一種降低不銹鋼中鉻析出水平的表面處理方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供了一種降低不銹鋼中Cr析出水平的表面處理方法，在對(duì)現(xiàn)有不銹鋼餐具加工流程不作較大改動(dòng)，同時(shí)不用更換材料的前提下，通過(guò)控制機(jī)械打磨的粗糙度，并采用特定的浸泡溶液進(jìn)行浸泡、煮沸處理，來(lái)降低其重金屬特別是鉻的析出水平，且成本低。本發(fā)明的處理方法獲得的表面處理后的不銹鋼，其Cr析出濃度小于0.4mg/dm2。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種降低不銹鋼中鉻析出水平的表面處理方法 【技術(shù)領(lǐng)域】
[〇〇〇1] 本發(fā)明涉及不銹鋼表面處理技術(shù)，尤其涉及一種降低不銹鋼中鉻析出水平的表面 處理方法。 【背景技術(shù)】
[0002] 隨著生活水平的日益提高，人們對(duì)日常生活用品也有了更高的要求，餐具便是與 人們生活息息相關(guān)的用品之一。從古代的銀器、青銅器到近代的鐵器、鋁器，再到現(xiàn)代木器、 陶器、塑料等等，在滿(mǎn)足人們功能性需求的同時(shí)，對(duì)其方便性、美觀(guān)性、實(shí)用性也提出了更高 的要求。不銹鋼問(wèn)世以后，因其表面光亮，給人以潔凈的感覺(jué)，且具有良好的耐腐蝕性、高強(qiáng) 度、質(zhì)地堅(jiān)硬等優(yōu)點(diǎn)，逐漸成為餐具制品的優(yōu)良原材料。
[0003] 不銹鋼是由鐵鉻合金再摻入鎳、鑰、鈦、錳等微量金屬元素而制成。如果選用劣質(zhì) 不銹鋼或者處理、使用不當(dāng)，不銹鋼中的微量金屬元素會(huì)慢慢析出、污染食物，從而在人體 內(nèi)慢慢累積，當(dāng)累積的數(shù)量達(dá)到某一限度時(shí)，就會(huì)危害人體健康。隨著醫(yī)學(xué)界就環(huán)境中的 微量金屬元素對(duì)人體健康影響的深入研究，現(xiàn)已證實(shí)了許多金屬元素如鉻、鎳、鑰、鉛、砷、 鎘等及其化合物對(duì)人體健康有著不同性質(zhì)和程度的危害。以Cr為例，雖然其為人體必需 元素，但過(guò)多的Cr攝入也會(huì)危害人體健康，美國(guó)相關(guān)機(jī)構(gòu)就建議成人每天的Cr攝入量為 50-200 μ g，世界衛(wèi)生組織（WHO)規(guī)定飲用水中Cr含量的上限為50 μ g/L。
[0004] 目前，國(guó)內(nèi)外都有關(guān)于不銹鋼餐具重金屬析出限量的標(biāo)準(zhǔn)或者法律、法規(guī)，如：國(guó) 內(nèi)新版的不銹鋼食具容器衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)GB9684-2011就規(guī)定了不銹鋼餐具的Cr、Ni、Pb、Cd、As 析出限量；德國(guó)LFGB是德國(guó)食品衛(wèi)生管理方面最重要的基本法律文件，是其它專(zhuān)項(xiàng)食品衛(wèi) 生法律、法規(guī)制定的準(zhǔn)則和核心，其中第30和31條明確規(guī)定了餐具類(lèi)食品接觸器皿所必需 通過(guò)的重金屬析出檢測(cè)項(xiàng)目；意大利的Ministerial Decree of21Marchl973 (Italy)對(duì)金 屬元素的總遷移量和單個(gè)元素的析出量也有明確規(guī)定；歐盟關(guān)于兒童用餐具還有專(zhuān)門(mén)的法 律：EN14372:2004Child use care articles---Cutlery and feeding utensils---Safety requirements and tests。國(guó)內(nèi)不少不銹鋼餐具出口時(shí)就因重金屬離子析出超標(biāo)而引起退 貨。
[0005] 特別要指出的是，一些不銹鋼餐具廠(chǎng)家為降低成本，贏(yíng)得訂單，獲取利潤(rùn)，大量使 用低成本不銹鋼，這就大大增加了有害金屬元素析出的風(fēng)險(xiǎn)。如果能在不提高材料成本的 前提下，通過(guò)控制不銹鋼的后續(xù)加工、處理過(guò)程來(lái)降低其重金屬析出水平，必將繼續(xù)促進(jìn)不 銹鋼在餐具制品行業(yè)中的應(yīng)用，提高人們的健康生活水平。
[0006] 關(guān)于不銹鋼后處理的專(zhuān)利很多，特別是關(guān)于不銹鋼的表面處理，內(nèi)容涉及光亮處 理、美觀(guān)處理、硬化處理、耐指紋處理、特殊行業(yè)應(yīng)用等等，但就降低不銹鋼重金屬析出水平 方面，還沒(méi)有專(zhuān)門(mén)的表面處理方法。
[0007] 目前，不銹鋼餐具的加工過(guò)程為：機(jī)械落料一加工成型一機(jī)械打磨一除油清洗一 漂洗、烘干包裝。其中機(jī)械打磨的目的是消除機(jī)械加工過(guò)程中所產(chǎn)生的表面缺陷，使表面平 整、光滑，得到合適的餐具外觀(guān)。除油清洗則是為了消除機(jī)械加工過(guò)程中所使用的油脂類(lèi)污 物，使表面干凈、光潔。還沒(méi)有降低不銹鋼餐具重金屬析出水平的特殊加工處理方法。當(dāng)企 業(yè)遇到餐具重金屬析出超標(biāo)時(shí)，一般就是更換材料，這樣不但增加了材料成本，當(dāng)遇到更嚴(yán) 格的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，還需重新更換材料，給加工工藝也帶來(lái)了麻煩。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明的目的在于提供一種降低不銹鋼中Cr析出水平的表面處理方法，在對(duì)現(xiàn) 有不銹鋼餐具加工流程不作較大改動(dòng)，同時(shí)不用更換材料的前提下，通過(guò)控制后續(xù)的表面 加工、處理過(guò)程，來(lái)降低其重金屬特別是鉻的析出水平。
[0009] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案：
[0010] 一種降低不銹鋼中鉻析出水平的表面處理方法，包括如下步驟：
[0011] (1)機(jī)械打磨：將不銹鋼采用由粗到細(xì)的砂紙依次打磨，然后采用棉布輪進(jìn)行拋光 處理，控制拋光后的不銹鋼的表面粗糙度Ra在0.01?0.05 μ m范圍內(nèi)；
[0012] (2)浸泡：將步驟（1)打磨、拋光后獲得的不銹鋼采用浸泡溶液在室溫下浸泡45? 90min，以達(dá)到強(qiáng)制鈍化、形成鈍化膜的目的，所述浸泡溶液含有如下濃度的成分：
[0013] 硝酸 20 ?40g/L;
[0014] 鉻酸鹽 2 ?10g/L;
[0015] 酒精 10 ?30g/L;
[0016] 碳酸鈉 10 ?20g/L;
[0017] 咪唑啉 1?3g/L ;
[0018] 鑰酸銨 0.5 ?1.5g/L;
[0019] 上述浸泡溶液的pH值為3?5,溶劑采用純凈水最佳；
[0020] (3)煮沸處理：將經(jīng)過(guò)浸泡處理的不銹鋼放入1?3wt%的硅酸鈉水溶液中煮沸 3?lOmin ;上述煮沸處理過(guò)程可以使不銹鋼表面的氧化膜更加的致密、完整；
[0021] (4)漂洗、烘干：將煮沸處理后的不銹鋼依次漂洗、烘干，獲得鉻析出水平降低的不 銹鋼，Cr析出濃度小于0. 4mg/dm2。
[0022] 本發(fā)明機(jī)械打磨過(guò)程的砂紙可以選用150#、400#、800#、1200#的砂紙由粗到細(xì)依 次打磨。
[0023] 不銹鋼表面的鈍化膜不但決定了其耐腐蝕能力，也有助于阻擋其內(nèi)部的金屬元素 析出。不銹鋼的合金水平是影響其鈍化能力的主要因素，但表面狀態(tài)也對(duì)其鈍化膜的形成 有著重要影響。表面越光滑越有助于形成完整的鈍化膜，而粗糙的表面則不利鈍化膜的形 成。本發(fā)明首先控制機(jī)械打磨后的粗糙度在一定的范圍，為阻擋重金屬析出的鈍化膜的形 成創(chuàng)造基礎(chǔ)條件。理論上粗糙度越小越好，但要得到低于0. 01 μ m的粗糙度會(huì)大幅度增加 打磨、拋光的難度，并提高成本。
[0024] 本發(fā)明采用的浸泡溶液中各成份的主要作用如下：
[0025] 硝酸：強(qiáng)氧化劑，氧化不銹鋼基體形成鈍化膜；同時(shí)也是強(qiáng)腐蝕劑，含量過(guò)高容易 侵蝕不銹鋼基體；
[0026] 鉻酸鹽：高價(jià)位的鉻酸根離子具有強(qiáng)氧化性，可以氧化不銹鋼基體形成氧化膜，同 時(shí)自身被還原補(bǔ)充氧化膜；但含量過(guò)高容易使不銹鋼表面發(fā)黑；較佳的，步驟（2)中的鉻酸 鹽如可采用鉻酸的鈉鹽、鉀鹽等中性鉻酸鹽。
[0027] 酒精：與硝酸共同作用侵蝕不銹鋼表面的尖銳棱角，平滑不銹鋼表面，同時(shí)起到清 洗表面的作用；
[0028] 碳酸鈉：主要起到化學(xué)除油污的作用；
[0029] 咪唑啉：作為緩蝕劑，減緩硝酸對(duì)不銹鋼基體的侵蝕，防止過(guò)腐蝕發(fā)生；
[0030] 鑰酸銨：少量添加，起到光亮不銹鋼表面的作用。
[0031] 因此，不銹鋼餐具的整個(gè)加工過(guò)程變?yōu)椋簷C(jī)械落料一加工成型一物理打磨：按本 發(fā)明要求控制打磨過(guò)程，使最終表面粗糙度在0. 01?0. 05 μ m范圍一浸泡處理：按本發(fā)明 提供的方法浸泡一煮沸處理：按本發(fā)明提供的方法煮沸處理一漂洗、烘干、包裝即可。
[0032] 經(jīng)過(guò)上述各過(guò)程處理的不銹鋼餐具，其Cr析出水平大大降低，Cr析出濃度小于 0· 4mg/dm2〇
[0033] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：
[〇〇34] 本發(fā)明在原有不銹鋼餐具加工流程的基礎(chǔ)上，通過(guò)控制機(jī)械打磨的粗糙度，并采 用特定的浸泡溶液進(jìn)行浸泡、煮沸處理，這一綜合的表面處理方式，大大降低了不銹鋼中金 屬Cr的析出水平。
[0035] 本發(fā)明的降低不銹鋼鉻析出水平的表面處理方法，實(shí)用、可行、成本低，最重要的 是Cr析出水平大大降低，特別是隨著不銹鋼餐具逐漸普及到人們的日常生活，加之各生產(chǎn) 企業(yè)對(duì)材料成本的嚴(yán)格控制，不銹鋼餐具的安全性越來(lái)越引起人們的重視，其必將促進(jìn)不 銹鋼在餐具行業(yè)的應(yīng)用，提升人們的健康生活水平。 【具體實(shí)施方式】
[0036] 下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0037] 以下各實(shí)施例與各對(duì)比例中的不銹鋼材料為餐具行業(yè)中常用的低Cr系不銹鋼 410s ;重金屬析出測(cè)試采用GB9684-2011中規(guī)定的方法：不銹鋼試樣在體積分?jǐn)?shù)為4%乙酸 的水溶液中煮沸〇. 5h，在室溫浸泡24h，溶液量按2ml/cm2來(lái)確定，浸泡液在電感耦合等離 子光譜儀上測(cè)定金屬濃度，其中GB9684-2011中規(guī)定的Cr析出限量為0. 4mg/dm2。
[0038] 實(shí)施例1
[0039] 將0. 8mm厚的410s不銹鋼2B板沖壓落料成直徑為120mm的圓盤(pán)，并沖壓成型為 底部直徑為50mm的杯體，然后依次用150#、400#、800#、1200#的SiC砂紙進(jìn)行打磨，最后采 用棉布輪進(jìn)行拋光處理，整個(gè)過(guò)程保證杯體內(nèi)外表面的粗糙度Ra都為0. 025 μ m ;將打磨好 的杯子放入浸泡液中室溫浸泡60min，其中浸泡液的組成為：25g/L硝酸，6g/L鉻酸鹽，15g/ L酒精，12g/L碳酸鈉，2g/L咪唑啉，lg/L鑰酸銨，用氫氧化鈉調(diào)節(jié)溶液的pH值為4. 0 ;浸泡 完成后將杯子取出，再放入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%濃度的硅酸鈉溶液煮沸7min ;最后將杯子用清水 漂洗、熱風(fēng)吹干。上述過(guò)程的工藝參數(shù)如表1所示。
[0040] 重金屬Cr析出量評(píng)價(jià)：將上述處理好的杯子放入226ml體積分?jǐn)?shù)為4%的乙酸水 溶液中煮沸30min，再室溫浸泡24h，整個(gè)過(guò)程要防止溶液大量揮發(fā)；取少量浸泡液在電感 耦合等離子光譜儀（ICP)上分析出重金屬元素 Cr的濃度為1. 3 μ g/ml，換算成單位面積的 不銹鋼析出量為〇. 26mg/dm2,在GB9684-2011規(guī)定限量0. 4mg/dm2以?xún)?nèi)，表明該不銹鋼制品 的金屬Cr析出量對(duì)人體安全。
[0041] 實(shí)施例1獲得的經(jīng)過(guò)表面處理后的不銹鋼，其表面粗糙度如表1所示。
[0042] 實(shí)施例2?15的不銹鋼處理過(guò)程和評(píng)價(jià)方法與實(shí)施例1 一致，其各處理步驟的具 體工藝參數(shù)、經(jīng)過(guò)表面處理后的不銹鋼的Cr析出量評(píng)價(jià)和表面粗糙度影響如表1所示。
[0043] 從實(shí)施例1?15和對(duì)比例1?8中可以看出：按本發(fā)明的降低不銹鋼鉻析出水平 的表面處理方法進(jìn)行表面處理過(guò)的不銹鋼制品，其Cr析出水平均在國(guó)標(biāo)限量范圍以?xún)?nèi)，對(duì) 人體安全，且對(duì)樣品表面的影響小，參見(jiàn)實(shí)施例1?15中經(jīng)過(guò)表面處理后的不銹鋼的表面 粗糙度，Ra在0. 047 μ m以下。但是，只控制粗糙度不做浸泡處理(對(duì)比例1?2)，或者粗糙 度沒(méi)有控制在本發(fā)明要求范圍內(nèi)（對(duì)比例2?6)、僅作浸泡處理等沒(méi)有嚴(yán)格按照本發(fā)明方 法處理的不銹鋼制品（對(duì)比例7?8)，其Cr析出水平都超出了國(guó)標(biāo)限量，有的甚至超出很 多，使用對(duì)比例1?8的不銹鋼一旦接觸食物，將對(duì)人體健康存在安全隱患。
[0044] 因此，采用本發(fā)明的降低不銹鋼鉻析出水平的表面處理方法處理不銹鋼餐具制 品，近則可以使不銹鋼餐具滿(mǎn)足相關(guān)衛(wèi)生安全標(biāo)準(zhǔn)，遠(yuǎn)則可以提升人們的健康生活水平，具 有良好的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益。
[0045] 表 1
[0046]
【權(quán)利要求】
1. 一種降低不銹鋼中鉻析出水平的表面處理方法，包括如下步驟： (1) 機(jī)械打磨：將不銹鋼采用由粗到細(xì)的砂紙依次打磨，然后采用棉布輪進(jìn)行拋光處 理，控制拋光后的不銹鋼的表面粗糙度Ra在0.01?0.05 μ m范圍內(nèi)； (2) 浸泡：將步驟（1)打磨、拋光后獲得的不銹鋼采用浸泡溶液在室溫下浸泡45? 90min，所述浸泡溶液含有如下濃度的成分 ： 硝酸 20?40g/L ; 鉻酸鹽 2?10g/L ; 酒精 10?30g/L ; 碳酸鈉 10?20g/L ; 咪唑啉 1?3g/L ; 鑰酸銨 0. 5?1. 5g/L ; 上述浸泡溶液的pH值為3?5,溶劑為純凈水； (3) 煮沸處理：將經(jīng)過(guò)浸泡處理的不銹鋼放入濃度為1?3wt%的硅酸鈉水溶液中煮沸 3 ?lOmin ; (4) 漂洗、烘干：將煮沸處理后的不銹鋼依次漂洗、烘干，獲得鉻析出水平降低的不銹 鋼，Cr析出濃度小于0. 4mg/dm2。
2. 如權(quán)利要求1所述的降低不銹鋼鉻中析出水平的表面處理方法，其特征在于，步驟 (2)浸泡溶液中的鉻酸鹽采用中性鹽鉻酸鹽。
【文檔編號(hào)】C23C22/82GK104060256SQ201310093643
【公開(kāi)日】2014年9月24日 申請(qǐng)日期:2013年3月21日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月21日
【發(fā)明者】王如萌, 張?chǎng)? 駱?biāo)卣? 江來(lái)珠 申請(qǐng)人:寶鋼不銹鋼有限公司