专利名称：一种环境友好的室温无渣彩色化学转化液与工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种在碳钢表面进行常温磷化、钝化与发蓝(发黑)的化学 转化处理的配方与工艺，通过磷化、钝化与发蓝(发黑)的化学转化处理， 在碳钢表面形成覆盖均匀结晶细致的彩色膜，以增强钢铁表面的耐蚀性能和 装饰性以及与表面后续处理性能。是一种节能环保的新型钢铁表面耐蚀与装 饰表面处理工艺与技术，属于精细化工领域。
背景技术：
化学转化处理是指将金属件浸入化学槽液中经过一定的化学处理来提高 基体表面的耐蚀性和后续处理性能。化学转化处理通常包含磷化、钝化、氧
化和发蓝等转化处理技术。对磷化而言，七十年代中期以前，磷化多采用70-80 °C (有时高达卯-100。C)的高温工艺，所得的磷化膜结晶粗大，磷化处理槽 液沉渣多，且槽液不稳定且污染严重；七十年代中期以后，人们为了节约能 源和减少污染，竞相开发中低温(〈7(TC)磷化工艺。进入21世纪以后，对磷化 工艺与技术提出了更高的要求，开发低温(或超低温)、超低重金属金属离 子浓度的转化处理配方与工艺成为研究的重点。
钢铁氧化亦称发蓝或发黑。为了在钢材表面得到蓝色美观的膜层， 一般 采用碱性氧化、常温发蓝工艺。碱性氧化通常在含有氧化剂的高温(130 150 °C)碱性槽液中进行，这种转化处理液中一般含氢氧化钠(55 85g/L)和亚 硝酸钠(150 200g/L)，甚至部分处理液还含有磷酸钠和重铬酸钾。因而这 种氧化发蓝处理具有能耗大、环境污染严重和对人体健康危害强等致命缺点。 为了解决高温氧化发蓝处理能耗大的问题，人们开发了室温发蓝处理配方与 工艺，然而常温发蓝液主要由硝酸铜(l 3g/L)、对苯二酚(2 4g/L)、 亚硒酸(3 5g/L)、硝酸(30 40ml/L〉等组成，这种室温发蓝处理技术与工 艺虽然较好的解决了能耗问题，但是由于处理液中含有大量的亚硒酸和对苯 二酚等剧毒物质而使用受到很大的限制，此外室温发蓝处理所得到的膜层具 有附着力低、耐蚀性与耐磨性差等缺点。
氧化钝化是提高钢铁表面耐蚀性的另一种方法，通常是在酸性氧化 溶液中进行，通常氧化钝化液由重铬酸钾(50 80g/L)、铬酐( 82 g/L) 和磷酸( 81 g/L)等构成，处理温度60 90。C，时间5 10min。虽然用这类转化液处理所得到的钝化膜具有优异的耐蚀性能，但是由于处理液含有大
量剧毒6价铬而逐渐有被低毒的处理液所代替的趋势。
综上所述，研究能耗低、环境友好的钢铁表面化学转化工艺与配方迫在 眉睫。
发明内容
本发明目的是提供一种碳钢表面常温无渣彩色化学转化配方与工艺。解 决了如下五个问题-
1) 中、高温磷化耗能大，污染重，槽液沉渣多且不稳定，磷化膜粗糙且 耐蚀性差；
2) 常温磷化含有亚硝酸根离子和大量金属镍重离子等；
3) 高温发蓝能耗大，污染重和含有大量亚硝酸盐等致癌物质；
4) 常温发蓝中含有大量硒元素以及常温发蓝膜结合力差；
5) 氧化钝化液中含有大量的毒性强的六价重金属铬离子。 本配方所得转化膜是细晶型彩色薄膜，能大大提高钢铁表面的耐蚀性和
装饰性以及后续处理工艺性。
本发明目的是提供一种环境友好的室温无渣彩色化学转化液，其特征在 于每升溶液含磷酸锌3.8 10.3克/升，磷酸4.0 15.0毫升/升，锰盐
0.6 2.8克/升，磷酸钠1.8 6.0克/升，有机酸盐4.1 8.4克/升，促进剂 1.6 4.6克/升，其余为水，并调节pH值至2.5 3.2。
进一步锰盐是马日夫盐。
进一步有机酸盐是有机羧酸盐。 进一步促进剂是无机盐。
.应用所述化学转化液进行化学转化的工艺，其特征在于将碳钢置于所 述化学转化液，于温度10 3(TC的槽液中处理时间8 30min后，经水冲洗 并吹干后，即可在碳钢表面形成一种均匀致密的彩色化学转化膜。
本发明具体处理方法是通过以下技术方案实现的化学除油一热自来 水洗一冷自来水冲洗 一酸洗一冷自来水洗一中和一冷自来水洗 —活化一冷自来水洗一化学转化一冷自来水洗一吹干。
上述主要工序说明如下
(1)化学除油将待处理碳钢置于65 90'C化学除油处理液中5 10分钟即可。化学除 油配方为..氢氧化钠20 g/L、磷酸钠20 g/L、碳酸钠20 g/L、硅酸钠3020 g/L、表面活性剂l 2g/L、自来水余量。 (2)酸洗
将待处理的碳钢置于体积比为1:1盐酸溶液中处理60 120秒。
(3) 中和
在5%碳酸钠水溶液室温下浸泡30 60s。
(4) 活化
将中和后的碳钢置于室温混酸溶液中浸泡20 40s。混酸的配比组成 为盐酸100ml/L、 HF 10 20ml/L。 (5)化学转化
将活化并水洗后的碳钢置于10 3(TC、pH2. 5 3. 2化学转化液中处理8 30min，即可得到细晶型彩色薄膜。
化学转化液配方为磷酸锌3.8 10.3g/L、磷酸4.0 15.0ml/L、锰盐 0.6 2. 8 g/L、磷酸钠1.8 6.0 g/L、有机酸盐4.1 8.4 g/L、促进剂1.6 4. 6g/L。
本发明相对现有技术具有如下特点
1. 生成的化学转化膜是一种由磷酸盐和氧化物所构成的彩色复合膜，具 有结晶细致色泽均匀、耐蚀性好、装饰性强以及后续处理工艺性好等特点。
2. 溶液配方不含亚硝酸盐和硒以及重金属盐等有毒物质，具有环境友好、 清洁生产等优点。
3. 溶液中锌离子浓度含量，处理过程中不产生沉渣，槽液稳定，工艺可 控性好。
4. 本发明原料易得，成本低，适于工业生产。
具体实施例方式
(1)化学除油
将待处理碳钢置于65 90。C化学除油处理液中5 10分钟即可。化学除 油配方为氢氧化钠20 g/L、磷酸钠20 g/L、碳酸钠20 g/L、硅酸钠3020 g/L、 表面活性剂l 2g/L、去离子水余量。 (2)酸洗首先配置酸洗液，将质量分数36.5%的浓盐酸与去离子水按体积比1: 1 配置成酸洗液放入容器中备用。室温下，将冷轧钢片放入该酸洗液60 120s， 除尽表面锈迹和氧化皮。
(3)中和
采用质量百分比浓度5%碳酸钠水溶液室温下浸30 60s。
(5) 活化
配方浓盐酸(1.19g/ml) 100ml/L; HF20ml/L。
以下各实施例前5步骤均在上述工艺参数内进行。磷酸采用质量百分比 浓度不少于85%是因为市售浓度均不少于85%,不能理解为限定保护范围的 限定。
实例1:
取40X 40X lmm冷轧钢片待用。
(6) 化学转化
将经过活化处理的试片放入此化学转化液中，控制温度2(TC，用氢氧化 钠调节PH到2. 8处理15分钟。化学转化配方如下磷酸锌10.8 g/L、磷酸
(浓度不少于85%) 9.5ml/L、酸式磷酸锰1.7g/L、磷酸钠3.9g/L、已二酸 6.5g/L、硝酸锌3.1g/L。
(7) 千燥
将经过化学转化液处理的试片从槽液中取出，经自来水冲洗，用电吹风 吹干即可。
所得试片为表面覆盖均匀结晶细致彩色化学转化膜，进行硫酸铜点滴试 验耐蚀时间110s。
实例2:除(6)化学转化处理的配比组成有所不同外，所有处理步骤(l)、 (2)、 (3) 、 (4)、 (5) 、 (6)、 (7)与实例1相同。
化学转化将经过活化处理的试片放入此化学转化液中，控制温度1(TC， 用氢氧化钠调节PH到2.7处理30分钟；化学转化液体配方:磷酸锌10.3g/L、 磷酸15,0ml/L、酸式磷酸锰2.8g/L、磷酸钠6.0 g/L、草酸8. 4 g/L、硝酸钠 4.6g/L。
所得化学转化膜为结晶细致彩色膜层，耐硫酸铜点滴实验达90s。实例3:
除(6)化学转化处理的配比组成有所不同外，所有处理步骤(1) 、 (2)、 (3) 、 (4)、 (5) 、 (6)、 (7)与实例1相同。
化学转化将经过活化处理的试片放入此化学转化液中，控制温度30 °C，用氢氧化钠调节PH到2.5，处理10分钟；化学转化液体配方磷酸锌 3.8g/L、磷酸4.0ml/L、酸式磷酸锰0.6 g/L 、磷酸钠1.8g/L、乙酸4. lg/L、 硝酸铜1.6g/L。
所得化学转化膜为结晶细致彩色膜层，耐硫酸铜点滴实验达100s。
权利要求
1. 一种环境友好的室温无渣彩色化学转化液，其特征在于每升溶液含磷酸锌3.8～10.3克/升，磷酸4.0～15.0毫升/升，锰盐0.6～2.8克/升，磷酸钠1.8～6.0克/升，有机酸盐4.1～8.4克/升，促进剂1.6～4.6克/升，其余为水，并调节pH值至2.5～3.2。
2. 根据权利要求1所述化学转化液，其特征在于锰盐是马日夫盐。
3. 根据权利要求l.所述化学转化液，其特征在于:有机酸盐是有机羧酸盐。
4. 根据权利要求1.所述化学转化液，其特征在于促进剂是无机盐。
5.应用权利要求1所述化学转化液进行化学转化的工艺，其特征在于将碳钢置于所述化学转化液，于温度10 30°C的槽液中处理时间8 30min后， 经水冲洗并吹干后，即可在碳钢表面形成一种均匀致密的彩色化学转化膜。
全文摘要
本发明涉及一种环境友好的室温无渣彩色化学转化液与工艺。本发明是将碳钢置于含磷酸锌3.8～10.3克/升，磷酸4.0～15.0毫升/升，锰盐0.6～2.8克/升，磷酸钠1.8～6.0克/升，有机酸盐4.1～8.4克/升，促进剂0.6～4.6克/升，pH值2.5～3.2，温度10～31℃的槽液中处理时间8～30min.后，经自来水冲洗并吹干后，即可在碳钢表面形成一种均匀致密的彩色化学转化膜，该膜具有优良装饰性、耐蚀性及其后续工艺性。本发明很好解决碳钢高中温磷化和高温发蓝时污染重能耗大的问题；也解决了常温发蓝液中亚硒酸和铜离子和氧化钝化液中六价铬离子而导致污染环境、危害操作人员健康以及发蓝膜耐蚀性与基体结合力差等问题。
文档编号C23C22/07GK101457354SQ200910076288
公开日2009年6月17日 申请日期2009年1月9日 优先权日2009年1月9日
发明者禹 左, 熊金平, 黄亚军 申请人:北京化工大学