流密度高于160A/dm2时，不仅需耗费较多能源且电解装置可能因过热而损坏。更优选地，该电流密度范围为20至100A/dm2 ;尤为优选地，该电流密度范围为40至100A/dm2 ;特别优选地，该电流密度范围为60至100A/dm2。
[0029]在上述方法中，优选地，步骤(BI)是在30至70°C的温度范围下进行的。更优选地，该温度范围为60至70°C。
[0030]在上述方法中，优选地，步骤(BI)中的第二次电解处理时间范围为60至180秒。于本发明的一具体实施例中，该电解处理时间为60秒。
[0031]在上述方法中 ，优选地，步骤(B)中的碱性电解液中更含有聚乙二醇。当碱性电解液中更含有聚乙二醇时，可降低水的表面张力，增加吸附活性而使电解液更能附着于钢材表面，并让电解过程更加顺利。
[0032]在上述方法中，优选地，步骤(C)中的机械力是由下列所构成的群组的方式所提供:刷磨、擦拭和超音波震荡中的一种或几种的组合。更优选地，步骤(C)中的机械力是由下列所构成的群组的方式所提供:刷磨、超音波震荡及两者的组合。尤为优选地，步骤(C)中的机械力是由刷磨及超音波震荡所提供。
[0033]经由本发明的方法所制得的表面无锈皮的钢材无需再经过任何表面处理(如抛光)，即可让钢材具有平滑且光亮的表面，且完全符合业界所需求的外观。此外，如因后续使用需求而希望有不同钢材外观(例如雾面)，则可搭配本发明方法中的步骤(BI)。
【专利附图】
【附图说明】
[0034]图1为本发明方法的一具体实施例的步骤流程示意图；
[0035]图2为实施例2的经电解处理的不锈钢线的SEM照片，电流密度为60A/dm2 ；
[0036]图3为实施例3的经电解处理的不锈钢线的SEM照片，电流密度为80A/dm2 ；
[0037]图4为实施例4的经电解处理的不锈钢线的SEM照片，电流密度为100A/dm2 ；
[0038]图5为比较例3的未经电解处理的不锈钢线的SEM照片；
[0039]图6为实施例19的未经电解除锈处理的不锈钢板材的EDS分析照片；[0040]图7为实施例19的未经电解除锈处理的不锈钢板材上的各成份比例分布图；
[0041]图8为实施例19的经电解除锈处理的不锈钢板材的EDS分析照片；
[0042]图9为实施例19的经电解除锈处理的不锈钢板材上的各成份比例分布图；
[0043]图10为实施例19的经第一次电解处理的不锈钢线的SEM照片，电流密度为20A/dm2 ；
[0044]图11为实施例20的经第一次电解处理的不锈钢线的SEM照片，电流密度为40A/dm2 ；
[0045]图12为实施例21的经第一次电解处理的不锈钢线的SEM照片，电流密度为60A/dm2 ；
[0046]图13为实施例22的经第一次电解处理的不锈钢线的SEM照片，电流密度为80A/dm2 ；
[0047]图14为实施例23的经第一次电解处理的不锈钢线的SEM照片，电流密度为100A/dm2 ；
[0048]图15为比较例7的未经电解处理的不锈钢线的SEM照片。
[0049]主要组件符号说明: [0050]I表面含有锈皮的钢材
[0051]2含有酒石酸盐的碱性电解液
[0052]3经电解处理的钢材
[0053]4机械力
[0054]5表面无锈皮的钢材
【具体实施方式】
[0055]在本发明的一具体实施例中，该碱性电解除锈方法的步骤流程如图1所示，包含:(A)、提供一表面含有锈皮的钢材I ; (B)、使该表面含有锈皮的钢材I作为阳极，再置入一含有酒石酸盐的碱性电解液2中进行碱性电解处理，该含有酒石酸盐的碱性电解液2浓度大于等于0.4M，而电解的电流密度大于等于10A/dm2，以获得经电解处理的钢材3 ;及(C)、对该经电解处理的钢材3提供一机械力4，直至锈皮自该钢材的表面脱离并制得一表面无锈皮的钢材5。
[0056]本发明将就以下实施例来做进一步说明，但应了解的是，这些实施例仅为例示说明之用，而不应被解释为本发明实施的限制。
[0057]实施例1
[0058]首先取一表面具有黑色锈皮的不锈钢线(购自华新不锈钢公司，型号为SS316，不锈钢线的直径为5.5mm，长度为50mm，锈皮厚度为20 y m)。再将该不锈钢线作为阳极，并放入浓度为0.5M的酒石酸钠水溶液(作为电解液，是由酒石酸钠及水进行调配制得，pH值为7.8)中，然后分别将该阳极及阴极(由纯钛金属所构成)电连接至一电源供应器，以获得一电解装置。通过调整该电源供应器，使该电解装置的电流密度控制在40A/dm2，并调整电解液的温度为31°C，以使该不锈钢线进行碱性电解处理。
[0059]待电解处理120秒后，取出该经电解处理的不锈钢线并放置于一超音波震荡器中进行震荡，在历时60秒后，再以布(3M公司制造，型号为8501)进行刷磨，即制得一亮面不锈钢材。
[0060]外观观察
[0061]通过肉眼观察实施例1所制得的不锈钢材的外观，结果如下表1所示。
[0062]比较例I及2
[0063]比较例I及2是依据实施例1的相同步骤流程进行电解除锈，同时利用相同步骤进行外观观察，不同之处在于:比较例I是以0.5M的柠檬酸钠水溶液作为电解液；比较例2是以0.5M的氢氧化钠水溶液作为电解液。测试结果分别整理于下表1中。
[0064]表1
[0065]
【权利要求】
1.一种碱性电解除锈方法，其包含以下步骤: (A)、提供一表面含有锈皮的钢材； (B)、使所述表面含有锈皮的钢材作为阳极，再置入一含有酒石酸盐的碱性电解液中进行碱性电解处理，该电解液浓度大于等于0.4M，而电解的电流密度大于等于ΙΟΑ/dm2，以获得经电解处理的钢材 '及 (C)、对所述经电解处理的钢材提供一机械力，直至锈皮自该钢材的表面脱离并制得一表面无锈皮的钢材。
2.如权利要求1所述的碱性电解除锈方法，其中，步骤(B)中的酒石酸盐是选自于酒石酸钠、酒石酸钾和酒石酸钠钾中的一种或几种的组合。
3.如权利要求1所述的碱性电解除锈方法，其中，步骤(B)是在7至8.5的pH值范围下进行的。
4.如权利要求1所述的碱性电解除锈方法，其中，步骤⑶中的电解处理的电流密度范围为 20 至 160A/dm2。
5.如权利要求1所述的碱性电解除锈方法，其中，步骤(B)是在30至70°C的温度范围下进行的。
6.如权利要求1所述的碱性电解除锈方法，其中，步骤(B)中的含有酒石酸盐的碱性电解液为酒石酸钠水溶液。
7.如权利要求6所述的碱性电解除锈方法，其中，所述酒石酸钠水溶液的浓度范围为0.8 至 1.0M0
8.如权利要求1所述的碱性电解除锈方法，其中，步骤(C)中的机械力是由下列所构成的群组的方式所提供:刷磨、擦拭和超音波震荡中的一种或几种的组合。
9.如权利要求1所述的碱性电解除锈方法，其更包含一于步骤(B)之后的步骤(BI)，该步骤(BI)是使所述经电解处理的钢材作为阳极，再置入一含有磷酸三钠的碱性电解液中进行第二次电解处理，以获得经第二次电解处理的钢材。
10.如权利要求9所述的碱性电解除锈方法，其中，所述含磷酸三钠的碱性电解液中更含有一金属螯合剂。
11.如权利要求10所述的碱性电解除锈方法，其中，所述金属螯合剂是选自于柠檬酸、氯化钠或两者的组合。
12.如权利要求9所述的碱性电解除锈方法，其中，步骤(BI)中的第二次电解处理的电流密度范围为20至160A/dm2。
13.如权利要求9所述的碱性电解除锈方法，其中，步骤(BI)是在30至70°C的温度范围下进行的。
14.如权利要求9所述的碱性电解除锈方法，其中，步骤(BI)中的含磷酸三钠的碱性电解液为磷酸三钠水溶液。
15.如权利要求14所述的碱性电解除锈方法，其中，所述磷酸三钠水溶液的浓度范围为 0.2 至 0.6M。
16.如权利要求1所述的碱性电解除锈方法，其中，所述碱性电解液中更含有聚乙二醇。
【文档编号】C25F1/06GK103806083SQ201310540644
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2013年11月4日 优先权日:2012年11月9日
【发明者】程一麟, 白育纶, 赖政隆, 何家敬, 曾婉宁, 白家祥, 栗爱纲, 李世文, 许雯婷 申请人:瑞研材料科技股份有限公司