一种合金钢表面常温发黑处理液及在常温下的合金钢表面发黑处理的方法

1.本发明属于材料腐蚀与防护技术领域，具体涉及一种合金钢表面常温发黑处理液，以及以其进行的在常温下的合金钢表面发黑处理的方法。


背景技术：

2.钢铁表面发黑处理是指用化学方法在钢铁表面沉积一层黑色转化膜，从而达到改善钢铁表面耐蚀性、摩擦性、反光性等性能并具有一定装饰作用的目的，特别适用于对在油脂中工作的钢铁构件、工件和零件进行表面处理。钢铁表面发黑处理及其相关技术、工艺发展到目前，主要有“高温碱性发黑”和“常温酸性发黑”两种。
3.钢铁表面高温碱性发黑处理需要在100℃以上的高温下进行、处理液的主要组分为强碱(一般选用氢氧化钠(naoh))和亚硝酸盐(一般选用亚硝酸钠(nano2))。在氢氧化钠(naoh)的强碱性氛围下，利用亚硝酸钠(nano2)的强氧化性将钢铁表面氧化在钢铁表面沉积一层以三氧化三铁(fe3o4)为主要成分的黑色转化膜从而达到钢铁表面发黑的目的。经过长时间的发展和完善，钢铁表面高温碱性发黑处理的技术和工艺已经较为成熟、膜层的附着力和各项性能也满足要求；但是，钢铁表面高温碱性发黑处理的缺点也很突出，比如：100℃以上的高温导致很高的能耗、亚硝酸盐的使用造成生命健康和自然环境的危害等。因此，“高温碱性发黑”目前已经逐步被“常温酸性发黑”取代、最终将完全被“常温酸性发黑”取代。
4.相比之下，钢铁表面常温酸性发黑处理对温度没有特殊的要求、在一个较宽的常温范围内均可进行，处理液含有成膜剂、氧化剂、加速剂、络合剂、稳定剂等组分，其中成膜剂是处理液的核心组分。较早的钢铁表面常温酸性发黑处理的处理液主要以硫酸铜(cuso4)和含有四价硒(se
4
)的亚硒酸(h2seo3)或氧化硒(seo2)作为成膜剂，利用氧化还原反应将四价硒(se
4
)还原成二价硒(se
2
)在钢铁表面沉积一层以硒化铜(cuse)为主要成分并含有少量硒化亚铁(fese)和氧化铜(cuo)的黑色转化膜从而达到钢铁表面发黑的目的，膜层的附着力和各项性能较好、能满足要求。随着钢铁表面常温酸性发黑处理的技术和工艺的发展和完善，发现在处理液中添加一定量磷酸盐(po
43-)或磷酸氢盐(h2po
4-)，膜层的附着力和各项性能更好，于是出现了钢铁表面常温酸性发黑处理和磷化处理相结合的“二合一发黑”，“二合一发黑”实际上一种升级的“常温酸性发黑”。
5.到目前为止，钢铁表面发黑处理主要是通过“常温酸性发黑”以及“二合一发黑”来实现。与“高温碱性发黑”相比，虽然“室温酸性发黑”和“二合一发黑”在对生命健康和自然环境的危害方面已经大大改善；但是，在环保要求日益严格和环保意识日益增强的今天，钢铁表面常温酸性发黑处理的技术和工艺仍然存在一些问题和缺陷需要解决，特别是在对生命健康和自然环境的危害方面。第一，“常温酸性发黑”处理液成膜剂中硒(se)元素主要以四价硒(se
4
)的形式存在，四价硒(se
4
)的毒性是已知含硒(se)化合物中毒性最高的，其中又以亚硒酸(h2seo3)为毒性最大的含硒(se)化合物；第二，“二合一发黑”处理液中添加的磷
(p)元素虽然不至于像四价硒(se
4
)那样具有很强的毒性，但是其大量使用会导致自然资源的“富营养化”，特别是水资源的“富营养化”，因此含磷(p)化合物的使用也应该尽量避免。


技术实现要素：

6.针对现有技术中所述的“钢铁表面常温酸性发黑处理”目前还存在的问题，本发明选用硫酸铜(cuso4)和硫酸亚铁(feso4)为成膜剂、双氧水(h2o2)为氧化剂、硫酸镍(niso4)为促进剂、酒石酸钠(c4h4o6na2)为络合剂、硼酸(h3bo4)为稳定剂、辛基酚聚氧乙烯醚(op-10)为表面活性剂，提供了一种绿色环保的用于钢铁表面，特别是合金钢表面常温发黑的处理液，并提供了处理液的使用方法。本发明在一定程度上解决了目前广泛使用的钢铁表面常温酸性发黑处理的处理液中含有硒(se)、磷(p)等元素而导致的对生命健康和自然环境的危害。
7.本发明所提供的技术方案如下：
8.一种合金钢表面常温发黑处理液，包括以下含量的各组分：硫酸铜4.72-9.25g/l、硫酸亚铁1.25-3.74g/l、双氧水2.83-4.61g/l、硫酸镍5.74-8.16g/l、酒石酸钠4.38-6.27g/l、硼酸2.72-4.06g/l、辛基酚聚氧乙烯醚0.25-0.67g/l。
9.基于上述技术方案，可以在常温下使用上述合金钢表面常温发黑处理液，在合金钢表面上形成黑色膜层，其主要成分为氧化铜，以及少量的四氧化三铁。处理液中不含硒(se)、磷(p)等元素。
10.上述合金钢表面常温发黑处理液的制备方法，包括以下步骤：在常温下，按照配方的量将各成分混合，得到所述的合金钢表面常温发黑处理液。
11.本发明还提供了一种在常温下的合金钢表面发黑处理的方法，包括以下步骤：
12.1)配置上述合金钢表面常温发黑处理液；
13.2)进行合金钢表面前处理；
14.3)采用上述合金钢表面常温发黑处理液进行合金钢表面发黑处理；
15.4)进行合金钢表面后处理。
16.在常温下的合金钢表面发黑处理的方法具体包括以下步骤：
17.1)配制好发黑处理液：硫酸铜(cuso4)4.72-9.25g/l、硫酸亚铁(feso4)1.25-3.74g/l、双氧水(h2o2)2.83-4.61g/l、硫酸镍(niso4)5.74-8.16g/l、酒石酸钠(c4h4o6na2)4.38-6.27g/l、硼酸(h3bo4)2.72-4.06g/l、辛基酚聚氧乙烯醚(op-10)0.25-0.67g/l；
18.2)合金钢表面前处理：碱洗除油、水洗、酸洗除锈、水洗、酸洗活化、水洗，前处理各工序可反复进行多次直到达到除油、除锈和活化的目的，最后一次水洗一定要确保合金钢工件表面没有碱洗除油、酸洗除锈和酸洗活化残液的附着且光亮、洁净的钢基体呈现出来，前处理完成后立即将工件浸入发黑处理液中，尽量减少工件在空气中的暴露时间；
19.3)合金钢表面发黑处理：在常温环境下，将前处理好的合金钢工件浸入发黑处理液中4-6分钟后取出，然后在空气中静置1-2分钟；
20.4)合金钢表面后处理：水洗、风干、封闭，发黑处理好的合金钢工件在空气中静置1-2分钟后水洗，水洗可反复进行多次以确保合金钢工件表面没有发黑处理液的残液附着，水洗干净后风干，然后将合金钢工件浸入脱水防锈油中进行封闭。
21.经过本发明技术方案的处理，合金钢表面呈黑色，膜层附着力达0级(划格法)，可
长期暴露在干燥的空气中而不发生性状改变。
附图说明
22.图1是本发明所提供的实施例1对合金钢进行表面常温酸性发黑处理前后的宏观照片和发黑处理后的微观照片。
23.图2是本发明所提供的实施例2对合金钢进行表面常温酸性发黑处理前后的宏观照片和发黑处理后的微观照片。
24.图3是本发明所提供的实施例3对合金钢进行表面常温酸性发黑处理前后的宏观照片和发黑处理后的微观照片。
25.图4是本发明所提供的实施例4对合金钢进行表面常温酸性发黑处理前后的宏观照片和发黑处理后的微观照片。
26.图5是本发明所提供的实施例5对合金钢进行表面常温酸性发黑处理前后的宏观照片和发黑处理后的微观照片。
具体实施方式
27.以下对本发明的原理和特征进行描述，所举实施例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
28.实施例1：
29.第一步，配制好发黑处理液：按如下配比配制发黑处理液，硫酸铜(cuso4)4.72g/l、硫酸亚铁(feso4)1.25g/l、双氧水(h2o2)2.83g/l、硫酸镍(niso4)5.74g/l、酒石酸钠(c4h4o6na2)4.38g/l、硼酸(h3bo4)2.72g/l、辛基酚聚氧乙烯醚(op-10)0.25g/l，配制完成后置于常温环境中备用。第二步，合金钢表面前处理：依次进行碱洗除油、水洗、酸洗除锈、水洗、酸洗活化、水洗前处理各工序，上述各工序可反复进行多次直到达到除油、除锈和活化的目的，即确保合金钢工件表面满足发黑处理的要求(光亮、洁净的钢基体呈现出来同时钢基体表面无碱洗除油、酸洗除锈和酸洗活化的残液附着)。第三步：合金钢表面发黑处理：将经过第二步的前处理好的合金钢工件浸入经过第一步已经配制好的、且处于常温环境中的发黑处理液中4分钟后取出，然后在空气中静置1分钟。第四步：合金钢表面后处理：依次进行水洗、风干、封闭后处理工序，发黑处理好的合金钢工件在空气中静置1分钟后水洗，水洗工序可反复进行多次直到合金钢工件表面没有发黑处理液的残液附着，水洗干净后风干，最后将发黑处理好的合金钢工件浸入脱水防锈油中进行封闭，至此完成整个合金钢工件的发黑处理。
30.实施例2：
31.第一步，配制好发黑处理液：按如下配比配制发黑处理液，硫酸铜(cuso4)9.25g/l、硫酸亚铁(feso4)3.74g/l、双氧水(h2o2)4.61g/l、硫酸镍(niso4)8.16g/l、酒石酸钠(c4h4o6na2)6.27g/l、硼酸(h3bo4)4.06g/l、辛基酚聚氧乙烯醚(op-10)0.67g/l，配制完成后置于常温环境中备用。第二步，合金钢表面前处理：依次进行碱洗除油、水洗、酸洗除锈、水洗、酸洗活化、水洗前处理各工序，上述各工序可反复进行多次直到达到除油、除锈和活化的目的，即确保合金钢工件表面满足发黑处理的要求(光亮、洁净的钢基体呈现出来同时钢基体表面无碱洗除油、酸洗除锈和酸洗活化的残液附着)。第三步：合金钢表面发黑处理：将
经过第二步的前处理好的合金钢工件浸入经过第一步已经配制好的、且处于常温环境中的发黑处理液中6分钟后取出，然后在空气中静置2分钟。第四步：合金钢表面后处理：依次进行水洗、风干、封闭后处理工序，发黑处理好的合金钢工件在空气中静置2分钟后水洗，水洗工序可反复进行多次直到合金钢工件表面没有发黑处理液的残液附着，水洗干净后风干，最后将发黑处理好的合金钢工件浸入脱水防锈油中进行封闭，至此完成整个合金钢工件的发黑处理。
32.实施例3：
33.第一步，配制好发黑处理液：按如下配比配制发黑处理液，硫酸铜(cuso4)5.94g/l、硫酸亚铁(feso4)1.78g/l、双氧水(h2o2)3.25g/l、硫酸镍(niso4)6.07g/l、酒石酸钠(c4h4o6na2)4.81g/l、硼酸(h3bo4)3.14g/l、辛基酚聚氧乙烯醚(op-10)0.36g/l，配制完成后置于常温环境中备用。第二步，合金钢表面前处理：依次进行碱洗除油、水洗、酸洗除锈、水洗、酸洗活化、水洗前处理各工序，上述各工序可反复进行多次直到达到除油、除锈和活化的目的，即确保合金钢工件表面满足发黑处理的要求(光亮、洁净的钢基体呈现出来同时钢基体表面无碱洗除油、酸洗除锈和酸洗活化的残液附着)。第三步：合金钢表面发黑处理：将经过第二步的前处理好的合金钢工件浸入经过第一步已经配制好的、且处于常温环境中的发黑处理液中4.5分钟后取出，然后在空气中静置1.5分钟。第四步：合金钢表面后处理：依次进行水洗、风干、封闭后处理工序，发黑处理好的合金钢工件在空气中静置1.5分钟后水洗，水洗工序可反复进行多次直到合金钢工件表面没有发黑处理液的残液附着，水洗干净后风干，最后将发黑处理好的合金钢工件浸入脱水防锈油中进行封闭，至此完成整个合金钢工件的发黑处理。
34.实施例4：
35.第一步，配制好发黑处理液：按如下配比配制发黑处理液，硫酸铜(cuso4)6.38g/l、硫酸亚铁(feso4)2.47g/l、双氧水(h2o2)3.72g/l、硫酸镍(niso4)6.94g/l、酒石酸钠(c4h4o6na2)5.34g/l、硼酸(h3bo4)3.76g/l、辛基酚聚氧乙烯醚(op-10)0.47g/l，配制完成后置于常温环境中备用。第二步，合金钢表面前处理：依次进行碱洗除油、水洗、酸洗除锈、水洗、酸洗活化、水洗前处理各工序，上述各工序可反复进行多次直到达到除油、除锈和活化的目的，即确保合金钢工件表面满足发黑处理的要求(光亮、洁净的钢基体呈现出来同时钢基体表面无碱洗除油、酸洗除锈和酸洗活化的残液附着)。第三步：合金钢表面发黑处理：将经过第二步的前处理好的合金钢工件浸入经过第一步已经配制好的、且处于常温环境中的发黑处理液中4.5分钟后取出，然后在空气中静置1.5分钟。第四步：合金钢表面后处理：依次进行水洗、风干、封闭后处理工序，发黑处理好的合金钢工件在空气中静置1.5分钟后水洗，水洗工序可反复进行多次直到合金钢工件表面没有发黑处理液的残液附着，水洗干净后风干，最后将发黑处理好的合金钢工件浸入脱水防锈油中进行封闭，至此完成整个合金钢工件的发黑处理。
36.实施例5：
37.第一步，配制好发黑处理液：按如下配比配制发黑处理液，硫酸铜(cuso4)8.56g/l、硫酸亚铁(feso4)3.34g/l、双氧水(h2o2)4.18g/l、硫酸镍(niso4)7.63g/l、酒石酸钠(c4h4o6na2)5.92g/l、硼酸(h3bo4)3.96g/l、辛基酚聚氧乙烯醚(op-10)0.58g/l，配制完成后置于常温环境中备用。第二步，合金钢表面前处理：依次进行碱洗除油、水洗、酸洗除锈、水
洗、酸洗活化、水洗前处理各工序，上述各工序可反复进行多次直到达到除油、除锈和活化的目的，即确保合金钢工件表面满足发黑处理的要求(光亮、洁净的钢基体呈现出来同时钢基体表面无碱洗除油、酸洗除锈和酸洗活化的残液附着)。第三步：合金钢表面发黑处理：将经过第二步的前处理好的合金钢工件浸入经过第一步已经配制好的、且处于常温环境中的发黑处理液中4.5分钟后取出，然后在空气中静置1.5分钟。第四步：合金钢表面后处理：依次进行水洗、风干、封闭后处理工序，发黑处理好的合金钢工件在空气中静置1.5分钟后水洗，水洗工序可反复进行多次直到合金钢工件表面没有发黑处理液的残液附着，水洗干净后风干，最后将发黑处理好的合金钢工件浸入脱水防锈油中进行封闭，至此完成整个合金钢工件的发黑处理。
38.以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。