專利名稱：一種環保型鋼鐵常溫發黑劑及其制備方法
技術領域：
本發明涉及一種鋼鐵發黑劑，特別涉及一種環保型鋼鐵常溫發黑劑及其制備方法。
背景技術：
鋼鐵的常溫發黑表面處理工藝是20世紀80年代中期發展起來的轉化膜處理新工 藝。與傳統堿性高溫發黑工藝相比，常溫發黑工藝不受鋼材種類限制，同時具有節能、 高效、操作方便等一系列的優點，使這一工藝發展迅速。目前多數常溫發黑劑為硒銅體系，而硒化合物價格昂貴且有劇毒，長期使用勢 必造成環境污染，而且尚存在工藝不穩定、溶液沉淀多、發黑層與基體金屬結合力較差 等缺點，以至這些工藝目前在國內尚未完全推廣。

發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種無毒環保且能夠在鋼鐵表面形成性能良好 的發黑膜層的環保型鋼鐵常溫發黑劑。本發明要解決的另一個技術問題是提供一種上述環保型鋼鐵常溫發黑劑的制備 方法。本發明為實現上述技術目的所采用的技術方案是一種環保型鋼鐵常溫發黑 劑，以體積1升計，由下列重量配比的原料組成CuSO4 · 5H20 4-8g/LNa2S2O3 · 5H20 6-9g/L(NH4) 6Mo7024 5-8g/LNiSO4 · 6H20 2-4g/L稀土鹽2_4g/L催化劑3_5g/L絡合劑2_4g/L潤濕劑0.02-0.04g/LpH調節劑微量余量為水。所述稀土鹽為硝酸鈰，所述催化劑為冰醋酸，所述絡合劑為乙二酸四乙酸二 鈉，所述潤濕劑為聚乙二醇800，所述pH調節劑為硫酸。一種環保型鋼鐵常溫發黑劑，其制備方法包括以下步驟(1)按權利要求1的配比稱取原料；(2)將CuSO4 · 5H20, Na2S2O3 · 6H20溶于水中制得半成品處理液備用；(3)將(NH4)6Mo7O24, NiSO4 · 6H20,稀土鹽溶于水中，待溶解后與步驟⑵ 制得的
半成品處理液進行混合，充分攪拌使其完全溶解，制得半成品處理液待用；(4)在步驟(3)中制得的半成品處理液中依次加入催化劑、絡合劑和潤濕劑，加 入過程中均勻攪拌，待先加入的組分溶解后，再繼續加入下一組分；(5)在步驟(4)制得的半成品處理液中加入適量的水至處理劑的體積為1L，并用 pH調節劑調節pH值為1-3。本發明發黑劑發黑處理工藝a、鋼鐵表面預處理除銹一脫脂一漂洗一酸洗一漂洗b、發黑處理將鋼鐵件置于所述的發黑劑中進行發黑成膜處理，處理時間為 5-IOmin, PH值為1_3，處理溫度為室溫。C、后處理發黑后經水洗一中和(Na2C033%，常溫，1-2S)水洗一風干一浸油 以下對本發明做進一步說明稀土元素由于其有一層沒有被填滿的內層_4f電子層，由于這個不飽和的電子層 的存在，使亞層的電子對原子核的封閉不嚴密，原子具有較大的核電荷數，表現出較強 的吸附能力，可以吸附在晶體生長的活性點上，在金屬基體表面形核，能夠抑制臨近基 體的生長，使膜層結晶細化，此外稀土元素具有催化作用，可使發黑膜反應變得更加復 雜，形成多種富鹽，使得發黑膜變得致密均勻，從而使發黑膜的耐蝕性及附著力增強。 因此可以把稀土鹽作為添加劑加入到發黑劑中，用于彌補常溫發黑附著力和耐蝕性差的 缺陷。目前尚未有在常溫環保型發黑劑中加入稀土鹽用于鋼鐵發黑處理的專利。發黑劑中含有硫代硫酸鈉以及鉬酸銨將有利于在鋼鐵表面生成黑色的硫化鐵， 同時在含有催化劑冰醋酸的情況下，銅元素可生成特殊組織形態黑色的Cu2O的沉積層， 而且與鋼鐵基體發生置換反應生成的Cu也會與溶液中的氧化劑和還原劑相互作用生成的 活性氧發生反應，生成黑色的CuO，另外再加上稀土鹽的吸附以及催化作用，將使得鋼 鐵表面生成具有致密結構的復合膜層。本發明發黑劑發黑膜層附著力好，耐蝕性強，發黑劑中不含硒、磷、鉻等對環 境有污染的元素，無毒可直接排放，符合環保要求。
具體實施例方式實施例1(1)稱取 4g CuSO4 · 5H20, 6g Na2S2O3 · 6H20,分別加入 IOOml 水中，充分攪
拌待其完全溶解后制得半成品處理液備用。(2)分別稱取 6g (NH4)6Mo7O24, 2g NiSO4 · 6H20, 2g Ce (NO3)3 · 6H20,分別 加入100ml水中，待其溶解后與步驟(1)制得的半成品處理液進行混合，充分攪拌待其完 全溶解后制得半成品處理液待用。(3)在步驟(2)中制得的半成品處理液中依次加入3g冰醋酸，2g乙二酸四乙酸 二鈉，0.03g聚乙二醇800，加入過程中均勻攪拌，待先加入的組分溶解后，再加入下一組分。(4)在步驟(3)中制得的半成品處理液中加入適量的水至處理劑的體積為1L，并 用98%硫酸調節PH為1 3，這樣既可得到本發明的所需處理劑。
實施例2(1)稱取 6g CuSO4 · 5H20, 8g Na2S2O3 · 6H20,分別加入 IOOml 水中，充分攪
拌待其完全溶解后制得半成品處理液備用。(2)分別稱取 5g (NH4)6Mo7O24, 3g NiSO4 · 6H20, 3g Ce (NO3)3 · 6H20,分別 加入100ml水中，待其溶解后與步驟(1)制得的半成品處理液進行混合，充分攪拌待其完 全溶解后制得半成品處理液待用。(3)在步驟(2)中制得的半成品處理液中依次加入4g冰醋酸，3g乙二酸四乙酸 二鈉，0.02g聚乙二醇800，加入過程中均勻攪拌，待先加入的組分溶解后，再加入下一組分。(4)在步驟(3)中制得的半成品處理液中加入適量的水至處理劑的體積為1L，并 用98%硫酸調節PH為1 3，這樣既可得到本發明的所需處理劑。實施例3(1)稱取 7g CuSO4 · 5H20, 9g Na2S2O3 · 6H20,分別加入 IOOml 水中，充分攪
拌待其完全溶解后制得半成品處理液備用。(2)分別稱取 7g (NH4)6Mo7O24, 3g NiSO4 · 6H20, 4g Ce (NO3)3 · 6H20,分別 加入100ml水中，待其溶解后與步驟(1)制得的半成品處理液進行混合，充分攪拌待其完 全溶解后制得半成品處理液待用。(3)在步驟(2)中制得的半成品處理液中依次加入4g冰醋酸，3g乙二酸四乙酸 二鈉，0.03g聚乙二醇800，加入過程中均勻攪拌，待先加入的組分溶解后，再加入下一組分。(4)在步驟(3)中制得的半成品處理液中加入適量的水至處理劑的體積為1L，并 用98%硫酸調節PH為1 3，這樣既可得到本發明的所需處理劑。實施例4(1)稱取 8g CuSO4 · 5H20, 9g Na2S2O3 · 6H20,分別加入 IOOml 水中，充分攪
拌待其完全溶解后制得半成品處理液備用。(2)分別稱取 8g (NH4)6Mo7O24, 4g NiSO4 · 6H20, 4g Ce (NO3)3 · 6H20,分別 加入100ml水中，待其溶解后與步驟(1)制得的半成品處理液進行混合，充分攪拌待其完 全溶解后制得半成品處理液待用。(3)在步驟(2)中制得的半成品處理液中依次加入5g冰醋酸，4g乙二酸四乙酸 二鈉，0.04g聚乙二醇800，加入過程中均勻攪拌，待先加入的組分溶解后，再加入下一組分。(4)在步驟(3)中制得的半成品處理液中加入適量的水至處理劑的體積為1L，并 用98%硫酸調節PH為1 3，這樣既可得到本發明的所需處理劑。利用本發明實施例1-4的處理劑按本發明發黑劑發黑工藝進行試驗并與下述兩 種處理工藝進行試驗對比對比工藝1 含硒發黑工藝將鋼鐵件置于所述含硒發黑處理劑中常溫處理5-8 分鐘，其處理劑原料組成為以體積1升計亞硒酸3g/L、硫酸銅3g/L、氯化鎳lg/L、 磷酸lg/L、余量為水。對比工藝2:傳統高溫堿性發黑工藝將鋼鐵件置于所述傳統高溫堿性發黑處理劑中在高溫140°C下處理40分鐘，其處理劑為40% NaNO2和30% NaOH的水溶液。由于我國目前尚無鋼鐵發黑膜耐磨耐蝕性測試方法的行業標準和國家標準，因 此對本發明的發黑劑采用常規的測試方法對成膜性能進行測試。(一)測試項目及方法對環保型鋼鐵常溫發黑劑的成膜性能進行如下項目的檢測1、外觀檢測觀測膜的顏色深淺及光亮程度2、耐磨試驗用濾紙來回摩擦膜層，記錄露出基體時的摩擦累積次數。3、耐蝕性試驗采用硫酸銅點滴法測定，檢驗方法為取1滴硫酸銅溶液滴在鋼 鐵發黑膜上，觀察其顏色變至淺紅色的時間。( 二)結果與分析不同鋼鐵發黑劑的成膜性能檢測結果見表
權利要求
1.一種環保型鋼鐵常溫發黑劑，其特征在于以體積1升計，由下列重量配比的原 料組成CuSO4 · 5H20 4-8g/L Na2S2O3 · 5H20 6-9g/L (NH4)6Mo7O24 5-8g/L NiSO4 · 6H20 2-4g/L 稀土鹽 2-4g/L 催化劑 3-5g/L 絡合劑 2-4g/L 潤濕劑 0.02-0.04g/L pH調節劑 微量 余量為水。
2.根據權利要求1所述的一種環保型鋼鐵常溫發黑劑，其特征在于所述稀土鹽為 硝酸鈰。
3.根據權利要求1所述的一種環保型鋼鐵常溫發黑劑，其特征在于所述催化劑為 冰醋酸。
4.根據權利要求1所述的一種環保型鋼鐵常溫發黑劑，其特征在于所述絡合劑為乙二酸四乙酸二鈉。
5.根據權利要求1所述的一種環保型鋼鐵常溫發黑劑，其特征在于所述潤濕劑為 聚乙二醇800。
6.根據權利要求1所述的一種環保型鋼鐵常溫發黑劑，其特征在于所述pH調節劑 為硫酸。
7.—種權利要求1所述的環保型鋼鐵常溫發黑劑的制備方法，其特征在于包括以 下步驟(1)按權利要求1的配比稱取原料；(2)將CuSO4· 5H20, Na2S2O3 · 6H20溶于水中制得半成品處理液備用；(3)將(NH4)6Mo7O24,NiSO4 · 6H20,稀土鹽溶于水中，待溶解后與步驟⑵制得 的半成品處理液進行混合，充分攪拌使其完全溶解，制得半成品處理液待用；(4)在步驟(3)中制得的半成品處理液中依次加入催化劑、絡合劑和潤濕劑，加入過 程中均勻攪拌，待先加入的組分溶解后，再繼續加入下一組分；(5)在步驟(4)制得的半成品處理液中加入適量的水至處理劑的體積為1L，并用pH 調節劑調節pH值為1-3。
全文摘要
本發明公開了一種環保型鋼鐵常溫發黑劑及其制備方法。本發明的鋼鐵發黑劑以體積1升計，由下列重量配比的原料組成CuSO4·5H2O4-8g/L、Na2S2O3·5H2O6-9g/L、(NH4)6Mo7O245-8g/L、NiSO4·6H2O 2-4g/L、稀土鹽2-4g/L、催化劑3-5g/L、絡合劑2-4g/L、潤濕劑0.02-0.04g/L、pH調節劑微量、余量為水。本發明發黑劑發黑膜層附著力好，耐蝕性強，處理工藝簡單，發黑劑中不含硒、磷等對環境有污染的元素，發黑劑無毒環保。
文檔編號C23C22/40GK102011117SQ20101057098
公開日2011年4月13日 申請日期2010年12月2日 優先權日2010年12月2日
發明者劉萬青, 饒丹 申請人:合肥華清金屬表面處理有限責任公司