[实用新型]一种高效环保的不锈钢氧化层低温清洗系统

说明书

本实用新型涉及一种高效环保的不锈钢氧化层低温清洗系统，该系统包括：电化学振动清洗装置，用于对不锈钢钢材进行电化学振动清洗；喷淋清洗装置，用于对电化学振动清洗后的不锈钢钢材进行喷淋清洗；鼓风干燥装置，用于对喷淋清洗后的不锈钢钢材进行干燥；支撑传输装置，用于支撑并传输不锈钢钢材，所述的电化学振动清洗装置、喷淋清洗装置和鼓风干燥装置沿支撑传输装置的传输方向依次排布。与现有技术相比，本实用新型对于不锈钢在原材料生产制备、产品高温加工，以及产品高温应用条件下产生的氧化层的清洗去除具有效率高、可控性好、能批量生产、安全环保等特点。

技术领域

本实用新型涉及金属材料表面处理技术领域，尤其是涉及一种高效环保的不锈钢氧化层低温清洗系统。

背景技术

不锈钢材料具有较好的耐腐蚀性能、较高的导电性能、良好的机械强度和成形加工性能，因而在各工业领域中得到了广泛的应用。在被认为是未来终极能源转换装置之一的质子交换膜燃料电池中，双极板需具备优异的耐蚀性能、导电性能和机械强度。同时，为了实现高性能燃料电池设计，促进燃料电池的商业化应用，双极板材料还需具备良好的成形加工性能。由于不锈钢材料具备较好的耐蚀导电、较高的机械强度和良好的加工成形性能，因而被认为是质子交换膜燃料电池双极板制备最主要的材料之一。为近一步提高不锈钢双极板的成形性能，近来有研究者提出了采用高温热成形工艺制备不锈钢双极板的方法。虽然高温热成形工艺可以较好地提高不锈钢双极板的成形性能，实现高性能燃料电池结构设计，但不锈钢双极板再高温成形过程中会形成一层较难去除的氧化层，并显著降低双极板的导电性能，因而需要将不锈钢双极板表面的氧化层去除。此外，在不锈钢板材轧制生产、不锈钢制品在高温成形加工及高温环境中使用等过程中，均会在不锈钢表面产生一层氧化层。绝大多数情况下，不锈钢表面的氧化层需要去除以满足进一步加工制备或使用要求。

不锈钢表面氧化层的化学成分主要由Fe₂O₃、Fe₃O₄、FeO、Cr₂O₃、NiO、Cr₂O₃·FeO和Ni·Fe₂O₃等物质中的两种或多种组合而成，且不锈钢表面氧化层的化学成分和组成结构随加热温度和加热时间而变化。温度较低时，不锈钢表面氧化层主要由Fe₂O₃、Fe₃O₄和Cr₂O₃组成，此氧化层一般薄而致密。随成形或加热温度的升高，不锈钢氧化层内部可能形成FeO或Cr₂O₃·FeO、Ni·Fe₂O₃等尖晶石结构。同时，随温度升高和加热时间增加，氧化层的厚度均会不断增大。因此，不锈钢在高温或长时间加热条件下形成的氧化膜去除难度更大。对于不锈钢氧化层的去除，目前普遍采用酸洗(HNO₃+HF、H₂SO₄+HNO₃+HCl等)或机械处理(喷丸、抛磨等)方法。中国专利文献CN111155119A提出了一种可对不锈钢传感器表面氧化层进行清洗的方法，虽然该方法不需要用到氢氟酸，但仍需要用到硝酸、硫酸和重铬酸钾的混合溶液，同时需要将溶液加热至80℃～120℃。中国专利文献CN109112552A公开了一种不锈钢表面氧化层清洗剂及清洗方法，虽然该方法不含对环境及人体健康危害较大的氢氟酸，但其含有较高浓度的盐酸、双氧水和六次甲基四胺，对人体和环境都有一定程度的影响，并且六次甲基四胺为易燃易爆物，和双氧化同时使用存在爆炸的风险。中国文献专利CN100577880C公开了一种以硫酸为酸洗介质，以脂肪胺的盐酸盐等为添加剂作来去除热轧含铬不锈钢氧化层的酸洗液及酸洗方法。虽然该方法不适用硝酸和氢氟酸，但其处理时间较长，效率较低，并且需要在80℃～90℃条件下进行操作。中国文献专利CN107779882A实用新型了一种以有机化合物为主的清洗溶液，以及在常温下通过将不锈钢工件置于该溶液中浸泡以去除其表面氧化层的方法，但其氧化层清洗时间较长，并且含有的有机物对环境和人体都有一定程度的危害。中国文献专利CN103820797A实用新型了一种以环糊精、有机酸和复合表面活性剂为主要成分的氧化层清洗溶液及清洗方法，该实用新型清洗时间相对较短，且清洗溶液对环境的危害较小，但其清洗溶液的制备过程相对复杂，且制备时间长，同时需要将清洗溶液加热至一定温度以提高清洗效率。中国文献专利CN105586603A公开了一种碱性盐浴和酸洗相结合以去除不锈钢表面氧化层的方法，该方法虽可以有效去除不锈钢表面氧化层，但盐浴工序需要在高温下进行，且氧化层去除时间相对较长。中国文献专利CN110508630A公开了一种物理机械去除不锈钢表面氧化层的方法，该方法无需用到酸和有机溶剂，具有较好的环保作用，且对人体危害较小，但该方法不能处理表面质量要求较高的材料或形状较复杂的工件，也不能用于超薄不锈钢板表面的氧化层去除。中国文献专利CN112267122A提出了一种不锈钢表面氧化层清洗溶液及方法，该方法能较为有效地去除氧化层，但该方法中的清洗溶液需要添加较大量的氟化氢铵，对人体和环境都有一定的危害。此外，中国文献专利CN113584493A、CN113584498A分别提出了一种冷轧和热轧不锈钢酸洗工艺及设备，其主要原理均为利用退火温度来提高酸洗反应速率，从而可以降低能耗，但该方法中使用的盐酸在带刚的较高温度下，容易产生具有刺激性的酸雾，对人体和环境都有害。同时，该专利中的方法主要用于不锈钢带材，对于形状较为复杂的不锈钢工件表面氧化层的去除难以实现。中国文献专利CN207057087U公开了一种不锈钢氧化层的去除装置，但该装置主要用于不锈钢板材，并且氧化层去除过程不锈钢基材可能会产生一定的塑性变形。中国文献专利CN208695746U公开了一种不锈钢氧化层去除装置，该装置主要用于不锈钢工具的去除，无法实现对不锈钢板、线和型材等表面氧化层的批量去除。中国文献专利CN213351974U公开了一种不锈钢卷材表面氧化层去除的装置，该装置物理磨削的方法实现氧化层的去除，对超薄不锈钢板带材或表面质量要求较高的板材表面氧化层的去除难以实现。中国文献专利CN111519238A提出了一种电解去除不锈钢氧化层的方法和设备，但该方法需要将溶液加热至40℃～70℃，氧化层去除时间较长，且能耗相对较高。