CN101643909A

CN101643909A - 一种钢铁电镀前的酸洗方法

Info

Publication number: CN101643909A
Application number: CN200910094920A
Authority: CN
Inventors: 杨长江; 梁成浩; 黄乃宝; 张旭; 沈庆峰
Original assignee: Kunming University of Science and Technology
Current assignee: Kunming University of Science and Technology
Priority date: 2009-09-03
Filing date: 2009-09-03
Publication date: 2010-02-10

Abstract

本发明涉及金属表面处理技术领域，具体是钢铁在电镀前酸洗脱除表面的锈层和氧化皮的工艺。本发明酸洗液的重量百分组成为：脲1～20％，铵盐1～10％，HCl 1～20％，H₂SO₄ 1～15％，HNO₃ 0.1～10％，表面活性剂0.001～1％，余量为水；酸洗温度10～90℃；酸洗时间为0.5～30min。该工艺能有效抑制HCl在高温使用过程中的挥发，酸洗效果与高温盐酸接近，工艺且成本低，效率高，环境友好。

Description

一种钢铁电镀前的酸洗方法

技术领域

本发明涉及金属表面处理技术领域，具体是钢铁在电镀前酸洗脱除表面的锈层和氧化皮的工艺。

背景技术

钢铁件在电镀前一般需要经过轧制、锻造、焊接和高温热处理等机械加工过程，会在表面形成厚膜氧化皮和少量油污。氧化皮的组成有氧化亚铁(FeO)、三氧化二铁(Fe₂O₃)、含水三氧化二铁(Fe₂O₃·nH₂O)和四氧化三铁(Fe₃O₄)等。从氧化皮结构来看，外层主要由三氧化二铁组成，因为它较为疏松，所以这一层的含氧量最高；中间层主要由四氧化三铁组成；直接与钢表面接触的第三层主要由氧化亚铁组成，在高铬钢中还含有相当数量的氧化铬，因而形成氧化亚铁、氧化铬的尖晶型结构化合物。为了在钢铁件表面得到均匀、致密，结合力好的金属镀层，钢铁件在电镀前必须彻底清除表面的氧化皮和油污。当前，钢铁件在电镀工业中酸洗常用70～80℃的工业浓盐酸。外表面的氧化亚铁和含水三氧化二铁易溶于酸，三氧化二铁和四氧化三铁难溶于室温下的盐酸，但升高温度可使其溶解，同时当基体金属被溶解时，由于析出氢，三氧化二铁和四氧化三铁可被氢还原成容易和酸起反应的物质而被溶解掉，或通过氢气泡逸出时的机械作用，和油污一起从工件表面剥离下来。

高温盐酸的酸洗效果优异，能完全满足钢铁件电镀前处理要求，但是由于在高温下盐酸挥发严重，酸洗工作环境恶劣，酸雾弥漫。为抑制酸雾的逸出，专利CN1288076A在盐酸中加入了壬基酚聚氧乙烯醚，烷基硫酸盐，氧化叔胺，甲基喹啉和羧甲基纤维素等。专利CN88101409和CN1014094A认为加入甲醛，氯化钠或氯化铵，仲辛烷基聚氧乙烯醚等后，加快除锈速度。专利CN1034589A通过在盐酸中加入添加剂十二烷基硫酸钠，氟化钠，草酸和六次甲基四胺，把酸洗温度降到40℃以下。专利CN101451244A则在盐酸中加入尿素来防止酸雾发生。专利ZL01133516.5提出了酸洗促进剂来清洗硅钢。南京工业大学提出在盐酸中加入乌洛托品，十二烷基硫酸钠、草酸、OP-10、添加剂、磷酸均有利于酸洗速度的增加，且清除速度约是盐酸酸洗的3倍(材料保护，2004，37(4)：18-20)。中国兵器工业第五九研究所改进后的酸洗工艺为：浓硫酸(98％)25％～30％，氯化钠2％～4％，酸洗添加剂2％～5％，60±5℃(电镀与环保，2006，26(6)：31-32)。浙江工业大学材料科学研究所公布的盐酸酸洗液缓蚀抑雾剂主要有：乌洛托品、十二烷基硫酸钠、LH、OP-10、1，4-丁炔二醇等(腐蚀科学与防护技术，2004，16(2)：113-115)。陕西省石油化工研究设计开发的盐酸酸洗缓蚀抑雾剂MY是以一种咪唑啉季铵盐与其他化合物复配得到的混合物，抑雾效率达到90％以上(应用化工，2008，37(1)：51-53)。通过在盐酸中加入抑雾剂，可以降低盐酸的挥发，但是，同时带来了诸如成本增加，除氧化皮效果下降和酸洗溶液的使用效率下降等问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种钢铁电镀前的酸洗方法，可减少盐酸在高温酸洗时的挥发，以改善操作环境和减少环境污染，同时酸洗效果与高温盐酸的效果接近。

解决本发明的技术问题所采用的技术方案是：脲1～20％，铵盐1～10％，HCl 1～20％，H₂SO₄ 1～15％，HNO₃ 0.1～10％，表面活性剂0.001～1％，余量为水；酸洗温度10～90℃；酸洗时间为0.5～30min。

本发明所述的铵盐为氯化铵，硫酸铵和硝酸铵中的一种或几种的混合物。

本发明所述的表面活性剂为壬基酚聚氧乙烯醚，辛基酚聚氧乙烯醚，烷基脂肪醇聚氧乙烯醚，脂肪胺聚氧乙烯醚，烷基醇酰胺聚氧乙烷醚，嵌段聚氧乙烯-聚氧丙烯醚和烷基醇酰胺中的的一种或几种的混合物。

在本发明上述的各种铵盐中优选氯化铵。

在本发明上述的各种表面活性剂中优选壬基酚聚氧乙烯醚。

本发明的原理是：酸洗液中脲可以和HCl络合成盐酸脲，降低HCl的挥发性；H₂SO₄的成本较低，可以提供游离氢离子，维持溶液酸度，同时可降低硝酸对铁基体的腐蚀速度；硝酸可用于处理四氧化三铁(Fe₃O₄)等难去除的氧化皮；氯化铵作为渗透剂，可加速酸的渗透，加快除锈速度。表面活性剂壬基酚聚氧乙烯醚可以促进氢气泡的形成和对锈层的润湿，从而达到锈层从机体剥离的目的。

本发明的积极效果：

1.成本低廉。酸洗工艺所用试剂均为常见工业原料，使用一段时间后，可以通过补加HCl，H₂SO₄和HNO₃恢复酸洗效果，其它试剂在使用过程中没有消耗。

2.酸洗效果好。由于脲与HCl的络合作用，维持了溶液的酸度较为稳定，避免了高温盐酸在初始阶段容易产生的基体过腐蚀现象。

3.环境友好。本发明所使用的主要助剂为脲和氯化铵，对环境影响小。为提高酸洗效果，本发明提出的酸洗液可在高温下使用(90℃)，但挥发程度远低于高温浓盐酸，操作环境得到改善。由于可以补加HCl，H₂SO₄和HNO₃恢复酸洗效果，减少了酸洗废液排放。

4.对后续电镀工艺无影响。钢铁件酸洗后进行水洗，表面没有残留，不影响电镀过程。

总之，本发明提出的酸洗工艺酸洗效果与高温盐酸接近，同时避免的酸洗过程大量盐酸挥发和废液排放，其使用成本与高温盐酸接近。本发明提出的工艺对于钢铁有较高酸洗要求的电镀等行业具有积极意义。

具体实施方式

实验所用试样为Q235方形空心钢件，钢件平均壁厚为2mm，试样表面布满了黑色的氧化皮以及锈层，表面粘附有油污。依据国标《涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级》(GB8923-88)，钢件表面的锈蚀等级为A，即全面地覆盖着氧化皮而几乎没有铁锈的钢材表面。

酸洗液按实施实例配制，按质量百分含量计算称取。酸洗温度和时间示于具体实施实例。

实施实例一：

脲 17％；

氯化铵 2％；

HCl 16％；

H₂SO₄ 11％；

HNO₃ 1％；

壬基酚聚氧乙烯醚 0.05％；

余量为水。

酸洗温度 70℃

酸洗时间 10min

实施实例二：

脲 10％；

氯化铵 9％；

HCl 10％；

H₂SO₄ 15％；

HNO₃ 5％；

壬基酚聚氧乙烯醚 0.1％；

余量为水。

酸洗温度 90℃

酸洗时间 1min

实施实例三：

脲 2％；

氯化铵 10％；

HCl 3％；

H₂SO₄ 15％；

HNO₃ 10％；

壬基酚聚氧乙烯醚 1％；

余量为水。

酸洗温度 15℃

酸洗时间 30min

酸洗流程：先将酸洗液温度升高到70℃，将钢件浸入溶液，酸洗时间为5min。后处理：钢件从酸洗液中取出后，立即用大量水冲洗表面余酸。

钢件经过酸洗后，试样表面的锈层和氧化皮已彻底除去，呈均匀的银色金属光泽。表面无指印及其它污迹，用手指触摸表面可以感到有轻微的粗糙度，酸洗试样经吹风机干燥后静置无返锈现象，能够较长时间保持清洁和光亮，符合符合GB8923-88对酸洗的质量要求。

钢件酸洗前后的EDX能谱对比表明，钢件酸洗前，表面除了Fe、C等基体成分元素外，还有O、Na、Mg、Si、Cl等杂质元素。试样酸洗后试样表面主要是Fe和少量的C，与基体组成一致。

Claims

1、一种钢铁电镀前的酸洗方法，其特征是：酸洗液的重量百分组成为：脲1～20％，铵盐1～10％，HCl 1～20％，H₂SO₄ 1～15％，HNO₃ 0.1～10％，表面活性剂0.001～1％，余量为水；酸洗温度10～90℃；酸洗时间为0.5～30min。

2、根据权利要求1所述的钢铁电镀前的酸洗方法，其特征是：所述的铵盐为氯化铵，硫酸铵和硝酸铵中的一种或几种的混合物。

3、根据权利要求1所述的钢铁电镀前的酸洗方法，其特征是：所述的表面活性剂为壬基酚聚氧乙烯醚，辛基酚聚氧乙烯醚，烷基脂肪醇聚氧乙烯醚，脂肪胺聚氧乙烯醚，烷基醇酰胺聚氧乙烷醚，嵌段聚氧乙烯-聚氧丙烯醚和烷基醇酰胺中的的一种或几种的混合物。

4、按权利要求1或2所述的钢铁电镀前的酸洗方法，其特征是：所述的铵盐选用氯化铵。

5、按照权利要求1或3所述的钢铁电镀前酸的酸洗方法，其特征是：所述的表面活性剂为壬基酚聚氧乙烯醚。