基本信息
- 項目名稱：
- 鋼鐵防腐發(fā)黑液的制備及應用
- 小類：
- 能源化工
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡介：
- 利用金屬熱處理過程中的余熱進行表面防腐發(fā)黑的新技術鋼鐵防銹（高分子）發(fā)黑劑，利用余熱——節(jié)電；不需清洗——節(jié)水、環(huán)保；發(fā)黑劑利用率高。該技術具有獨特的優(yōu)越性，在許多領域將得到應用和推廣。
- 詳細介紹：
- ■作品概述 據估算，世界鋼產量約有十分之一損耗于腐蝕、銹蝕。腐蝕對我國造成的經濟損失每年至少在400億元以上。彈簧、標準件、鐵路彈條扣件等表面的防腐、裝飾急需提檔升級，而目前普遍應用的堿性煮黑等工藝對人體有害、對環(huán)境污染嚴重，質量不穩(wěn)定。節(jié)約資源、保護環(huán)境、可持續(xù)發(fā)展是我國發(fā)展經濟急需解決的關鍵問題。 鐵路提速,城市地鐵的發(fā)展,對鐵路彈條扣件等連接件的防腐蝕要求越來越高,目前還沒有合適的既對環(huán)境無污染又節(jié)水、節(jié)電、防腐蝕性能高的清潔生產技術。此技術的研制成功將大大提高我國鐵路器材的技術水平。所以針對防腐發(fā)黑液進行了技術的研究和應用開發(fā),利用金屬熱處理過程中的余熱進行表面防腐發(fā)黑的新技術鋼鐵防銹（高分子）發(fā)黑劑，利用余熱——節(jié)電；不需清洗——節(jié)水、環(huán)保；發(fā)黑劑利用率高。該技術具有獨特的優(yōu)越性，在許多領域將得到應用和推廣。 ■關鍵技術 鋼鐵發(fā)黑保護膜的制備是利用鋼鐵件本身的余熱進行成膜的。具體方法是首先將工件加熱到160℃—600℃，保溫使工件熱透，取出工件浸入含環(huán)氧樹脂、固化劑、著色劑、分散劑等的水溶液中，保持10——30秒取出，即得到一層環(huán)氧樹脂保護底膜，這層膜的厚度較薄，保護性還比較弱，耐酸耐堿性不強。為了增加保護膜的耐酸耐堿性及耐候性，將已成膜的工件重新加熱到160℃——350℃，保溫20——30分鐘，取出工件浸入含丙烯酸樹脂、固化劑、著色劑、分散劑等的水溶液中，保持10——30秒取出，并使工件表面的水分蒸發(fā)后，再次將兩次成膜的工件加熱到180℃——250℃，保溫30——40分鐘，取出水冷，最終獲得的有機高分子樹脂保護膜具有非常高的耐酸耐堿性。 該技術、產品可以單獨使用，也可以復合使用來滿足不同要求. ■科學性與先進性 為了防止鋼鐵零件的腐蝕生銹 ，增加零件表面的美觀，傳統(tǒng)方法一直延用低溫堿性煮黑工藝，此工藝若干年來雖然應用廣泛，但存在操作繁瑣，勞動強度大、生產成本高、環(huán)境污染嚴重等缺點。鋼鐵發(fā)黑劑是在發(fā)黑劑與金屬接觸的瞬間先進行金屬表面清洗，同時利用工件上存在的回火余熱使發(fā)黑劑中的有機化合物成膜材料反應沉積在金屬表面而形成一層含有著色物質的高分子材料的保護膜，通過該有機物包腹膜的附著和封閉作用起到有效的防腐防銹作用。 ■優(yōu)點 1、使用簡便、著色容易、與熱處理工藝形成連續(xù)性作業(yè)，使回火發(fā)黑一次完成質量穩(wěn)定。 2、水溶性乳化液操作，無火害危險。 3、一般情況下發(fā)黑前不必酸洗，發(fā)黑后不需沖洗，無廢水排放。 4、提高產品質量，可減輕或避免工件的回火脆性。發(fā)黑工件帶有光澤，可改善結合部分的染色不良，工件放置一天后色澤更佳。形成的高分子有機保護膜耐腐蝕性能優(yōu)于堿性發(fā)黑膜和其它常溫發(fā)黑膜。 5、能代替?zhèn)鹘y(tǒng)的堿性煮黑工藝，消除污染，排除了亞硝酸鈉等有害物質，安全可靠。 6、降低成本、節(jié)約能源、增加利潤、提高生產率。 ■技術成果 本項目完成后，為標準件、鐵路彈條扣件、墊板等的高性能復合保護膜的生產提供可靠的發(fā)黑液配方、工藝路線、技術參數。發(fā)表論文1-2篇。 ■作品創(chuàng)新特點 利用回火余熱，發(fā)黑液為水溶性，膜層為高分子復合材料，防護性能高。環(huán)保、節(jié)水、節(jié)電，無排放，屬潔凈生產技術。 ■推廣及應用 鋼鐵發(fā)黑劑可利用工件本身的回火余熱發(fā)黑，有其獨特優(yōu)越性鋼鐵發(fā)黑劑所形成的保護膜不僅不受合金元素的影響，且適應性好。經處理過的鋼件可減少由環(huán)境作用而產生的變質及破壞，綠色環(huán)保充分利用能源節(jié)約能源減少了對環(huán)境的損害，減少經濟損失促進了國民經濟的可持續(xù)發(fā)展。低碳排放符合我國所走的可持續(xù)發(fā)展道路，在消除污染方面為人類做出貢獻，具有很大的現實意義和經濟意義。 發(fā)黑溶液具有穩(wěn)定性，防腐性強，發(fā)黑后工件沉積層與集體結合力有優(yōu)異的牢固度?？蓮V泛應用于鑄件、各種碳鋼及合金鋼的機械零件、彈簧類零件、標準件、鐵路彈條扣件等各種鋼鐵件和高頻局部淬火等的熱處理工藝后的回火發(fā)黑。 ■檢測數據 1、在5%的鹽酸溶液中浸泡3天而不起皮，腐蝕點小于1個/平方厘米。在5%氫氧化鈉水溶液中浸泡10天無異樣。在5%的氯化鈉溶液中浸泡20天而不起皮，腐蝕點小于1個/平方厘米。 2、高溫350℃短時間不會變性起皮。 3、有機物降解據以往經驗推算8年左右。 4、正常條件下使用壽命可長達五年。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術關鍵和主要技術指標
- 作品設計、發(fā)明的目的和基本思路： 世界鋼產量約有十分之一損耗于腐蝕、銹蝕。腐蝕對我國造成的經濟損失每年至少在400億元以上。彈簧、標準件、鐵路彈條扣件等表面的防腐、裝飾急需提檔升級，而目前普遍應用的堿性煮黑等工藝對人體有害、對環(huán)境污染嚴重，質量不穩(wěn)定。節(jié)約資源、保護環(huán)境、可持續(xù)發(fā)展是我國發(fā)展經濟急需解決的關鍵問題。 目前還沒有合適的既對環(huán)境無污染又節(jié)水、節(jié)電、防腐蝕性能高的清潔生產技術。所以針對防腐發(fā)黑液進行了技術的研究和應用開發(fā)。 技術關鍵和主要技術指標： 鋼鐵發(fā)黑保護膜的制備是利用鋼鐵件本身的余熱進行成膜的。具體方法是首先將工件加熱到160℃—600℃，保溫使工件熱透，取出工件浸入含環(huán)氧樹脂、固化劑、著色劑、分散劑等的水溶液中，保持10——30秒，取出水冷，最終獲得的有機高分子樹脂保護膜具有非常高的耐酸耐堿性。 創(chuàng)新點： 該技術、產品可以單獨使用，也可以復合使用來滿足不同要求。 鋼鐵發(fā)黑劑是在發(fā)黑劑與金屬接觸的瞬間先進行金屬表面清洗，同時利用工件上存在的回火余熱使發(fā)黑劑中的有機化合物成膜材料反應沉積在金屬表面而形成一層含有著色物質的高分子材料的保護膜，通過該有機物包腹膜的附著和封閉作用起到有效的防腐防銹作用。 該技術把金屬的防腐蝕與材料（金屬、有機高分子等）、工藝、潔凈生產等有機結合在一起，制備的保護膜兼顧美觀和性能。 利用回火余熱，發(fā)黑液為水溶性，膜層為高分子復合材料，防護性能高。環(huán)保、節(jié)水、節(jié)電，無排放，屬潔凈生產技術。
科學性、先進性
- 1、為了防止鋼鐵零件的腐蝕生銹 ，增加零件表面的美觀，傳統(tǒng)方法一直延用低溫堿性煮黑工藝，此工藝若干年來雖然應用廣泛，但存在操作繁瑣，勞動強度大、生產成本高、環(huán)境污染嚴重等缺點。鋼鐵發(fā)黑劑是在發(fā)黑劑與金屬接觸的瞬間先進行金屬表面清洗，同時利用工件上存在的回火余熱使發(fā)黑劑中的有機化合物成膜材料反應沉積在金屬表面而形成一層含有著色物質的高分子材料的保護膜，通過該有機物包腹膜的附著和封閉作用起到有效的防腐防銹作用。使用簡便、著色容易、與熱處理工藝形成連續(xù)性作業(yè)，使回火發(fā)黑一次完成質量穩(wěn)定。 降低成本、節(jié)約能源、增加利潤、提高生產率。 2、在5%的鹽酸溶液中浸泡3天而不起皮，腐蝕點小于1個/平方厘米。在5%氫氧化鈉水溶液中浸泡10天無異樣。在5%的氯化鈉溶液中浸泡20天而不起皮，腐蝕點小于1個/平方厘米。 高溫350℃短時間不會變性起皮。 有機物降解據以往經驗推算8年左右。 正常條件下使用壽命大概可長達五年。
獲獎情況及鑒定結果
- 無
作品所處階段
- 中試階段
技術轉讓方式
- 合作或一次性轉讓
作品可展示的形式
- 實物
使用說明,技術特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術性說明,市場分析,經濟效益預測
- 1、被處理工件加熱恒溫后陸續(xù)掉入發(fā)黑液中5—20秒，帶出干燥即可。 2、在使用過程中，如因溶液溫度偏高而產生液面飄浮物，應定期除去。 3、稀釋發(fā)黑劑的水，宜用自來水或高品質水，勿使酸、堿、鹽、油等物混入液中。 4、使用簡便、著色容易、與熱處理工藝形成連續(xù)性作業(yè)，使回火發(fā)黑一次完成，質量穩(wěn)定。 5、水溶性乳化液操作，無火害危險。 6、一般情況下發(fā)黑前不必酸洗，發(fā)黑后不需沖洗，無廢水排放。 7、形成的高分子有機保護膜耐腐蝕性能優(yōu)于堿性發(fā)黑膜和其它常溫發(fā)黑膜。 8、能代替?zhèn)鹘y(tǒng)的堿性煮黑工藝，消除污染，排除了亞硝酸鈉等有害物質，安全可靠。 9、降低成本、節(jié)約能源、增加利潤、提高生產率。 可廣泛應用于鑄件、各種碳鋼及合金鋼的機械零件、彈簧類零件、標準件、鐵路彈條扣件等。由于同類產品的急需換代升級，本品污染小、實用性強、成本底的特點，將會獲得廣闊市場。
同類課題研究水平概述
- 據文獻和研究結果表明：鋼鐵常溫無毒發(fā)黑的研究起步晚,目前雖有一定的成效,但因該類工藝或多或少與硒系常溫發(fā)黑工藝同樣存在著“對發(fā)黑件前處理要求苛刻、發(fā)黑膜無光澤、膜結合力不好、耐蝕性差、發(fā)黑液不穩(wěn)定、難以維護，等問題,尚未大量應用和推廣。 對幾種不同類型無毒發(fā)黑配方的研究測試,不同體系的配方有著各自的特點,在膜層性能、發(fā)黑處理工藝上體現出不同的優(yōu)勢與不足: (1) 鉬系發(fā)黑液 該系發(fā)黑膜一般耐蝕性都很強,黑色度好,但附著力、光澤度稍差,膜層表面易形成細小皺裂,且黑色膜層中的含鉬化合物不太穩(wěn)定,氧化后深黑色膜逐漸變棕黑。以及某些含還原劑的配方的發(fā)黑液不夠穩(wěn)定等問題。該類配方的成本主要由鉬系化合物組分含量的多少決定,應盡量減少鉬酸銨等含鉬組分的用量。 (2) 銅硫系發(fā)黑液 該系發(fā)黑膜耐蝕性、附著力都很強,光澤度好,但黑色度較差,呈深棕黑色,這與其成膜機理有關,一般較難改善,在處理對黑度要求不太高的材料時是一種很好的選擇。該配方成本低,但發(fā)黑液不穩(wěn)定,可通過調節(jié)pH 值、密封等方式穩(wěn)定發(fā)黑液。 (3) 錳系發(fā)黑液 該系發(fā)黑膜有較強的耐蝕性,膜層呈深棕黑色,光澤度好,但與銅硫系發(fā)黑相比,發(fā)黑時間較長,膜層附著力較差,發(fā)黑液成本稍高。該發(fā)黑液穩(wěn)定性較差。 (4) 黑磷化系 該類發(fā)黑有一步法成膜和兩步成膜兩種方式,它結合了發(fā)黑與磷化的優(yōu)勢,膜層附著力、耐蝕性強是該工藝的最大特點,且黑度高、色澤度好,通常不需要特別的后處理。但由于磷化組分的引入,使該工藝存在沉渣的問題,同時發(fā)黑液各組分的利用率下降。對兩步法工藝,因步驟增加生產成本上升。 可見,各類發(fā)黑配方都有需要改善的方面,對此更應通過加強對機理的探討、對膜層結構的分析,研究可改善成膜微觀結構的方法,尋找新的成膜劑或輔助成膜劑,開發(fā)更經濟、更利于環(huán)保、更實用的發(fā)黑技術。總之,鋼鐵無毒常溫發(fā)黑工藝是一項具有顯著經濟和環(huán)保效益的新技術新工藝,值得積極探索和推廣。
