本发明属于不锈钢清洗领域，具体涉及一种对不锈钢表面进行除氧化层、除油、防锈的表面处理剂。
背景技术：
不锈钢在生产及使用的过程中表面易产生氧化层、锈蚀层和沾染油污，在进行进一步深加工之前需要对不锈钢材料进行清洗及防锈工艺处理。目前不锈钢材料的清洗工艺主要是利用主要成分为硫酸、盐酸、硝酸、氢氟酸的酸性清洗剂进行清洗，利用强酸性介质除掉表面的氧化层，然后再进行碱洗中和，最后喷淋水清洗烘干。表面脏污处理好之后，还会进行额外的防腐防锈工艺，如喷涂或者浸涂防锈剂、防锈油等工艺。在实际使用过程中，上述工艺步骤往往包含多项多次工艺，费时费力。同时，由于酸洗过程中使用的酸浓度不低，易导致酸性物质消耗量大、酸雾大、废液排放量大的问题。酸洗过后往往还需要进行碱洗中和，以完全除去酸液的残留，以免对处理的不锈钢材料造成二次腐蚀，最后还需要利用清水将不锈钢材料表面的碱液冲洗干净。对于具有较为复杂结构的不锈钢件来说，工艺步骤越多，越增加了清洗液在复杂结构死角累积的几率，极容易形成具有低化学势的腐蚀点，在该处易形成深孔点蚀，导致不锈钢制件的失效。
许多研究者针对不锈钢清洗工艺步骤过多的问题进行了探讨研究，如申请号为201210197346.6的名为《一种含有复配钝化剂的酸洗液及其制备方法》的中国专利中提供了一种由硝酸、氢氟酸、复配钝化剂和水组成的酸洗液一次性对不锈钢铸件进行酸洗及钝化。
技术实现要素：
本发明针对现有工艺中不锈钢材料表面清洗步骤多、工艺繁琐、废液排放量大的问题进行了改进，提供了一种结合除油、除氧化层、防锈三种功能的表面处理剂，对不锈钢材料进行一次处理后，清洗即可，大大简化了处理工艺。同时，进行处理的表面处理剂为复配配方，降低了酸的使用量，更加经济环保。
本发明所要解决的技术问题通过以下步骤予以实现：
本发明中提供的一种不锈钢表面处理剂，组分及含量为：
硝酸 42-58ml/L
氢氟酸 5.5-8.5ml/L
三甘醇 18-25 ml/L
乌洛托品 4-7g/L
椰子油脂肪酸二乙醇胺 8-14 g/L
三乙醇胺油酸皂 2-6 g/L
脂肪酸甲酯乙氧基化物 6.5-9.5 g/L
烷基酚聚氧乙烯醚 1-4 g/L
明胶 5-18 g/L
氯化钠 9-18 g/L
偏硅酸钠 6-8 g/L
柠檬酸钠 5-8 g/L
余量为水。
本发明中提供的不锈钢表面处理剂主要分为三类组分：强酸性组分、表面活性组分以及水溶性盐组分。本发明中采用硝酸、氢氟酸、三甘醇作为强酸性组分中的酸性物质，采用乌洛托品、椰子油脂肪酸二乙醇胺、三乙醇胺油酸皂、脂肪酸甲酯乙氧基化物、烷基酚聚氧乙烯醚复配作为主要表面活性组分，采用氯化钠、偏硅酸钠和柠檬酸钠作为水溶性盐组分。另外，在活性组分中还添加明胶用以调节表面处理剂的粘度。
进一步优选，本发明中的不锈钢表面处理剂组分及含量为：
硝酸 52-55ml/L
氢氟酸 7.8-8.5ml/L
三甘醇 22-25 ml/L
乌洛托品 4-5g/L
椰子油脂肪酸二乙醇胺 10-12 g/L
三乙醇胺油酸皂 3-5 g/L
脂肪酸甲酯乙氧基化物 8-9 g/L
烷基酚聚氧乙烯醚 3-3.5 g/L
明胶 9-15g/L
氯化钠 16-18 g/L
偏硅酸钠 7-8 g/L
柠檬酸钠 7-8 g/L
余量为水。
再进一步优选，本发明中的不锈钢表面处理剂组分及含量为：
硝酸 55ml/L
氢氟酸 8.5ml/L
三甘醇 24 ml/L
乌洛托品 5g/L
椰子油脂肪酸二乙醇胺 12 g/L
三乙醇胺油酸皂 5 g/L
脂肪酸甲酯乙氧基化物 8.5 g/L
烷基酚聚氧乙烯醚 3.2 g/L
明胶 14g/L
氯化钠 16 g/L
偏硅酸钠 8 g/L
柠檬酸钠 8 g/L
余量为水。
本发明中还提供一种制备上述表面处理剂的方法，包括如下步骤：
A、将氢氟酸、硝酸、三甘醇按照组分配方混合均匀，制成酸性混合液；
B、将乌洛托品、椰子油脂肪酸二乙醇胺、三乙醇胺油酸皂、脂肪酸甲酯乙氧基化物、烷基酚聚氧乙烯醚在按照组分配方在水中溶解，溶解过程水浴加热，加热温度为40-55℃，全部溶解后停止水浴加热，投入明胶，搅拌使其自然冷却，制成活性剂混合液；
C、将氯化钠、偏硅酸钠、柠檬酸钠按照组分配方溶解于水中，制成盐溶液；
D、将活性剂混合液倒入盐溶液中搅拌均匀，然后再将酸性混合液倒入前述混合液中，搅拌均匀，最后添加水直至达到配比，即得所需表面处理剂。
本发明中采用的强酸性组分含量在55-70ml/L之间，比起现有技术中酸洗液成分动辄达到100ml/L甚至更高的强酸性组分含量，大大降低了酸性物质的使用，兼顾了经济性和环保性，同时由于复配使用活性组分，去除不锈钢表面脏污和氧化层能力佳，同时活性组分还能够有效起到防锈防腐蚀的作用。
鉴于强酸性组分、表面活性组分以及水溶性盐组分溶解能力之间的差异，所以三种不同的组分分别溶解/混合后再行混合。酸性混合液中添加三甘醇，一方面改善酸性混合液的流动性，另一方面，三甘醇在不锈钢表面处理中可作为光亮剂进行应用，可有效增强酸性组分对不锈钢表面氧化层去除的外观效果。乌洛托品是常用金属防腐蚀剂，三乙醇胺油酸皂、椰子油脂肪酸二乙醇胺和烷基酚聚氧乙烯醚配伍使用能够有效对清洗后的不锈钢材料表面进行防锈防护，尤其添加脂肪酸甲酯乙氧基化物（FMEE）后，不仅能够促进活性组分溶解的速度，同时还拥有强的除油功能。
活性组分需要在水浴加热的条件下进行溶解，完全溶解后需加入明胶对活性混合液的粘度进行一定的调节。步骤B和步骤C中溶解活性组分和盐类时，可根据实际情况选择溶解时所需的水量，以不超过总水量为前提，以便于实际混合溶解操作为目的，在步骤D中所有组分混合均匀后再补充水分至配比量即可。
应用本发明中的不锈钢表面处理剂的方法为：将不锈钢浸泡于所述表面处理剂中，处理温度为50-85℃，处理时间为30-80分钟。在应用本发明提供的不锈钢表面处理剂过程中，也可采用高温喷淋、循环清洗等其他工艺方法，但是经实践验证，直接浸泡效果最佳。处理时间不宜过长，会增加二次腐蚀的风险，时间过短则无法达到理想的效果。
进一步优选，应用中的处理温度为65-75℃。再进一步优选，应用中的处理温度为72℃最佳。
在经过本发明中的表面处理剂处理后，将不锈钢材料用去离子水喷淋或者漂洗干净，烘干即可使用。
本发明的发明人在实践中发现，本发明中的不锈钢表面处理剂针对铁素体型和马氏体型的不锈钢及耐热钢材料的表面轻油污的处理、氧化层的处理以及防锈防腐有非常好的效果。
本发明具有如下有益效果：
1、本发明针对现有工艺中不锈钢材料表面清洗步骤多、工艺繁琐、废液排放量大的问题进行了改进，提供了一种结合除油、除氧化层、防锈三种功能的表面处理剂，对不锈钢材料进行一次处理后，清洗即可，大大简化了处理工艺。
2、本发明中的不锈钢表面处理剂中大大减少了酸液的使用，提升了经济性和环保性。
3、本发明中通过该不锈钢表面处理剂的使用，一个步骤即完成不锈钢的表面清洗工作和防锈防腐工作，处理完成后清洗烘干即可投入使用，无二次腐蚀的危害，处理后的不锈钢材料质量稳定、短期防锈防腐效果好。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明的内容进行进一步的描述。
1、不锈钢材料的选择
选择牌号为06Cr13Al、022Cr11Ti、10Cr15、Y10Cr17、10Cr17Mo、019Cr19Mo2NbTi、12Cr12、06Cr13、12CR13、40Cr13、95Cr18的不锈钢片作为试片，试片尺寸为长宽高10cm×6cm×0.5cm，上述牌号为铁素体型和马氏体型的不锈钢牌号。
选择牌号为06Cr19Ni10的奥氏体不锈钢试片作为对比例，该试片尺寸与实施例中试片相同。
2、不锈钢表面处理剂的制备
实施例中使用的不锈钢表面处理剂的配方如下表所示。
不锈钢表面处理剂溶剂使用去离子水，制备方法如下：
（1）将氢氟酸、硝酸、三甘醇按照组分配方混合均匀，制成酸性混合液；
（2）将乌洛托品、椰子油脂肪酸二乙醇胺、三乙醇胺油酸皂、脂肪酸甲酯乙氧基化物、烷基酚聚氧乙烯醚在按照组分配方在水中溶解，溶解过程水浴加热，加热温度为50℃，全部溶解后停止水浴加热，投入明胶，搅拌使其自然冷却，制成活性剂混合液；
（3）将氯化钠、偏硅酸钠、柠檬酸钠按照组分配方溶解于水中，制成盐溶液；
（4）将活性剂混合液倒入盐溶液中搅拌均匀，然后再将酸性混合液倒入前述混合液中，搅拌均匀，最后添加水定容直至达到配比，即得所需表面处理剂。
步骤（2）与步骤（3）中溶解过程中使用的水分别为溶剂用水总量的50%左右。
3、试片处理
将实施例中的牌号为06Cr13Al的不锈钢试片浸泡于实施例中制得的表面处理剂中，处理温度为72℃，浸泡时间定为1小时。
将处理后的不锈钢试片用去离子水喷淋洗净后烘干，通过24h盐雾试验对比，序号为8-13的表面处理剂效果最好，试片表面干净整洁无残留痕迹，盐雾试验后不锈钢试片表面无变化。
4、对比试验
选择序号为10的不锈钢表面处理剂作为本实施例中提供的表面处理剂代表，对不同不锈钢材料试片进行处理，处理步骤同3。
将同样的不锈钢试片经过酸洗、碱洗、喷淋、烘干步骤进行处理后作为对比例。
将所有处理后的试片按照《GB/T 10125-2012 人造气氛腐蚀试验 盐雾试验》进行240h的中性盐雾试验，观察试片表面状态，结果如下表。
由测试结果可以看出，本实施例中的不锈钢表面处理剂不仅除油效果好，而且有增加不锈钢试片表面光泽度的效果，而且具有一定的防锈防腐蚀功能。本实施例中的不锈钢表面处理剂在应用于铁素体和马氏体型不锈钢时效果更为明显。牌号为Y10Cr17的不锈钢因含硫量较高，应用现有技术中酸洗碱洗步骤时高温及强酸碱的直接处理容易使不锈钢表面产生黑色氧化物，应用本实施例中的表面处理剂则能够有效避免。
最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明实施例的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明实施例进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解依然可以对本发明实施例的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明实施例技术方案的范围。