一种环保型以铁做诱发剂的奥氏体不锈钢发黑工艺和处理方法与流程

1.本发明涉及金属表面处理技术领域，具体涉及一种环保型以铁做诱发剂的奥氏体不锈钢发黑工艺和处理方法。


背景技术：

2.不锈钢的发黑处理(又称氧化处理)是一种表面处理技术。不锈钢经发黑处理后可在其表面生成一层氧化膜层，通过浸油、皂化等其它填充处理，能形成耐蚀性很强的保护层。
3.现有的不锈钢发黑处理的常用方法有酸性着色法和碱性着色法两类，其中酸性着色法主要有熔融重铬酸盐法和铬酸盐黑色化学氧化法两种。
4.熔融重铬酸盐法是将不锈钢工件放在重铬酸钠熔融盐液中浸渍，进行充分搅拌二三十分钟形成黑色氧化膜，取出冷却后水洗即可，重铬酸钠熔融盐液中浸渍的温度必须在450～550℃之间，低于或高于这个温度区间时，不能进行充分的氧化，达不到黑色效果，且反应后的废水溶液中存在重金属cr
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，难以处理。
5.铬酸盐黑色化学氧化法的膜层颜色变化的过程是由浅到深，当从浅蓝往深蓝变化时，其时间间隔仅0.5～1min，错过这个最佳点就会又回到浅棕色，只能退除后重新着色，所以着色时间难以把控，导致发黑工艺不稳定，而且废水溶液同样存在重金属cr
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。
6.碱性着色法主要是以氢氧化钠为主盐的发黑工艺，其中还含有剧毒物质氰化物，传统的氰化物处理是采用生物法进行降解，但是碱性着色法所采用的除氰化物以外的配方溶液大多为高盐，高浓度的溶液，这些溶液也具有一定的生物毒性，利用生物法仍然难以降解。
7.所以，目前不锈钢发黑处理方法中，各种方法均存在相应的缺陷，如熔融重铬酸盐法存在着温度要求高和废液难处理，铬酸盐黑色化学氧化法发黑时间短导致发黑过程不稳定，碱性着色法发黑完成后形成的废液存在着有毒物质，这些有毒物质难以处理的问题。


技术实现要素：

8.本发明的目的在于提供一种环保型以铁做诱发剂的奥氏体不锈钢发黑工艺和处理方法，既解决不锈钢发黑处理过程中温度要求高和不稳定的问题，又解决了发黑完成后产生的毒性废液难以处理的问题。
9.为了解决上述问题，提供的技术方案如下：
10.一种环保型以铁做诱发剂的奥氏体不锈钢发黑工艺和处理方法，具体包括以下步骤：
11.1)制备发黑药剂：将强碱放入水中完全溶解，依次加入氯化钠、硫代硫酸盐、氰化物、op-10乳化剂和硫脲得到发黑药剂；
12.2)准备诱发剂：将铁丝编织成铁丝网，对铁丝网进行除油和清洗处理，处理完成的
铁丝网作为诱发剂；
13.3)发黑：将奥氏体不锈钢工件依次经过除油、水洗、活化处理，处理后的奥氏体不锈钢工件装载在步骤2)中的铁丝网里，再将铁丝网连同奥氏体不锈钢工件一起放入到步骤1)中制备好的发黑药剂中进行发黑，温度控制在110-130℃，发黑时间为0.5-6min，取出铁丝网和发黑后的奥氏体不锈钢工件，余液为废液；
14.4)干燥：将发黑后的奥氏体不锈钢工件放入恒温干燥烘箱中进行烘干，恒温干燥烘箱设定温度为60-80℃，烘烤时间为25-45min；
15.5)油封：在发黑干燥后的奥氏体不锈钢工件表面浸涂一层防锈油，涂完防锈油后的奥氏体不锈钢工件采用自封袋油封包装；
16.6)发黑液处理：将步骤3)的废液用自来水稀释5-12倍，然后放入电解发生器中进行电解氧化处理。
17.本方案的有益效果如下：
18.1、与现有技术熔融重铬酸盐法进行发黑温度要求在450～550℃之间相比，本方案发黑过程中温度只需要控制在110-130℃之间，温度要求大大降低，降低能耗。
19.2、与现有技术铬酸盐黑色化学氧化法颜色变化间隔时间为0.5～1min之间相比，本方案的发黑时间为0.5-6min，发黑时间延长，方便对发黑过程的把控。
20.3、本方案发黑完成后的废液中不会产生重金属cr
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，并且采用电解法进行电解处理废液取代生物法降解废液，废液中有害离子最终会被分解成无害气体排出，整个降解过程无添加，无有毒有害物质排放。
21.进一步，所述步骤1)中制备发黑药剂中强碱用量为400-550g/l，硫代硫酸盐用量为80-150g/l，氯化钠用量为20-80g/l，氰化物用量为5-20g/l，op-10乳化剂用量为1-5g/l，硫脲用量为0.1-1g/l。以上用量单位g/l表示在1l水中加入的药品剂量，使用此区间内的药剂用量配制的发黑剂，发黑效果最佳。
22.进一步，所述强碱采用氢氧化钠，所述硫代硫酸盐采用硫代硫酸钠，所述氰化物采用氰化钠。统一采用钠的化合物作为发黑剂的配置，减少引入的杂质离子，方便废水处理。
23.进一步，所述步骤3)中发黑时间优选为0.5-2min。此时间段内发黑颜色最深。
24.进一步，所述步骤6)中的电解发生器采用掺硼金刚石作阳极，不锈钢作阴极，电解发生器中电流密度为30-60ma/cm2。30-60ma/cm2属于低电流，低电流节约用电的同时还能加强废液电解效率。
25.进一步，所述电解发生器的掺硼金刚石电极片和不锈钢电极片插入废液中，废液一侧设有循环泵，循环泵自带的出口端和入口端插入废液中对电解中的废液进行循环。掺硼金刚石电极片硬度高，耐强酸强碱，表面产生强氧化基团；不锈钢电极片价格便宜，掺硼金刚石电极片和不锈钢电极片配合对烧杯中的废液进行降解，整个降解过程无添加，无有毒有害物质排放，通过循环泵使废液在烧杯内流动，可以加速废液冷却和提升废液电解速率，提升废液处理效率。
附图说明
26.图1为本发明电解发生器装置示意图；
27.图2为本发明氰化物降解曲线示意图。
28.说明书附图中的附图标记包括：烧杯1、电源2、阳极片3、阴极片4、循环泵5、出料管6、进料管7。
具体实施方式
29.本发明提供了一种环保型以铁做诱发剂的奥氏体不锈钢发黑工艺和处理方法，首先解决不锈钢发黑处理过程中温度要求高和不稳定的问题，其次解决发黑完成后产生的有毒废液难以处理的问题。
30.下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
31.为了更详细说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的一种环保型以铁做诱发剂的奥氏体不锈钢发黑工艺、处理方法及其废液处理方法，进行具体地描述。
32.第一步，制备发黑药剂：往烧杯中倒入500ml蒸馏水水，用托盘天平称取420g氢氧化钠放入蒸馏水中并使用玻璃棒不断搅拌直至氢氧化钠完全溶解，再称取120g硫代硫酸钠、40g氯化钠、5g氰化钠、2gop-10乳化剂、0.3g硫脲依次加入烧杯中并用玻璃棒不断搅拌，烧杯中固体完全溶解后转移到1l容量瓶中，同时采用玻璃棒引流，避免液体洒出，再用蒸馏水洗涤玻璃棒和烧杯两到三次，每次洗涤后的溶液都注入容量瓶中，再往容量瓶中继续加入蒸馏水到1l的刻度线，摇匀容量瓶中的溶液得到发黑药剂，将此发黑药剂从容量瓶中倒入烧杯中并放置在加热套上进行加热，加热套温度设置为120℃使得发黑药剂的温度保持在此温度。
33.第二步，准备诱发剂：使用夹钳将铁丝编制呈铁丝网，此铁丝网作为诱发剂。
34.第三步，奥氏体不锈钢螺钉发黑处理：先将奥氏体不锈钢螺钉放在除油槽中5min进行除油处理后，将其取出用水龙头进行冲洗，再将其放入装有盐酸溶液的烧杯中1min进行表面活化处理，活化完成后取出放入第二步中的铁丝网里，再将铁丝网连同奥氏体不锈钢螺钉一起放入第一步装有温度为120℃发黑药剂的烧杯中持续2min，奥氏体不锈钢螺钉表面逐渐呈现黑色着色膜，完成发黑过程，取出铁丝网和发黑后的奥氏体不锈钢螺钉，此时烧杯中的余液为废液。
35.第四步，干燥：使用冷水冲洗发黑后的奥氏体不锈钢螺钉的表面，将其表面余液冲洗干净后，再放置到温度设定为70℃的恒温干燥烘箱中持续烘干30min。
36.第五步，油封：烘干后的奥氏体不锈钢螺钉表面采用刷子蘸取防锈油均匀涂覆，然后采用自封袋将其密封包装并存放。
37.以上步骤奥氏体不锈钢螺钉的取放都借用镊子夹取。
38.第六步，废液处理：电解发生器如图1所示，将第三步烧杯1中的废液加水稀释10倍，再将与电源2接通的掺硼金刚石电极片和不锈钢电极片插入烧杯1中，掺硼金刚石作阳极片3，不锈钢作阴极片4，电源2电流密度设为50ma/cm2，对烧杯1中的废液进行电解氧化降解。
39.电解氧化降解的原理如下：
40.cn-(氰离子)+2oh-→
cno-(氰根离子)+h2o+2e-(1)
41.cno-+2oh-→
co2+12n2↑
+h2o+3e-(2)
42.4oh-→
o2+2h2o+4e-(3)
43.2h2o+2e-→
h2+2oh-(4)
44.电解过程中采用循环泵5对烧杯1中的废液进行循环，循环泵5自带的出口与出料管6一端连通，出料管6另一端与烧杯1上部连通，循环泵5自带的入口与进料管7一端连通，进料管7另一端与烧杯1下部连通，这样设置可以使废液始终从烧杯1上部往烧杯1下部循环流动，循环流动不仅可以加速废液的循环冷却，而且使得废液均匀与电极接触，可以使得废液均匀电解，电解的同时取样进行检测，电解时间根据测试结果而定，当检测结果满足cj94-1999《饮用净水水质标准》氰化物含量≤0.05mg/l后即可停止，废液中氰化物含量随时间变化如图2所示。
45.对发黑完后的奥氏体不锈钢螺钉进行如下实验检测：
46.通过扫描电镜和能谱结果分析，着色膜的主要成分为铁、锰、铬等元素，即在120℃、氢氧化钠溶液条件下，奥氏体不锈钢螺钉表面自带的锰和铬等单质在发黑药剂中会被氧化成氧化膜，铁丝网在发黑药剂中会溶解出一部分fe
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，fe
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也会被氧化形成氧化膜，所形成的金属氧化膜主要为mn系黑色氧化物mno、mno2加铁系黑色氧化物feo、fe2o3，增加了奥氏体不锈钢螺钉表面氧化膜的黑色深度。
47.通过金相组织分析，得到的奥氏体不锈钢螺钉表面的黑色膜层厚度在0.4μm，奥氏体不锈钢螺钉在滤纸上来回擦拭10次不掉色，说明膜层结合力良好，用黑度计检测其黑度为5级，产品黑度足够且具有一定光泽。
48.以奥氏体不锈钢螺钉为实验对象进行其他实验分析影响发黑品质的因素：
49.(1)铁丝网挂装对发黑效果的影响的结果如下表：
50.着色时间铁丝网挂装不用铁丝网挂装0～0.5min浅灰色无明显变化0.5～2min黑色无明显变化2～6min黑色浅灰色6～10min棕黑色浅灰黑色
51.(2)氰化物的用量对发黑效果的影响的结果如下表：
[0052][0053][0054]
(3)温度对发黑效果的影响的结果如下表：
[0055][0056]
(4)膜层厚度对发黑平直的影响的结果如下表：
[0057]
着色时间膜层厚度膜层颜色膜层结合力0～0.5min＜0.1μm浅灰色不掉色0.5～2min0.3～1μm黑色不掉色2～6min1～1.5μm黑色轻微掉色6～10min＞1.5μm棕黑色掉色
[0058]
以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本技术要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。