非硒系常温环保钢铁发黑液及其制备方法和发黑方法
【专利摘要】本发明提供了一种非硒系常温环保钢铁发黑液，该发黑液由如下质量百分比的组分构成植酸5-15％；钼酸钠1-10％，烷基醇酰胺磷酸脂：0.1-3％；三乙醇胺2-8％，硫酸铜10-18％；亚硫酸钠3-10％；氧化锌3-8％；无机酸2-6％，余量为水。本发明非硒系常温环保钢铁发黑液为水基型配方，产品稳定、工艺简单，可反复使用，节能省时，环保无毒，常温发黑，废液易于处理。本发明还提供了上述发黑液的制备方法和发黑方法，本发明制备方法工艺简单，成本低；本发明发黑方法，常温发黑，节能效果显著，工艺适应性强，发黑后，膜层细腻，黑中带有金色光泽，装饰性好，附着力强，耐蚀性高，膜层牢固，耐磨性强。
【专利说明】非硒系常温环保钢铁发黑液及其制备方法和发黑方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及金属表面化学处理【技术领域】，特别是涉及一种非硒系常温环保钢铁发 黑液及其制备方法和发黑方法。
【背景技术】
[0002] 钢铁材料一直是人类生活、生产中不可或缺的重要材料，而表面处理技术始终在 为钢铁材料的保驾护航、增值添彩发挥着巨大作用。表面处理技术中最简单、最常用的防护 方法就是进行化学氧化处理，在钢铁表面形成兼有防护与装饰双重功能的氧化膜。然而， 传统的氧化发黑，即高温碱性发黑（俗称发蓝），含致癌物亚硝酸钠，污染严重，其操作温度 高、能耗大、发黑时间长且工艺复杂；已被1986年美国专利公布的硒系常温发黑技术代替， 但由于硒盐价格昂贵有毒、废液处理较困难，因此其应用受到了限制。
【发明内容】
[0003] 为了解决现有技术所存在的上述技术问题，本发明目的是提供一种非硒系常温环 保钢铁发黑液及其制备方法和发黑方法。
[0004] 本发明采用的的技术方案是：
[0005] -种非硒系常温环保钢铁发黑液，由如下质量百分比的组分构成：植酸5-15%， 钥酸钠1-10 %，烷基醇酰胺磷酸脂0. 1-3%，三乙醇胺2-8%，硫酸铜10-18%，亚硫酸钠 3-10 %，氧化锌3-8 %，无机酸2-7 %，余量为水。
[0006] 本发明非硒系常温环保钢铁发黑液，其中，由如下质量百分比的组分构成：植酸 10-15 %，钥酸钠2-8 %，烷基醇酰胺磷酸脂0. 1-2 %，三乙醇胺4-6 %，硫酸铜10-15 %，亚硫 酸钠6-10 %，氧化锌3-6 %，无机酸2-6 %，余量为水。
[0007] 本发明非硒系常温环保钢铁发黑液，其中，由如下质量百分比的组分构成：植酸 10 %，钥酸钠2 %，烷基醇酰胺磷酸脂0. 3 %，三乙醇胺6 %，硫酸铜15 %，亚硫酸钠6 %，氧化 锌3%，无机酸7%，余量为水。
[0008] 本发明非硒系常温环保钢铁发黑液，其中，由如下质量百分比的组分构成：植酸 5 %，钥酸钠12 %，烷基醇酰胺磷酸脂0. 1 %，三乙醇胺4 %，硫酸铜10 %，亚硫酸钠3 %，氧化 锌6%，无机酸5%，余量为水。
[0009] 本发明非硒系常温环保钢铁发黑液，其中，所述无机酸选自硝酸、次氯酸、高氯酸、 硫酸、亚硫酸、磷酸、盐酸、溴酸、乙酸和过氧乙酸中一种或两种。
[0010] 本发明非硒系常温环保钢铁发黑液，其中，所述无机酸自硝酸、高氯酸、亚硫酸、磷 fe和硫fe中一种或两种。
[0011] 一种非硒系常温环保钢铁发黑液的制备方法，包括以下步骤：按配比准备原料， 将植酸加入水中，常温下搅拌20分钟后，按顺序依次加入钥酸钠、三乙醇胺、硫酸铜、亚硫 酸钠、烷基醇酰胺和无机酸，继续搅拌40分钟直至成蓝色透明液体后即可得到产品。
[0012] 一种采用非硒系常温环保钢铁发黑液进行发黑的方法，包括以下步骤：
[0013] (1)取配制好的发黑液于容器中；
[0014] (2)将钢铁工件脱脂后取出，常温水洗30-50秒；
[0015] (3)将水洗后的所述钢铁工件放入5-10%盐酸中浸泡10-15分钟，取出后，常温水 洗 30-50s ;
[0016] (4)将步骤（3)中水洗后的所述钢铁工件放入步骤（1)中所述发黑液中，静置悬挂 3-10分钟后取出，用水冲洗干净；
[0017] (5)将步骤（4)中水洗后的所述钢铁工件放入水基系封闭液封闭30-120秒，取 出，采用常温干燥或烘箱干燥。
[0018] 本发明采用非硒系常温环保钢铁发黑液进行发黑的方法，其中，步骤（4)中所述 水基系封闭液选自丙烯酸、丙烯酸酯和苯丙乳液中的一种。
[0019] 本发明采用非硒系常温环保钢铁发黑液进行发黑的方法，其中，步骤（5)中所述 烘箱干燥温度为130_170°C，干燥时间10-15分钟。
[0020] 本发明有益效果：
[0021] 本发明非硒系常温环保钢铁发黑液为水基型配方，产品稳定，可反复使用，节能省 时，环保无毒，常温发黑，发黑工作液失效后，废液过滤，滤渣量极少，便于集中送固废中心 处理，滤液中含有部分有效成分，添加新液后，可继续使用。
[0022] 本发明非硒系常温环保钢铁发黑液的制备方法，工艺简单，成本低。
[0023] 本发明采用非硒系常温环保钢铁发黑液进行发黑的方法，在常温发黑，无需复杂 加热设备，节能效果显著；工艺适应性强，对钢铁材料无选择；成膜后，无需油浸，工件洁 净，减少成本支出；发黑后，膜层细腻，黑中带有金色光泽，装饰性好，附着力强，耐蚀性高， 膜层牢固，在形成黑膜的同时形成磷化质点，其耐磨性增强；通过采用丙烯酸、丙烯酸酯、苯 丙乳液水基系封闭液给予钢铁二次封闭，取消传统的采用油煮封闭工艺，在膜形成后，保证 了膜的整体封闭性更强，更少的减少了钢铁与空气接触的机会，且封闭后可采用自然干燥 或烘箱干燥。
[0024] 电子显微镜检测，本复合配方成膜机理有别于传统发黑成膜为四氧化三铁，膜 成分为：磷酸铁、硫化铁、硫化铜，钥酸铁，植酸铁，植酸铜等组成的混合晶体，膜厚度为 2-6 μ m，膜体硬度高，耐摩擦。
[0025] 下面结合具体实施例对本发明的非硒系常温环保钢铁发黑液、制备方法及其发黑 方法作进一步说明。
【具体实施方式】
[0026] 实施例1 :
[0027] -种非硒系常温环保钢铁发黑液，由如下质量百分比的原料制备而成：植酸5%， 钥酸钠1 %，烷基醇酰胺磷酸脂〇. 1 %，三乙醇胺4%，硫酸铜10%，亚硫酸钠3%，氧化锌 6%，磷酸2%，硫酸3%，余量为水。
[0028] 本实施例非硒系常温环保钢铁发黑液的制备方法为：按配比准备原料，将植酸加 入水中，常温下搅拌20分钟后，按顺序依次加入钥酸钠、三乙醇胺、硫酸铜、亚硫酸钠、烷基 醇酰胺、磷酸和硫酸，继续搅拌40分钟直至成蓝色透明液体后即可得到产品。
[0029] 使用时，取100ml本实施例产品溶于1000ml水中。
[0030] 采用本实施例非硒系常温环保钢铁发黑液进行发黑的方法，包括以下步骤：
[0031] (1)取配制好的发黑液于容器中；
[0032] (2)将加工后的钢制零件脱脂后，常温水洗30秒；
[0033] (3)将水洗后的钢制零件放入10%盐酸中浸泡10分钟，取出后，常温水洗30秒；
[0034] (4)将步骤（3)中水洗后的钢制零件放入步骤（1)中所述发黑液中，静置悬挂3分 钟后取出，用水冲洗干净；
[0035] (5)将步骤⑷中水洗后的钢制零件放入丙烯酸封闭液中浸泡30秒，取出，常温悬 挂干燥。
[0036] 检查膜，外表为亮黑色。72小时后，检测膜质量，采用润湿后毛巾，连续擦拭，60秒 内，连续擦拭200次，检查，未露钢本色机体。硫酸铜点滴试验大于50秒。电子显微镜检 测，膜成分为：磷酸铁、硫化铁、硫化铜，钥酸铁，植酸铁，植酸铜等组成的混合晶体，膜厚度 为2μπι，膜体硬度高，耐摩擦。
[0037] 实施例2
[0038] -种非硒系常温环保钢铁发黑液，由如下质量百分比的原料制备而成：植酸 10 %，钥酸钠2 %，烷基醇酰胺磷酸脂0. 3 %，三乙醇胺6 %，硫酸铜15 %，亚硫酸钠6 %，氧化 锌3%，磷酸4%，硝酸3%，余量为水。
[0039] 本实施例非硒系常温环保钢铁发黑液的制备方法为：按配比准备原料，将植酸加 入水中，常温下搅拌20分钟后，按顺序依次加入钥酸钠、三乙醇胺、硫酸铜、亚硫酸钠、烷基 醇酰胺、磷酸和硝酸，继续搅拌40分钟直至成蓝色透明液体后即可得到产品。
[0040] 使用时，取100ml本实施例产品溶于1000ml水中。
[0041] 采用本实施例非硒系常温环保钢铁发黑液进行发黑的方法，包括以下步骤：
[0042] (1)取配制好的发黑液于容器中；
[0043] (2)将冲压成型低碳钢制零件脱脂后，常温水洗50秒；
[0044] (3)将水洗后的低碳钢制零件放入5%盐酸中浸泡10分钟，取出后，常温水洗30 秒；
[0045] (4)将步骤（3)中水洗后的低碳钢制零件放入步骤（1)中所述发黑液中，静置悬挂 5分钟后取出，用水冲洗干净；
[0046] (5)将步骤（4)中水洗后的低碳钢制零件放入丙烯酸酯封闭液中浸泡60秒，取出， 60°C烘干10分钟，取出，冷却。
[0047] 检查膜，外表为亮黑色。72小时后，检测膜质量，检测方法同实施例1，各种指标， 完全达标。电子显微镜检测，膜成分为：磷酸铁、硫化铁、硫化铜，钥酸铁，植酸铁，植酸铜等 组成的混合晶体，膜厚度为6 μ m，膜体硬度高，耐摩擦。
[0048] 实施例3
[0049] 一种非硒系常温环保钢铁发黑液，由如下质量百分比的原料制备而成：植酸 15 %，钥酸钠8 %，烷基醇酰胺磷酸脂3 %，三乙醇胺8 %，硫酸铜12 %，亚硫酸钠10 %，氧化 锌8%，磷酸4%，硝酸2%，余量为水。
[0050] 本实施例非硒系常温环保钢铁发黑液的制备方法为：按配比准备原料，将植酸加 入水中，常温下搅拌20分钟后，按顺序依次加入钥酸钠、三乙醇胺、硫酸铜、亚硫酸钠、烷基 醇酰胺、磷酸和硝酸，继续搅拌40分钟直至成蓝色透明液体后即可得到产品。
[0051] 使用时，取100ml本实施例产品溶于1000ml水中。
[0052] 采用本实施例非硒系常温环保钢铁发黑液进行发黑的方法，包括以下步骤：
[0053] (1)取配制好的发黑液于容器中；
[0054] (2)将球墨铸铁件刨床加工后，脱脂，常温水洗30秒；
[0055] (3)将水洗后的球墨铸铁件放入10%盐酸中浸泡10分钟，取出后，常温水洗50 秒；
[0056] (4)将步骤（3)中水洗后的球墨铸铁件放入步骤（1)中所述发黑液中，静置悬挂5 分钟后取出，用水冲洗干净；
[0057] (5)将步骤⑷中水洗后的球墨铸铁件放入苯丙乳液封闭液中浸泡120秒，取出， 在烘箱中130°C干燥10分钟，取出，冷却。
[0058] 检查膜，外表为亮黑色。72小时后，检测膜质量，各种指标，完全达标。电子显微镜 检测，膜成分为：磷酸铁、硫化铁、硫化铜，钥酸铁，植酸铁，植酸铜等组成的混合晶体，膜厚 度为3 μ m，膜体硬度高，耐摩擦。
[0059] 实施例4
[0060] 一种非硒系常温环保钢铁发黑液，由如下质量百分比的原料制备而成：植酸 15 %，钥酸钠 10 %，烷基醇酰胺磷酸脂2 %，三乙醇胺2 %，硫酸铜18 %，亚硫酸钠 6 %，氧化 锌5%，高氯酸1%，亚硫酸1%，余量为水。
[0061] 本实施例非硒系常温环保钢铁发黑液的制备方法为：按配比准备原料，将植酸加 入水中，常温下搅拌20分钟后，按顺序依次加入钥酸钠、三乙醇胺、硫酸铜、亚硫酸钠、烷基 醇酰胺、磷酸和硝酸，继续搅拌40分钟直至成蓝色透明液体后即可得到产品。
[0062] 使用时，取100ml本实施例产品溶于1000ml水中。
[0063] 采用本实施例非硒系常温环保钢铁发黑液进行发黑的方法，包括以下步骤：
[0064] (1)取配制好的发黑液于容器中；
[0065] (2)将冲压成型低碳钢制零件脱脂后，常温水洗50秒；
[0066] (3)将水洗后的低碳钢制零件放入5%盐酸中浸泡15分钟，取出后，常温水洗30 秒；
[0067] (4)将步骤（3)中水洗后的低碳钢制零件放入步骤（1)中所述发黑液中，静置悬挂 10分钟后取出，用水冲洗干净；
[0068] (5)将步骤（4)中水洗后的低碳钢制零件放入丙烯酸酯封闭液中浸泡60秒，取出， 在烘箱中170°C干燥15分钟，取出，冷却。
[0069] 检查膜，外表为亮黑色。72小时后，检测膜质量各种指标，完全达标。电子显微镜 检测，本复合配方成膜机理有别于传统发黑成膜为四氧化三铁，膜成分为：磷酸铁、硫化铁、 硫化铜，钥酸铁，植酸铁，植酸铜等组成的混合晶体，膜厚度为5 μ m，膜体硬度高，耐摩擦。
[0070] 以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范 围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方 案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
【权利要求】
1. 一种非硒系常温环保钢铁发黑液，其特征在于，由如下质量百分比的组分构成：植 酸5-15 %，钥酸钠1-10 %，烷基醇酰胺磷酸脂0. 1-3 %，三乙醇胺2-8 %，硫酸铜10-18 %，亚 硫酸钠3-10 %，氧化锌3-8 %，无机酸2-7 %，余量为水。
2. 根据权利要求1所述非硒系常温环保钢铁发黑液，其特征在于，由如下质量百分比 的组分构成：植酸10-15 %，钥酸钠2-8 %，烷基醇酰胺磷酸脂0. 1-2 %，三乙醇胺4-6 %，硫 酸铜10-15 %，亚硫酸钠6-10 %，氧化锌3-6 %，无机酸2-6 %，余量为水。
3. 根据权利要求1所述非硒系常温环保钢铁发黑液，其特征在于，由如下质量百分比 的组分构成：植酸10 %，钥酸钠2 %，烷基醇酰胺磷酸脂0. 3 %，三乙醇胺6 %，硫酸铜15 %， 亚硫酸钠6 %，氧化锌3 %，无机酸7 %，余量为水。
4. 根据权利要求1所述非硒系常温环保钢铁发黑液，其特征在于，由如下质量百分比 的组分构成：植酸5%，钥酸钠12%，烷基醇酰胺磷酸脂0. 1%，三乙醇胺4%，硫酸铜10%， 亚硫酸钠3 %，氧化锌6 %，无机酸5 %，余量为水。
5. 根据权利要求1-4任意一项所述非硒系常温环保钢铁发黑液，其特征在于，所述无 机酸选自硝酸、次氯酸、高氯酸、硫酸、亚硫酸、磷酸、盐酸、溴酸、乙酸和过氧乙酸中一种或 两种。
6. 根据权利要求5所述非硒系常温环保钢铁发黑液，其特征在，所述无机酸自硝酸、高 氣酸、亚硫酸、憐fe和硫fe中一种或两种。
7. 权利要求1-6任意一项所述非硒系常温环保钢铁发黑液的制备方法，其特征在于， 包括以下步骤：按配比准备原料，将植酸加入水中，常温下搅拌20分钟后，按配比依次加入 钥酸钠、三乙醇胺、硫酸铜、亚硫酸钠、烷基醇酰胺和无机酸，继续搅拌40分钟直至成蓝色 透明液体后即可得到产品。
8. 采用权利要求1-6任意一项所述非硒系常温环保钢铁发黑液进行发黑的方法，其特 征在于，包括以下步骤： (1) 取配制好的发黑液于容器中； (2) 将钢铁工件脱脂后取出，常温水洗30-50秒； (3) 将水洗后的所述钢铁工件放入5-10%盐酸中浸泡10-15分钟，取出后，常温水洗 3〇-50s ； (4) 将步骤（3)中水洗后的所述钢铁工件放入步骤（1)中所述发黑液中，静置悬挂 3-10分钟后取出，用水冲洗干净； (5) 将步骤（4)中水洗后的所述钢铁工件放入水基系封闭液封闭30-120秒，取出，采 用常温干燥或烘箱干燥。
9. 根据权利要求8所述采用非硒系常温环保钢铁发黑液进行发黑的方法，其特征在 于，步骤（4)中所述水基系封闭液选自丙烯酸、丙烯酸酯和苯丙乳液中的一种。
10. 根据权利要求8所述采用非硒系常温环保钢铁发黑液进行发黑的方法，其特征在 于，步骤（5)中所述烘箱干燥温度为130-170°C，干燥时间10-15分钟。
【文档编号】C23C22/40GK104195538SQ201410445724
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年9月3日 优先权日:2014年9月3日
【发明者】杜江, 杜璇 申请人:淮南天力生物工程开发有限公司