一种不锈钢无铬钝化剂及表面处理方法与流程

1.本发明涉及不锈钢表面处理领域，特别是涉及一种不锈钢无铬钝化剂及表面处理方法。


背景技术：

2.不锈钢作为一种广泛应用的工业材料，因其具有优越的耐磨、耐腐蚀性等诸多优点而应用于社会各个领域，然而在许多腐蚀性环境介质中，不锈钢的腐蚀仍经常发生。通过化学处理方法，可以在不锈钢表面形成一层耐腐蚀性转化膜，基本不改变不锈钢表面外观形状，为了提高不锈钢表面的防腐能力要求，需要在不锈钢表面形成防护层。例如，专利cn102899653a申请公布采用由钼酸铵、氨基磺酸、有机磷酸、柠檬酸钠等组成的不锈钢化学无铬钝化处理该方法，虽然形成的氧化膜为无铬转化膜，但是耐腐蚀性很差，根本不能满足不锈钢耐盐性要求，表面很容易在空气中再次被腐蚀氧化。因此，研发出一种性能稳定、显著提高不锈钢高耐腐蚀性能的无铬钝化处理剂具有重要意义。


技术实现要素：

3.为了克服上述现有技术的缺点与不足，本发明首要目的是提供一种能够显著提高不锈钢表面耐腐蚀性能的不锈钢无铬钝化剂。
4.本发明另一目的在于提供一种不锈钢表面处理方法。
5.为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
6.一种不锈钢无铬钝化剂，包括以下组分：45％氟钛酸3～8g/l，68％硝酸300～350g/l，偏钒酸钠10～20g/l，50％硝酸镍10～20g/l，改性纳米二氧化钛2～5g/l，余量为水。
7.在其中一种实施方式中，45％氟钛酸3g/l，68％硝酸300g/l，偏钒酸钠20g/l，50％硝酸镍10g/l，改性纳米二氧化钛3g/l，余量为水。
8.在其中一种实施方式中，45％氟钛酸5g/l，68％硝酸350g/l，偏钒酸钠10g/l，50％硝酸镍20g/l，改性纳米二氧化钛5g/l，余量为水。
9.在其中一种实施方式中，所述改性纳米二氧化钛为纳米二氧化钛经过聚多巴胺改性得到。
10.在其中一种实施方式中，所述纳米二氧化钛的多巴胺改性包括以下步骤：将纳米二氧化钛加入tris
‑
hcl缓冲溶液(ph＝8.5)中，超声分散，继续加入盐酸多巴胺，在40～50℃下搅拌反应6～8h，分离，将固体产物洗涤后进行干燥，得到聚多巴胺改性纳米二氧化钛。
11.在其中一个实施方式中，所述纳米二氧化钛在tris
‑
hcl缓冲溶液的浓度为0.01～0.05g/l。
12.在其中一个实施方式中，所述超声分散为在500～800w超声分散30～45min。
13.在其中一个实施方式中，所述盐酸多巴胺在tris
‑
hcl缓冲溶液的浓度为0.01～0.05g/l。
14.在其中一个实施方式中，所述分离可采用离心分离。
15.在其中一个实施方式中，所述干燥为在35～40℃真空干燥12～24h。
16.本发明还提供使用上述不锈钢无铬钝化剂的不锈钢表面处理方法，该方法为将不锈钢依次经过脱脂处理、活化处理、钝化处理、封闭处理、烘干处理操作。
17.在其中一个实施方式中，所述脱脂处理为将不锈钢工件浸入脱脂剂中，在温度60℃条件下浸泡处理6min，水洗后进入活化处理；
18.所述脱脂剂包括以下组分：氢氧化钠10g/l，碳酸钠20g/l，磷酸三钠5g/l，五水偏硅酸钠1.25g/l，op
‑
10乳化剂1g/l，十二烷基苯磺酸钠2g/l。
19.在其中一个实施方式中，所述活化处理为将不锈钢工件浸入活化剂中，在30～50℃浸泡处理30～60s，水洗后进入钝化处理；
20.所述活化剂包括以下组分：50％硫酸50～100g/l，50％双氧水25～50g/l，无水乙醇20ml/l。
21.在其中一个实施方式中，所述钝化处理为将不锈钢工件浸入本发明提供的无铬钝化剂中，在55～65℃浸泡处理15～30min，水洗后进入封闭处理。
22.在其中一个实施方式中，所述封闭处理为将不锈钢工件浸入封闭剂中，在55～60℃浸泡处理25～35s，水洗后进入烘干处理。
23.所述封闭剂包括以下组分：油酸2～5g/l，二乙醇胺2～5g/l，单乙醇胺2～5g/l。
24.在其中一个实施方式中，所述烘干处理为将不锈钢工件在100
±
5℃干燥10～25min。
25.相比于现有技术，本发明具有如下优点和技术效果：
26.(1)本发明的无铬钝化剂通过采用以下组分45％氟钛酸3～8g/l，68％硝酸300～350g/l，偏钒酸钠10～20g/l，50％硝酸镍10～20g/l，改性纳米二氧化钛2～5g/l，余量为水；该无铬钝化剂能够在不锈钢表面形成一层无铬钝化膜，能够显著提高不锈钢表面的耐腐蚀性能，同时该无铬钝化剂具有环保无毒、容易操作、不影响不锈钢表面外观形状和钝化膜附着力高等特点。
27.(2)本发明采用化学沉积法在不锈钢表面沉积无铬钝化膜，在ti
‑
v
‑
ni三元合金钝化膜的基础上进一步引入改性纳米tio2，形成ti
‑
v
‑
ni
‑
纳米tio2多元复合钝化膜，利用纳米tio2的光电转换特性，在光照条件下纳米tio2可作为非牺牲性阳极给不锈钢基体提供阴极保护，能够进一步提高无铬钝化膜的抗腐蚀性能。
28.(3)本发明添加的改性纳米tio2，将纳米tio2经过聚多巴胺改性之后，一是能够提高纳米tio2在不锈钢无铬钝化剂的分散性，同时由于聚多巴胺具有良好的生物粘性，能够进一步提高ti
‑
v
‑
ni
‑
纳米tio2多元复合钝化膜在不锈钢的附着力。
29.(4)本发明提供的不锈钢表面处理方法具有工艺简单，钝化处理时间短，适合工业化生产等特点。
附图说明
30.图1为本发明实施例1的工艺流程图。
31.图2为本发明实施例1经过盐雾测试后的不锈钢工件表面状况图；
32.图3为本发明实施例2经过盐雾测试后的不锈钢工件表面状况图；
33.图4为本发明实施例3经过盐雾测试后的不锈钢工件表面状况图。
具体实施方式
34.下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。如无特别说明，本发明中所有原料和试剂均为市购常规的原料、试剂。
35.改性纳米tio2的制备：
36.将0.1～0.5g纳米二氧化钛加入100ml tris
‑
hcl缓冲溶液(ph＝8.5)中，在500～800w超声分散30～45min，继续加入0.1～0.5g盐酸多巴胺，在40～50℃下搅拌反应6～8h，离心分离，将固体产物用水和乙醇分别洗涤三次后在35～40℃真空干燥12～24h，得到聚多巴胺改性纳米二氧化钛。
37.实施例1：
38.脱脂处理：将304不锈钢工件浸入脱脂剂(氢氧化钠10g/l，碳酸钠20g/l，磷酸三钠5g/l，五水偏硅酸钠1.25g/l，op
‑
10乳化剂1g/l，十二烷基苯磺酸钠2g/l，余量为水)中，在温度60℃条件下浸泡处理6min，水洗后进入活化处理；
39.活化处理：将不锈钢工件浸入活化剂(50％硫酸50～100g/l，50％双氧水25～50g/l，无水乙醇20ml/l，余量为水)中，在30～50℃浸泡处理30～60s，水洗后进入钝化处理；
40.钝化处理：将304不锈钢工件浸入无铬钝化剂(45％氟钛酸3g/l，68％硝酸300g/l，偏钒酸钠20g/l，50％硝酸镍10g/l，改性纳米二氧化钛3g/l，余量为水)中，在55～65℃浸泡处理15～30min，水洗后进入封闭处理；
41.封闭处理：将304不锈钢工件浸入封闭剂(油酸2～5g/l，二乙醇胺2～5g/l，单乙醇胺2～5g/l，余量为水)中，在55～60℃浸泡处理25～35s，水洗后进入烘干处理；
42.烘干处理：将304不锈钢工件在100
±
5℃干燥10～25min。
43.如图1为本实施例的工艺流程图。
44.实施例2：
45.实施例2与实施例1的区别在于处理的不锈钢工件为316不锈钢工件，其中钝化处理所使用的无铬钝化剂包括的组分为45％氟钛酸5g/l，68％硝酸350g/l，偏钒酸钠10g/l，50％硝酸镍20g/l，改性纳米二氧化钛5g/l，余量为水。
46.实施例3：
47.实施例3与实施例1的区别在于处理的不锈钢工件为430不锈钢工件，其中钝化处理所使用的无铬钝化剂包括的组分为45％氟钛酸8g/l，68％硝酸300g/l，偏钒酸钠15g/l，50％硝酸镍15g/l，改性纳米二氧化钛2g/l，余量为水。
48.对比例1：
49.对比例1与实施例1的区别在于无铬钝化剂的组分为：45％氟钛酸3g/l，68％硝酸300g/l，偏钒酸钠20g/l，50％硝酸镍10g/l，余量为水。
50.对比例2：
51.对比例2与实施例1的区别在于无铬钝化剂的组分为：45％氟钛酸3g/l，68％硝酸300g/l，偏钒酸钠20g/l，50％硝酸镍10g/l，纳米二氧化钛3g/l，余量为水。
52.对比例3：
53.对比例3与实施例1的区别在于无铬钝化剂的组分为：68％硝酸300g/l，偏钒酸钠
20g/l，50％硝酸镍10g/l，改性纳米二氧化钛3g/l，余量为水。
54.对比例4：
55.对比例4与实施例1的区别在于无铬钝化剂的组分为：45％氟钛酸3g/l，68％硝酸300g/l，偏钒酸钠20g/l，50％硝酸镍10g/l，改性纳米二氧化钛15g/l，余量为水
56.将实施例1
‑
3和对比例1
‑
3处理后的不锈钢工件分别进行72h、96h、120h盐雾测试测试结果表1。
57.盐雾测试采用5％氯化钠中性盐雾连续喷雾，盐雾测试结果分级如下：
58.10级：无缺陷面积，不锈钢工件表面外观无变化；9级：缺陷面积占比不超过0.1％，不锈钢工件表面有轻微到中度的变色；8级：缺陷面积占比介于0.1％～0.25％，不锈钢工件表面严重变色或有极轻微的腐蚀物；盐雾测试8级以下则为不通过。
59.表1各组处理方法对不锈钢工件耐腐蚀性能的影响
60.对比项目表面处理后外观72h盐雾96h盐雾120h盐雾实施例1均匀，手擦无灰，具金属光泽10级10级10级实施例2均匀，手擦无灰，具金属光泽10级10级10级实施例3均匀，手擦无灰，具金属光泽10级10级10级对比例1均匀，手擦无灰，具金属光泽10级9级不通过对比例2不均匀，工件表面有白色斑块8级不通过不通过对比例3均匀，手擦无灰，具金属光泽9级不通过不通过对比例4均匀，金属光泽消失10级10级10级
61.由表1盐雾试验结果可看出，本发明提供的不锈钢无铬钝化剂及不锈钢表面处理方法，能够显著提高不锈钢的耐腐蚀性能，在经过120h盐雾测试之后不锈钢工件表面无外观变化；由对比例1看出当无铬钝化剂中缺少改性纳米tio2组分时，不锈钢的耐腐蚀性能降低，未能通过120h盐雾测试；由对比例2看出当纳米二氧化钛为经过改性使用时，由于团聚现象严重，难以在不锈钢表面形成均匀而完整的钝化膜，此时纳米二氧化钛的加入反而降低无铬钝化剂对不锈钢的保护作用，最终未能通过96h盐雾测试；由对比例3看出当无铬钝化剂中缺少氟钛酸组分时，从ti
‑
v
‑
ni三元合金变为v
‑
ni二元合金，明显降低了不锈钢的耐腐蚀性能，最终未能通过96h盐雾测试；由对比例4可以看出，当加入的改性纳米二氧化钛的加入量超过本发明的限量时，则会影响不锈钢的最终外观，使其失去金属光泽。
62.上述实施例为本发明探索的最优实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。