[发明专利]一种环保型钢铁常温发黑剂及其制备方法

说明书

本发明属于金属材料腐蚀防护技术领域，具体涉及一种环保型钢铁常温发黑剂及其制备方法。本发明以偏硅酸作为原料，以十二烷基二甲基氧化胺作为活性剂，制备得介孔型二氧化硅，利用酒石酸进行改性，负载银离子，增加对离子的传导性，通过焙烧、研磨进行活化，以提高成膜性及耐腐蚀性能，制备得活性物，再与去离子水、硫酸铜等物质搅拌混合，通过草酸及3‑氨丙基三乙氧基硅烷提高结合力，从而制得环保型钢铁常温发黑剂，有效解决了传统常温无硒发黑剂稳定性差，同时发黑膜光泽度差，结合力不佳，耐蚀性差的问题。本发明制备步骤简单，所得钢铁常温发黑剂使用后发黑膜具有较好的光泽度和耐腐蚀性及较强的结合力。

技术领域

本发明属于金属材料腐蚀防护技术领域，具体涉及一种环保型钢铁常温发黑剂及其制备方法。

背景技术

发黑是对金属材料腐蚀防护的有效方法之一，钢铁表面发黑技术广泛应用于兵器、仪表、车辆、机械配件、标准件等黑色金属制品的发黑处理。目前，钢铁发黑主要有高温碱性发黑、常温发黑等方法。高温碱性发黑工艺简单，膜的外观、附着力和耐蚀性较佳，但由于该方法必须在140℃左右的高温下进行，反应时间较长，一般需要40min左右，因此耗能较高，效率低，劳动条件差，且使用的氧化剂含剧毒的致癌物质，污染大，严重危害人体的健康。因此这种传统的发黑工艺已逐渐被钢铁常温发黑技术所取代。

钢铁常温发黑剂具有溶液稳定、发黑时间短色泽适宜、使用工艺方便简单，原材料充足、成本低等优点，抗腐蚀能力明显优于原产品。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℃的范围内均可使用。而且其发黑速度快，原液发黑仅需十秒钟左右，相比磷化发黑处理等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。·

钢铁常温发黑剂分为常温含硒发黑剂和常温无硒发黑剂，常温含硒发黑剂分为硒-铜系、硒-铜-磷系等，它均存在成膜剂与添加剂的匹配度不高、溶液沉淀偏多、发黑膜层与金属基体结合力较差等缺点，而且，由于含硒氧化物价格昂贵，属于剧毒物质，会对环境造成污染，同时对人体也会造成很大的伤害，极大地限制了常温含硒发黑剂的发展。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稳定性差，在发黑过程中成膜物质的沉积均匀性差，且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，亟待开发一种使用后发黑膜光泽度好、结合力和耐腐蚀性佳的钢铁常温发黑剂，对相关领域具有必要的意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题：针对常温无硒发黑剂使用后发黑膜光泽度差，结合力不佳、耐腐蚀性差的弊端，提供了一种环保型钢铁常温发黑剂及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用如下所述的技术方案是：

本发明的环保型钢铁常温发黑剂，包括以下重量份数的原料：100～150份去离子水、13～15份硫酸铜、8～11份草酸、7～12份高锰酸钾、2～4份活性颗粒、1～3份氯化钙、0.9～1.2份3-氨丙基三乙氧基硅烷及0.7～1.3份丙二醇脂肪酸酯。

所述活性颗粒是通过如下步骤制备：

（1）将偏硅酸和蒸馏水混合均匀，进行超声震荡，再加入十二烷基二甲基氧化胺，搅拌均匀，在60～70℃下加热30～35min，收集混合物；

（2）将混合物放入反应釜中，再加入1.2mol/L双氧水，使用氮气进行保护，在125～135℃中搅拌2～3h，冷却至50～60℃，进行出料，收集出料物，并放入搅拌机中，向搅拌机中加入酒石酸及硝酸银，进行搅拌，收集搅拌混合物；

（3）将搅拌混合物在460～530℃下，焙烧3～5h，冷却至室温，收集焙烧物，放入研磨机中研磨，过筛，收集过筛颗粒，得活性颗粒。