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基本信息

項(xiàng)目名稱：
鋼鐵防腐發(fā)黑液的制備及應(yīng)用
小類：
能源化工
簡(jiǎn)介：
利用金屬熱處理過程中的余熱進(jìn)行表面防腐發(fā)黑的新技術(shù)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(shù)具有獨(dú)特的優(yōu)越性，在許多領(lǐng)域?qū)⒌玫綉?yīng)用和推廣。
詳細(xì)介紹：
■作品概述 據(jù)估算，世界鋼產(chǎn)量約有十分之一損耗于腐蝕、銹蝕。腐蝕對(duì)我國(guó)造成的經(jīng)濟(jì)損失每年至少在400億元以上。彈簧、標(biāo)準(zhǔn)件、鐵路彈條扣件等表面的防腐、裝飾急需提檔升級(jí)，而目前普遍應(yīng)用的堿性煮黑等工藝對(duì)人體有害、對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重，質(zhì)量不穩(wěn)定。節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境、可持續(xù)發(fā)展是我國(guó)發(fā)展經(jīng)濟(jì)急需解決的關(guān)鍵問題。 鐵路提速,城市地鐵的發(fā)展,對(duì)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(duì)環(huán)境無污染又節(jié)水、節(jié)電、防腐蝕性能高的清潔生產(chǎn)技術(shù)。此技術(shù)的研制成功將大大提高我國(guó)鐵路器材的技術(shù)水平。所以針對(duì)防腐發(fā)黑液進(jìn)行了技術(shù)的研究和應(yīng)用開發(fā),利用金屬熱處理過程中的余熱進(jìn)行表面防腐發(fā)黑的新技術(shù)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(shù)具有獨(dú)特的優(yōu)越性，在許多領(lǐng)域?qū)⒌玫綉?yīng)用和推廣。 ■關(guān)鍵技術(shù) 鋼鐵發(fā)黑保護(hù)膜的制備是利用鋼鐵件本身的余熱進(jìn)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(hù)底膜，這層膜的厚度較薄，保護(hù)性還比較弱，耐酸耐堿性不強(qiáng)。為了增加保護(hù)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(jī)高分子樹脂保護(hù)膜具有非常高的耐酸耐堿性。 該技術(shù)、產(chǎn)品可以單獨(dú)使用，也可以復(fù)合使用來滿足不同要求. ■科學(xué)性與先進(jìn)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(yīng)用廣泛，但存在操作繁瑣，勞動(dòng)強(qiáng)度大、生產(chǎn)成本高、環(huán)境污染嚴(yán)重等缺點(diǎn)。鋼鐵發(fā)黑劑是在發(fā)黑劑與金屬接觸的瞬間先進(jìn)行金屬表面清洗，同時(shí)利用工件上存在的回火余熱使發(fā)黑劑中的有機(jī)化合物成膜材料反應(yīng)沉積在金屬表面而形成一層含有著色物質(zhì)的高分子材料的保護(hù)膜，通過該有機(jī)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(diǎn) 1、使用簡(jiǎn)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(zhì)量穩(wěn)定。 2、水溶性乳化液操作，無火害危險(xiǎn)。 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(chǎn)品質(zhì)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(jié)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(jī)保護(hù)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(zhì)，安全可靠。 6、降低成本、節(jié)約能源、增加利潤(rùn)、提高生產(chǎn)率。 ■技術(shù)成果 本項(xiàng)目完成后，為標(biāo)準(zhǔn)件、鐵路彈條扣件、墊板等的高性能復(fù)合保護(hù)膜的生產(chǎn)提供可靠的發(fā)黑液配方、工藝路線、技術(shù)參數(shù)。發(fā)表論文1-2篇。 ■作品創(chuàng)新特點(diǎn) 利用回火余熱，發(fā)黑液為水溶性，膜層為高分子復(fù)合材料，防護(hù)性能高。環(huán)保、節(jié)水、節(jié)電，無排放，屬潔凈生產(chǎn)技術(shù)。 ■推廣及應(yīng)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(dú)特優(yōu)越性鋼鐵發(fā)黑劑所形成的保護(hù)膜不僅不受合金元素的影響，且適應(yīng)性好。經(jīng)處理過的鋼件可減少由環(huán)境作用而產(chǎn)生的變質(zhì)及破壞，綠色環(huán)保充分利用能源節(jié)約能源減少了對(duì)環(huán)境的損害，減少經(jīng)濟(jì)損失促進(jìn)了國(guó)民經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。低碳排放符合我國(guó)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(xiàn)，具有很大的現(xiàn)實(shí)意義和經(jīng)濟(jì)意義。 發(fā)黑溶液具有穩(wěn)定性，防腐性強(qiáng)，發(fā)黑后工件沉積層與集體結(jié)合力有優(yōu)異的牢固度。可廣泛應(yīng)用于鑄件、各種碳鋼及合金鋼的機(jī)械零件、彈簧類零件、標(biāo)準(zhǔn)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(cè)數(shù)據(jù) 1、在5%的鹽酸溶液中浸泡3天而不起皮，腐蝕點(diǎn)小于1個(gè)/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(diǎn)小于1個(gè)/平方厘米。 2、高溫350℃短時(shí)間不會(huì)變性起皮。 3、有機(jī)物降解據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)推算8年左右。 4、正常條件下使用壽命可長(zhǎng)達(dá)五年。

作品圖片

  • 鋼鐵防腐發(fā)黑液的制備及應(yīng)用
  • 鋼鐵防腐發(fā)黑液的制備及應(yīng)用

作品專業(yè)信息

設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)

作品設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路： 世界鋼產(chǎn)量約有十分之一損耗于腐蝕、銹蝕。腐蝕對(duì)我國(guó)造成的經(jīng)濟(jì)損失每年至少在400億元以上。彈簧、標(biāo)準(zhǔn)件、鐵路彈條扣件等表面的防腐、裝飾急需提檔升級(jí)，而目前普遍應(yīng)用的堿性煮黑等工藝對(duì)人體有害、對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重，質(zhì)量不穩(wěn)定。節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境、可持續(xù)發(fā)展是我國(guó)發(fā)展經(jīng)濟(jì)急需解決的關(guān)鍵問題。 目前還沒有合適的既對(duì)環(huán)境無污染又節(jié)水、節(jié)電、防腐蝕性能高的清潔生產(chǎn)技術(shù)。所以針對(duì)防腐發(fā)黑液進(jìn)行了技術(shù)的研究和應(yīng)用開發(fā)。 技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)： 鋼鐵發(fā)黑保護(hù)膜的制備是利用鋼鐵件本身的余熱進(jìn)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(jī)高分子樹脂保護(hù)膜具有非常高的耐酸耐堿性。 創(chuàng)新點(diǎn)： 該技術(shù)、產(chǎn)品可以單獨(dú)使用，也可以復(fù)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(jìn)行金屬表面清洗，同時(shí)利用工件上存在的回火余熱使發(fā)黑劑中的有機(jī)化合物成膜材料反應(yīng)沉積在金屬表面而形成一層含有著色物質(zhì)的高分子材料的保護(hù)膜，通過該有機(jī)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(shù)把金屬的防腐蝕與材料（金屬、有機(jī)高分子等）、工藝、潔凈生產(chǎn)等有機(jī)結(jié)合在一起，制備的保護(hù)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(fù)合材料，防護(hù)性能高。環(huán)保、節(jié)水、節(jié)電，無排放，屬潔凈生產(chǎn)技術(shù)。

科學(xué)性、先進(jìn)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(yīng)用廣泛，但存在操作繁瑣，勞動(dòng)強(qiáng)度大、生產(chǎn)成本高、環(huán)境污染嚴(yán)重等缺點(diǎn)。鋼鐵發(fā)黑劑是在發(fā)黑劑與金屬接觸的瞬間先進(jìn)行金屬表面清洗，同時(shí)利用工件上存在的回火余熱使發(fā)黑劑中的有機(jī)化合物成膜材料反應(yīng)沉積在金屬表面而形成一層含有著色物質(zhì)的高分子材料的保護(hù)膜，通過該有機(jī)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(jiǎn)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(zhì)量穩(wěn)定。 降低成本、節(jié)約能源、增加利潤(rùn)、提高生產(chǎn)率。 2、在5%的鹽酸溶液中浸泡3天而不起皮，腐蝕點(diǎn)小于1個(gè)/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(diǎn)小于1個(gè)/平方厘米。 高溫350℃短時(shí)間不會(huì)變性起皮。 有機(jī)物降解據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)推算8年左右。 正常條件下使用壽命大概可長(zhǎng)達(dá)五年。

獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果

無

作品所處階段

中試階段

技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式

合作或一次性轉(zhuǎn)讓

作品可展示的形式

實(shí)物

使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)

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(chǎn)生液面飄浮物，應(yīng)定期除去。 3、稀釋發(fā)黑劑的水，宜用自來水或高品質(zhì)水，勿使酸、堿、鹽、油等物混入液中。 4、使用簡(jiǎn)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(zhì)量穩(wěn)定。 5、水溶性乳化液操作，無火害危險(xiǎn)。 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(jī)保護(hù)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(zhì)，安全可靠。 9、降低成本、節(jié)約能源、增加利潤(rùn)、提高生產(chǎn)率。 可廣泛應(yīng)用于鑄件、各種碳鋼及合金鋼的機(jī)械零件、彈簧類零件、標(biāo)準(zhǔn)件、鐵路彈條扣件等。由于同類產(chǎn)品的急需換代升級(jí)，本品污染小、實(shí)用性強(qiáng)、成本底的特點(diǎn)，將會(huì)獲得廣闊市場(chǎng)。

同類課題研究水平概述

據(jù)文獻(xiàn)和研究結(jié)果表明：鋼鐵常溫?zé)o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(duì)發(fā)黑件前處理要求苛刻、發(fā)黑膜無光澤、膜結(jié)合力不好、耐蝕性差、發(fā)黑液不穩(wěn)定、難以維護(hù)，等問題,尚未大量應(yīng)用和推廣。 對(duì)幾種不同類型無毒發(fā)黑配方的研究測(cè)試,不同體系的配方有著各自的特點(diǎn),在膜層性能、發(fā)黑處理工藝上體現(xiàn)出不同的優(yōu)勢(shì)與不足: (1) 鉬系發(fā)黑液 該系發(fā)黑膜一般耐蝕性都很強(qiáng),黑色度好,但附著力、光澤度稍差,膜層表面易形成細(xì)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?zèng)Q定,應(yīng)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(qiáng),光澤度好,但黑色度較差,呈深棕黑色,這與其成膜機(jī)理有關(guān),一般較難改善,在處理對(duì)黑度要求不太高的材料時(shí)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(diào)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(qiáng)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(shí)間較長(zhǎng),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(jié)合了發(fā)黑與磷化的優(yōu)勢(shì),膜層附著力、耐蝕性強(qiáng)是該工藝的最大特點(diǎn),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(shí)發(fā)黑液各組分的利用率下降。對(duì)兩步法工藝,因步驟增加生產(chǎn)成本上升。 可見,各類發(fā)黑配方都有需要改善的方面,對(duì)此更應(yīng)通過加強(qiáng)對(duì)機(jī)理的探討、對(duì)膜層結(jié)構(gòu)的分析,研究可改善成膜微觀結(jié)構(gòu)的方法,尋找新的成膜劑或輔助成膜劑,開發(fā)更經(jīng)濟(jì)、更利于環(huán)保、更實(shí)用的發(fā)黑技術(shù)?？傊?鋼鐵無毒常溫發(fā)黑工藝是一項(xiàng)具有顯著經(jīng)濟(jì)和環(huán)保效益的新技術(shù)新工藝,值得積極探索和推廣。
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