[发明专利]一种钢铁铸件用常温发黑剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于金属表面处理技术领域，具体涉及一种钢铁铸件用常温发黑剂及其制备方法。

背景技术

钢铁的发黑处理是一种表面处理技术。钢铁的发黑处理可使钢铁工件表面生成一层保护性的氧化膜，发黑处理后的零件再进行浸油及其它填充处理，能进一步提高膜层的耐蚀性。目前，钢铁材料的常用的发黑方法有：碱性化学氧化法（又称高温碱性发黑），酸性化学氧化法（又称常温发黑）。其中，高温碱性发黑最常用的是利用NaOH-NaNO₂高温氧化体系生成四氧化三铁为主要成分的氧化膜，其膜层细腻、均匀、亮黑、牢度高，同时耐腐蚀性能较好，但NaOH-NaNO₂高温氧化体系必须在140℃左右的高温下进行，反应时间较长，因此耗能较高，效率低，另外，该方法碱性腐蚀雾气严重，废渣和废液中还含有亚硝酸盐（致癌物），严重危害人体的健康。近年来，这种发黑工艺在一些领域已逐渐被钢铁常温发黑技术所取代。

钢铁常温发黑技术的最大特点是钢铁发黑是在常温下进行，在5～40℃的广温范围内均可使用。而且发黑速度快，原液发黑仅需十秒钟左右，相比高温碱性发黑处理工艺大大降低了能耗，提高了生产效率，同时该技术适用于不同的金属材质。从钢铁常温发黑剂的主要成分来看，可分为常温含硒发黑配方和常温无硒发黑配方。常温无硒发黑配方是目前使用最为广泛的一种发黑方法。

常温无硒发黑配方有铜系、铜-硫系、钼系、铝-铜-硫系、锰-铜-硫系等多种系列，还有以发黑与磷化综合处理钢铁表面的黑磷化配方。但是，现有无硒常温发黑剂在发黑过程中难以控制成膜物质的沉积均匀性，且其发黑膜在干燥的过程中受到膜内微区应力差异性的影响，发黑膜易开裂，从而导致发黑膜光泽度差，结合力不佳，耐蚀性差。因此，开发一种发黑膜无裂纹，膜层均一，且发黑膜光泽度、结合力及耐蚀性较好的钢铁常温发黑剂具有重要的经济价值和社会效益。

发明内容

本发明主要解决的技术问题：针对现有常温发黑剂在发黑过程中难以控制成膜物质的沉积均匀性，且其发黑膜在干燥过程中易开裂，从而导致发黑膜光泽度差，结合力不佳，耐蚀性差的缺陷，提供了一种钢铁铸件用常温发黑剂及其制备方法。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种钢铁铸件用常温发黑剂，所述发黑剂由以下原料组成：

2.4～3.6g/L硫酸铜，1.0～1.5g/L钼酸铵，1.0～1.5g/L硫酸镍，10～15g/L磷酸二氢锌，1.0～1.5g/L络合剂，2.8～4.2g/L成膜助剂，0.2～0.3g/L乳化剂，0.2～0.3g/L润湿剂，0.6～0.9g/L有机成膜剂，0.01～0.05g/L硅烷偶联剂，余量为去离子水。

所述络合剂为酒石酸钾钠、抗坏血酸、乙二胺四乙酸二钠、柠檬酸、磺基水杨酸、草酸中的一种或多种。

所述成膜助剂为硫代硫酸钠、氯酸钾中的一种。

所述乳化剂为OP-10、烷基糖苷中的一种。

所述润湿剂为聚乙二醇400、聚乙二醇2000、聚乙二醇6000、聚乙二醇12000中的一种。

所述有机成膜剂为氟碳树脂、环氧丙烯酸酯树脂中的一种。

所述硅烷偶联剂为KH-792、A-1120、YDH-792中的一种。

一种钢铁铸件用常温发黑剂的制备方法，具体步骤为：

S1.取硫酸铜和钼酸铵，加入去离子水中混合均匀，再加入硫酸镍、磷酸二氢锌、络合剂、成膜助剂和乳化剂，搅拌20～30min，得A组分；

S2.取润湿剂、有机成膜剂和硅烷偶联剂，加入去离子水中混合均匀，得B组分；

S3.将A组分与B组分混合均匀后加去离子水定容至1L，再用醋酸调节pH为2.0～3.0，得钢铁铸件用常温发黑剂。

本发明的有益效果是：

（1）本发明通过成膜助剂加速钼酸盐在活性铜离子上发生还原反应释放出活性氧，并吸附在铜离子上，同时自身被还原成黑色化合物，并与活性铜和活性氧反应生成的黑色氧化铜膜复合，再经硫酸镍与磷酸二氢锌二次成膜覆盖和有机成膜剂的三次成膜覆盖，形成致密的立体空间网络结构覆盖于工件表面，形成良好结合力和致密性的保护膜；

（2）本发明通过乳化剂与络合剂的协同作用，提高了溶液的稳定性和膜层的均匀性，使得发黑剂在使用过程中形成的发黑膜无裂纹，同时膜层均一、色泽黑亮，结合力和耐蚀性优良。

具体实施方式