CN108300173A - 一种钢铁表面低温余热发黑剂及其制备和应用方法 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是提供一种钢铁表面低温余热发黑剂及其制备和应用方法，钢铁表面低温余热发黑剂由如下质量分数的组分混合搅拌而成：25‑60份成膜树脂、2‑10份水性颜料、水性防锈剂、润湿分散剂、水性消泡剂、水性防腐剂各1‑5份、其余为水。制备方法包括：将所需要的水、成膜树脂和润湿分散剂加入搅拌釜中，在搅拌速率为30‑100转/min下将树脂均匀分散到水中；边搅拌边往步骤一的混合物料中加入水性颜料和水性防锈剂，在搅拌速率为30‑100转/min下将其均匀分散到水中；往步骤二的混合物料中加入消泡剂，在搅拌速率为20‑50转/min下将其均匀分散到水中，静置后包装密封。本发明发黑剂生产及使用过程水性环保、节水、节电，无排放，属洁净生产技术，工艺简单、能耗低、成本低。

Description

一种钢铁表面低温余热发黑剂及其制备和应用方法

技术领域

本发明涉及一种钢铁发黑防腐技术领域,具体涉及一种钢铁低温余热发黑防腐材料及其制备方法与应用工艺。

背景技术

钢铁工件经过锻造工艺后，往往要进行防锈防腐处理，以此来提高工件德防腐蚀性。传统工艺为：(1)钢铁碱性发蓝，是整个发黑体系中发展较成熟的一种工艺。(2)钢铁酸性发蓝，是于钢铁碱性发蓝之后发展起来发黑技术。⑶钢铁高温热氧化法，能生成一种可提高钢铁抗大气腐蚀能力的氧化膜,但因耗能过大，此法应用较少。⑷钢铁常温发黑，由于传统发黑发蓝工艺存在很多不足,多年来国内外均在寻找一种新的发黑技术和工艺来取而代之。⑸热处理回火发黑，是指钢铁零件的热处理回火与发黑一次完成,从而使发黑与热处理工艺形成连续作业。

关于钢铁低温余热发黑剂的制备，是利用钢铁工件本身的回火余热进行成膜的；在工艺的生产流程中，工件回火温度一般在180℃-700℃，现阶段市场上发黑剂的使用温度大都在300℃以上的高温环境.而在180℃-300℃之间的低温余热发黑剂并没有被大家广泛研究以及推广使用，市场则继续使用能耗巨大并且污染严重的碱煮工艺。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种钢铁表面低温余热发黑剂及其制备和应用方法。本发明将钢铁余热发黑剂的使用温度范围进一步扩展，将使用温度从300-700℃拓展180-700℃，以满足微型工件及特殊要求的工件在180-300℃低温下回火余热发黑的需求，符合节约、节能、环保的时代背景。

技术方案：本发明主要针对低温条件下工件的余热发黑剂的制备，它采用水性树脂为主成膜剂，颜料为水性碳黑色浆，水性防锈剂、水性分散剂以及消泡剂等作为辅助成膜剂，膜层为高分子复合材料。本发明发黑剂生产及使用过程水性环保、节水、节电，无排放，属洁净生产技术，工艺简单、能耗低、成本低。

为解决上述问题，本发明采用以下技术方案

本发明的钢铁表面低温余热发黑剂由如下质量分数的组分混合搅拌而成：25-60份成膜树脂、2-10份水性颜料、1-5份水性防锈剂、1-5份润湿分散剂、1-5份水性消泡剂、1-5份水性防腐剂、其余为水。

其中：

所述成膜树脂为水性丙烯酸树酯、有机氟改性丙烯酸树脂、环氧树脂、环氧改性丙烯酸树脂、有机硅改性丙烯酸树脂、甲醚化氨基树脂或聚氨酯树脂中的任意一种或任意二种。

所述水性颜料为炭黑、水性碳黑色浆、水性黑色浆中的任意一种或任意二种。

所述水性防锈剂为硅烷偶联剂、酞酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂中的一种或任意二种。

所述润湿分散剂为迪高WET270、迪高655、迪高760W中的一种或任意二种。

所述水性消泡剂为有机硅类消泡剂或聚醚类消泡剂的一种任意二种的混合。

所述水性防腐剂为苯甲酸钠。

本发明的一种钢铁表面低温余热发黑剂的制备方法包括如下步骤：

步骤一，将所需要的水、成膜树脂和润湿分散剂加入搅拌釜中，在搅拌速率为30-100转/min下将树脂均匀分散到水中；

步骤二，边搅拌边往步骤一的混合物料中加入水性颜料和水性防锈剂，在搅拌速率为30-100转/min下将其均匀分散到水中；

步骤三，边搅拌边往步骤二的混合物料中加入消泡剂，在搅拌速率为20-50转/min下将其均匀分散到水中，静置后包装密封。

本发明所述的钢铁表面低温余热发黑剂的应用方法包括如下步骤：

步骤a、将所述钢铁低温余热发黑剂用水稀释，其中钢铁低温余热发黑剂的质量浓度为10％-15％；

步骤b、钢铁工件经过锻造加工后，直接将钢铁工件浸入到步骤a得到的钢铁低温余热发黑剂的稀释溶液中30-90s；或者钢铁工件经过回火工艺后，直接将钢铁工件浸入到步骤一得到的钢铁低温余热发黑剂的稀释溶液中30-90s；

步骤c、将步骤b所得到的发黑处理后的钢铁工件热风烘干。

有益效果：

1.本发明利用有机高分子在高温下雾化后的气相沉积工艺，以此来保证所得薄膜的高致密性；同时利用热量为驱动力，使高分子成膜组分发生开环、交联聚合反应，使得所获得的薄膜牢牢地吸附在钢铁工件表面，即提高薄膜的附着力，从而提高钢铁工件的耐腐蚀性；并且本发明所得的发黑膜不受颜色的限制，水性环氧丙烯酸树脂大幅提高钢铁工件表面的光泽度。

2.对钢铁余热发黑剂的使用温度范围进一步扩展，将使用温度从300-700℃拓展到180-700℃，以满足钢铁在低温180-300℃下余热发黑的需求；虽然水性钢铁发黑剂在市场上被广泛使用，但由于使用温度较高，无法满足微型钢铁工件以及特殊要求工件的加工温度要求，在低温范围内一直无法代替污染严重、耗能较大的碱煮发蓝；

3.本发明可在180-300℃低温锻造、或者回火工艺下使用，满足对钢铁硬度影响较小的要求；即可以代替微型工件及特殊要求工件的传统碱煮发蓝工艺，高效利用锻造加工后工件和回火工艺所携带的残余热量，为清洁生产工艺，操作简便，节能环保。

4.本发明所得膜层光滑且成膜完整,黑度光泽度优秀，膜层厚度在15-25um之间；

5.本发明所得钢铁表面膜层附着力达标，在盐雾实验后均不出现掉黑现象，无黏手、沾尘等现象；

6.本发明所得钢铁表面裸膜抗盐雾时间>3h，浸防锈油后抗盐雾时间>8h；耐候性优秀，发黑后工件可在不同环境中使用。

7.本发明处理后的钢铁工件使用温度范围不受限制，钢铁表面膜层抗老化能力强。

8.本发明所得发黑剂，稀释后可持续使用半年以上，发黑剂本身抗老化能力强。

9.本发明为水性体系，因此调节浓度时所用的稀释剂为水，易得、简单、环保无污染。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做更进一步的解释。下列实施例仅用于说明本发明，但不用来限定本发明的实施范围。

为选择发黑剂中的主成膜剂，能够使工件在180-300℃回火时，在其表面成膜。加入色浆后，保证膜层外观、光泽度、黑度达标，然后进行盐雾实验。

选择防锈性能优良的无机缓蚀剂，增强发黑膜层的盐雾时间，并且保证发黑膜层的完整性、黑度、光泽度以及硬度在标准范围内。

对于不同配方，确定合适工艺流程，将发黑后的膜层性能提升到最佳水平。

本发明的钢铁表面低温余热发黑剂由如下质量分数的组分混合搅拌而成：25-60份成膜树脂、2-10份水性颜料、1-5份水性防锈剂、1-5份润湿分散剂、1-5份水性消泡剂、1-5份水性防腐剂、其余为水。

其中：

所述成膜树脂为水性丙烯酸树酯、有机氟改性丙烯酸树脂、环氧树脂、环氧改性丙烯酸树脂、有机硅改性丙烯酸树脂、甲醚化氨基树脂或聚氨酯树脂中的任意一种或任意二种。

所述水性颜料为炭黑、水性碳黑色浆、水性黑色浆中的任意一种或任意二种。

所述水性防锈剂为硅烷偶联剂、酞酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂中的一种或任意二种。

所述润湿分散剂为迪高WET270、迪高655、迪高760W中的一种或任意二种。

所述水性消泡剂为有机硅类消泡剂或聚醚类消泡剂的一种任意二种的混合。

所述水性防腐剂为苯甲酸钠。

本发明的一种钢铁表面低温余热发黑剂的制备方法包括如下步骤：

步骤一，将所需要的水、成膜树脂和润湿分散剂加入搅拌釜中，在搅拌速率为30-100转/min下将树脂均匀分散到水中；

步骤二，边搅拌边往步骤一的混合物料中加入水性颜料和水性防锈剂，在搅拌速率为30-100转/min下将其均匀分散到水中；

步骤三，边搅拌边往步骤二的混合物料中加入消泡剂，在搅拌速率为20-50转/min下将其均匀分散到水中，静置后包装密封。

本发明所述的钢铁表面低温余热发黑剂的应用方法包括如下步骤：

步骤a、将所述钢铁低温余热发黑剂用水稀释，其中钢铁低温余热发黑剂的质量浓度为10％-15％；

步骤b、钢铁工件经过锻造加工后，直接将钢铁工件浸入到步骤a得到的钢铁低温余热发黑剂的稀释溶液中30-90s；或者钢铁工件经过回火工艺后，直接将钢铁工件浸入到步骤一得到的钢铁低温余热发黑剂的稀释溶液中30-90s；

步骤c、将步骤b所得到的发黑处理后的钢铁工件热风烘干。

实验流程

1.建立符合标准的树脂选择机制，将工件低温余热回火所带能量有效的利用，回火与发黑工艺合并，并简化工艺流程，节约成本。

2.对性能优良的水性树脂，进行各方面测试。包括DSC、FT-IR，用来确定树脂的Tg以及定性和定量分析所含官能团。并对发黑膜层进行防腐性能、表面形态分析。

3.根据测试结果，进一步探究工件低温发黑原理，已达到更好的配方要求。

实施例1

作为低温发黑剂的主成膜树脂是由二种水性树脂组合而成，所占比例为25％-60％。

25-60份成膜树脂、2-10份水性颜料、1-5份水性防锈剂、1-5份润湿分散剂、1-5份水性消泡剂、1-5份水性防腐剂、其余为水。

实施例2

作为低温发黑剂的主成膜树脂是由二种水性树脂组合而成，所占比例为25％-60％。

实施例1：

Claims (9)

1.一种钢铁表面低温余热发黑剂，其特征在于：该发黑剂由如下质量分数的组分混合搅拌而成：25-60份成膜树脂、2-10份水性颜料、1-5份水性防锈剂、1-5份润湿分散剂、1-5份水性消泡剂、1-5份水性防腐剂、其余为水。

2.根据权利要求1所述的一种钢铁表面低温余热发黑剂，其特征在于：所述成膜树脂为水性丙烯酸树酯、有机氟改性丙烯酸树脂、环氧树脂、环氧改性丙烯酸树脂、有机硅改性丙烯酸树脂、甲醚化氨基树脂或聚氨酯树脂中的任意一种或任意二种。

3.根据权利要求1所述的一种钢铁表面低温余热发黑剂，其特征在于：所述水性颜料为炭黑、水性碳黑色浆、水性黑色浆中的任意一种或任意二种。

4.根据权利要求1所述的一种钢铁表面低温余热发黑剂，其特征在于：所述水性防锈剂为硅烷偶联剂、酞酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂中的一种或任意二种。

5.根据权利要求1所述的一种钢铁表面低温余热发黑剂，其特征在于：所述润湿分散剂为迪高WET270、迪高655、迪高760W中的一种或任意二种。

6.根据权利要求1所述的一种钢铁表面低温余热发黑剂，其特征在于：所述水性消泡剂为有机硅类消泡剂或聚醚类消泡剂的一种任意二种的混合。

7.根据权利要求1所述的一种钢铁表面低温余热发黑剂，其特征在于：所述水性防腐剂为苯甲酸钠。

8.一种如权利要求1所述的一种钢铁表面低温余热发黑剂的制备方法，其特征在于：该制备方法包括如下步骤：

步骤一，将所需要的水、成膜树脂和润湿分散剂加入搅拌釜中，在搅拌速率为30-100转/min下将树脂均匀分散到水中；

步骤二，边搅拌边往步骤一的混合物料中加入水性颜料和水性防锈剂，在搅拌速率为30-100转/min下将其均匀分散到水中；

步骤三，边搅拌边往步骤二的混合物料中加入消泡剂，在搅拌速率为20-50转/min下将其均匀分散到水中，静置后包装密封。

9.一种如权利要求1所述钢铁表面低温余热发黑剂的应用方法，其特征在于：该应用方法包括如下步骤：

步骤a、将所述钢铁低温余热发黑剂用水稀释，其中钢铁低温余热发黑剂的质量浓度为10％-15％；

步骤b、钢铁工件经过锻造加工后，直接将钢铁工件浸入到步骤a得到的钢铁低温余热发黑剂的稀释溶液中30-90s；或者钢铁工件经过回火工艺后，直接将钢铁工件浸入到步骤一得到的钢铁低温余热发黑剂的稀释溶液中30-90s；

步骤c、将步骤b所得到的发黑处理后的钢铁工件热风烘干。