堿性電解除銹方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種堿性電解除銹方法。該方法包含以下步驟：(A)提供一表面含有銹皮的鋼材；(B)使所述表面含有銹皮的鋼材作為陽極，再置入一含有酒石酸鹽的堿性電解液中進(jìn)行堿性電解處理，該電解液濃度大于等于0.4M，而電解的電流密度大于等于10A/dm2，以獲得經(jīng)電解處理的鋼材；及(C)對所述經(jīng)電解處理的鋼材提供一機(jī)械力，直至銹皮自該鋼材的表面脫離并制得一表面無銹皮的鋼材。本發(fā)明的堿性電解除銹方法無須經(jīng)過多次電解處理，不但符合經(jīng)濟(jì)效益，更滿足環(huán)保的需求。
【專利說明】堿性電解除銹方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明有關(guān)于一種堿性電解除銹方法，特別是指一種經(jīng)由對表面含有銹皮的鋼材進(jìn)行堿性電解處理的除銹方法，屬于鋼材冶煉領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]鋼材(如不銹鋼)在高溫工藝(如熱軋或退火、或其它熱處理等)中，表面可能會生成一層黑色銹皮，其主要成分為氧化鐵、氧化鎳及氧化鉻等金屬氧化物。該黑色銹皮不僅影響鋼材的外觀，對于后續(xù)加工亦有影響，因此，在制作鋼材的過程中通常會包含一去除銹皮的步驟。
[0003]常用的去除銹皮方式為酸洗，另外，針對較難去除的銹皮，還需利用一些輔助處理(如鹽浴處理、電解除銹、或外加機(jī)械力)來提高除銹效率。酸洗所使用的酸液包括硫酸、硝酸、鹽酸及磷酸等，在實際運用時容易發(fā)生酸洗不完全或過度酸洗等問題，且酸洗程度的不同也會嚴(yán)重影響不銹鋼的外觀，例如不銹鋼表面產(chǎn)生多數(shù)孔洞而不平滑光亮。除了上述問題外，酸洗過程所產(chǎn)生的大量酸洗廢液因含有鐵、鉻、鎳等重金屬，需進(jìn)行特殊處理才可在符合環(huán)保需求下排放廢液，且酸液也可能產(chǎn)生氮氧化物(如NO、NO2)等空氣污染物質(zhì)。
[0004]美國專利公告第5，897，764號揭示了一種用于去除高等級鋼帶的表面銹皮的方法，包含(I)電解處理:利用硫酸銨、硫酸鈉、硫酸等作為電解液，以及(2)超音波清洗處理。此專利改用酸性電解方式，雖可減少酸液的使用量，但酸性電解后，將會使酸性電解液中存在重金屬離子，該重金屬離子不易回收，而為了符合環(huán)保需求，將會提高廢液處理成本。
[0005]由上述可知，對于在符合經(jīng)濟(jì)效益及環(huán)保需求下，有效地去除鋼材表面的銹皮，并同時獲得表面平滑光亮的鋼材，仍存有極大的改善空間。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的在于提供一種不需使用酸液，同時符合經(jīng)濟(jì)效益及環(huán)保需求的堿性電解除銹方法。
[0007]為達(dá)上述目的，本發(fā)明提供一種堿性電解除銹方法，其包含以下步驟:
[0008](A)、提供一表面含有銹皮的鋼材；
[0009](B)、使所述表面含有銹皮的鋼材作為陽極，再置入一含有酒石酸鹽的堿性電解液中進(jìn)行堿性電解處理，該電解液濃度大于等于0.4M，而電解的電流密度大于等于10A/dm2，以獲得經(jīng)電解處理的鋼材；及
[0010](C)、對所述經(jīng)電解處理的鋼材提供一機(jī)械力，直至銹皮自該鋼材的表面脫離并制得一表面無銹皮的鋼材。
[0011 ] 本發(fā)明的堿性電解除銹方法運用含有酒石酸鹽的堿性電解液進(jìn)行電解處理，并搭配機(jī)械處理，而能獲得表面平滑光亮的鋼材。本發(fā)明的方法無需多次電解處理而符合經(jīng)濟(jì)效益，且本發(fā)明的方法的電解處理為堿性電解，并未使用酸性電解液，因而沒有酸洗廢液的排放問題；再者，于堿性電解后，會讓銹皮還原產(chǎn)生金屬離子并與堿性基團(tuán)生成金屬氧化物或金屬氫氧化物，且金屬氫氧化物將沉淀于電解池底部，后續(xù)僅需將金屬氫氧化物濾除即可回收堿性電解液，完全符合環(huán)保需求。另外，值得一提的是，本發(fā)明的方法于堿性電解處理時，將會同時去除鋼材表面的油脂，而得以省略去脂流程(通常包含堿洗、清洗及酸中和三個步驟)。
[0012]以下將就本發(fā)明的內(nèi)容進(jìn)行詳細(xì)說明:
[0013]在上述方法中，步驟(A)中的表面含有銹皮的鋼材可為任何已通過熱軋或其它熱處理且于表面已形成一層黑色銹皮的鋼材。
[0014]該鋼材泛指任何表面會形成銹皮的鋼材。優(yōu)選地，該鋼材是選自于不銹鋼、碳鋼或合金鋼。于本發(fā)明的具體實施例中，該鋼材為不銹鋼。
[0015]在上述方法中，優(yōu)選地，步驟(B)中的酒石酸鹽是選自于酒石酸鈉、酒石酸鉀和酒石酸鈉鉀中的一種或幾種的組合。于本發(fā)明的一具體實施例中，該酒石酸鹽為酒石酸鈉。
[0016]在上述方法中，步驟(B)是以所述表面具有銹皮的鋼材作為陽極，所述含有酒石酸鹽的堿性電解液作為電解液，并依據(jù)一般電解裝置進(jìn)行安裝。另外，除了以表面具有銹皮的鋼材作為陽極外，其于欲處理的表面具有銹皮的鋼材亦可放置于堿性電解液中進(jìn)行感應(yīng)堿性電解，而能有效去除銹皮。
[0017]在步驟(B)中的堿性電解液中，需特別一提的是，酒石酸鹽，特別是酒石酸鈉，以往僅用于鍍銅工藝或作為抗氧化劑、酸性調(diào)整劑或乳化劑，從未被使用于作為除銹工藝的電解液。步驟(B)中的電解處理主要是通過該酒石酸鹽所解離出來的酒石酸離子與銹皮反應(yīng)，以讓銹皮結(jié)構(gòu)受到破壞而變得松散，并利于后續(xù)銹皮的去除。
[0018]在上述方法中，優(yōu)選地，步驟(B)中的電解處理是在7至8.5的pH值范圍下進(jìn)行的。更優(yōu)選地，步驟(B)中的電解處理是在7.5至8.5的pH值范圍下進(jìn)行的。于本發(fā)明的具體實施例中，該P(yáng)H值范圍`為7.8至8。
[0019]在上述方法中，步驟(B)中的含有酒石酸鹽的堿性電解液中可選擇地添加任何常用的添加劑，例如界面活性劑、金屬螯合劑等。優(yōu)選地，步驟(B)中的含有酒石酸鹽的堿性電解液為酒石酸鈉水溶液。更優(yōu)選地，該酒石酸鈉水溶液的濃度范圍為0.8至1.0M。
[0020]在上述方法中，優(yōu)選地，步驟⑶中的電解處理的電流密度范圍為20至160A/dm2，當(dāng)電流密度低于20A/dm2時，銹皮并無龜裂現(xiàn)象；而當(dāng)電流密度高于160A/dm2時，不僅需耗費較多能源且電解裝置可能因過熱而損壞。更優(yōu)選地，該電流密度范圍為20至100A/dm2 ；尤為優(yōu)選地，該電流密度范圍為40至100A/dm2 ;特別優(yōu)選地，該電流密度范圍為60至100A/dm2。
[0021]在上述方法中，優(yōu)選地，步驟(B)是在30至70°C的溫度范圍下進(jìn)行的。更優(yōu)選地，該溫度范圍為60至70°C。
[0022]在上述方法中，優(yōu)選地，步驟⑶中的電解處理時間范圍為60至300秒。于本發(fā)明的一具體實施例中，該電解處理時間為120秒。
[0023]根據(jù)本發(fā)明的【具體實施方式】，優(yōu)選地，上述堿性電解除銹方法更包含一于步驟(B)之后的步驟(BI)，該步驟(BI)是使所述經(jīng)電解處理的鋼材作為陽極，再置入一含有磷酸三鈉的堿性電解液中進(jìn)行第二次電解處理，以獲得經(jīng)第二次電解處理的鋼材。
[0024]在上述方法中，步驟(BI)是以所述經(jīng)電解處理的鋼材作為陽極，所述含有磷酸三鈉的堿性電解液作為電解液，并依據(jù)一般電解裝置進(jìn)行安裝。所述經(jīng)電解處理的鋼材的表面銹皮會與磷酸三鈉所解離的磷酸根離子產(chǎn)生反應(yīng)，且磷酸根磷子也會穿過銹皮而與鋼材表面產(chǎn)生反應(yīng)，而讓銹皮得以去除且使鋼材表面呈現(xiàn)霧面狀態(tài)。
[0025]在上述方法中，優(yōu)選地，步驟(BI)中的第二次電解處理是在8至13的pH值范圍下進(jìn)行的。
[0026]在上述方法中，優(yōu)選地，步驟(BI)中的含有磷酸三鈉的堿性電解液為磷酸三鈉水溶液。更優(yōu)選地，該磷酸三鈉水溶液的濃度范圍為0.2至0.6M。
[0027]在上述方法中，步驟(BI)中的含有磷酸三鈉的堿性電解液中可選擇地添加任何常用的添加劑，例如界面活性劑、金屬螯合劑等。優(yōu)選地，該含有磷酸三鈉的堿性電解液中更含有一金屬螯合劑，該金屬螯合劑是選自于檸檬酸、氯化鈉、草酸、丙二酸和硝酸中的一種或幾種的組合。更優(yōu)選地，該金屬螯合劑是選自于檸檬酸、氯化鈉或兩者的組合。該金屬螯合劑的添加量可依據(jù)實際需要進(jìn)行調(diào)整，優(yōu)選地，以磷酸三鈉重量為100重量份計算，金屬螯合劑的添加量范圍為10至25重量份。
[0028]在上述方法中，優(yōu)選地，步驟(BI)中的第二次電解處理的電流密度范圍為20至160A/dm2，當(dāng)電流密度低于20A/dm2時，銹皮維持原狀；而當(dāng)電流密度高于160A/dm2時，不僅需耗費較多能源且電解裝置可能因過熱而損壞。更優(yōu)選地，該電流密度范圍為20至100A/dm2 ;尤為優(yōu)選地，該電流密度范圍為40至100A/dm2 ;特別優(yōu)選地，該電流密度范圍為60至100A/dm2。
[0029]在上述方法中，優(yōu)選地，步驟(BI)是在30至70°C的溫度范圍下進(jìn)行的。更優(yōu)選地，該溫度范圍為60至70°C。
[0030]在上述方法中，優(yōu)選地，步驟(BI)中的第二次電解處理時間范圍為60至180秒。于本發(fā)明的一具體實施例中，該電解處理時間為60秒。
[0031]在上述方法中 ，優(yōu)選地，步驟(B)中的堿性電解液中更含有聚乙二醇。當(dāng)堿性電解液中更含有聚乙二醇時，可降低水的表面張力，增加吸附活性而使電解液更能附著于鋼材表面，并讓電解過程更加順利。
[0032]在上述方法中，優(yōu)選地，步驟(C)中的機(jī)械力是由下列所構(gòu)成的群組的方式所提供:刷磨、擦拭和超音波震蕩中的一種或幾種的組合。更優(yōu)選地，步驟(C)中的機(jī)械力是由下列所構(gòu)成的群組的方式所提供:刷磨、超音波震蕩及兩者的組合。尤為優(yōu)選地，步驟(C)中的機(jī)械力是由刷磨及超音波震蕩所提供。
[0033]經(jīng)由本發(fā)明的方法所制得的表面無銹皮的鋼材無需再經(jīng)過任何表面處理(如拋光)，即可讓鋼材具有平滑且光亮的表面，且完全符合業(yè)界所需求的外觀。此外，如因后續(xù)使用需求而希望有不同鋼材外觀(例如霧面)，則可搭配本發(fā)明方法中的步驟(BI)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0034]圖1為本發(fā)明方法的一具體實施例的步驟流程示意圖；
[0035]圖2為實施例2的經(jīng)電解處理的不銹鋼線的SEM照片，電流密度為60A/dm2 ；
[0036]圖3為實施例3的經(jīng)電解處理的不銹鋼線的SEM照片，電流密度為80A/dm2 ；
[0037]圖4為實施例4的經(jīng)電解處理的不銹鋼線的SEM照片，電流密度為100A/dm2 ；
[0038]圖5為比較例3的未經(jīng)電解處理的不銹鋼線的SEM照片；
[0039]圖6為實施例19的未經(jīng)電解除銹處理的不銹鋼板材的EDS分析照片；[0040]圖7為實施例19的未經(jīng)電解除銹處理的不銹鋼板材上的各成份比例分布圖；
[0041]圖8為實施例19的經(jīng)電解除銹處理的不銹鋼板材的EDS分析照片；
[0042]圖9為實施例19的經(jīng)電解除銹處理的不銹鋼板材上的各成份比例分布圖；
[0043]圖10為實施例19的經(jīng)第一次電解處理的不銹鋼線的SEM照片，電流密度為20A/dm2 ；
[0044]圖11為實施例20的經(jīng)第一次電解處理的不銹鋼線的SEM照片，電流密度為40A/dm2 ；
[0045]圖12為實施例21的經(jīng)第一次電解處理的不銹鋼線的SEM照片，電流密度為60A/dm2 ；
[0046]圖13為實施例22的經(jīng)第一次電解處理的不銹鋼線的SEM照片，電流密度為80A/dm2 ；
[0047]圖14為實施例23的經(jīng)第一次電解處理的不銹鋼線的SEM照片，電流密度為100A/dm2 ；
[0048]圖15為比較例7的未經(jīng)電解處理的不銹鋼線的SEM照片。
[0049]主要組件符號說明: [0050]I表面含有銹皮的鋼材
[0051]2含有酒石酸鹽的堿性電解液
[0052]3經(jīng)電解處理的鋼材
[0053]4機(jī)械力
[0054]5表面無銹皮的鋼材
【具體實施方式】
[0055]在本發(fā)明的一具體實施例中，該堿性電解除銹方法的步驟流程如圖1所示，包含:(A)、提供一表面含有銹皮的鋼材I ; (B)、使該表面含有銹皮的鋼材I作為陽極，再置入一含有酒石酸鹽的堿性電解液2中進(jìn)行堿性電解處理，該含有酒石酸鹽的堿性電解液2濃度大于等于0.4M，而電解的電流密度大于等于10A/dm2，以獲得經(jīng)電解處理的鋼材3 ;及(C)、對該經(jīng)電解處理的鋼材3提供一機(jī)械力4，直至銹皮自該鋼材的表面脫離并制得一表面無銹皮的鋼材5。
[0056]本發(fā)明將就以下實施例來做進(jìn)一步說明，但應(yīng)了解的是，這些實施例僅為例示說明之用，而不應(yīng)被解釋為本發(fā)明實施的限制。
[0057]實施例1
[0058]首先取一表面具有黑色銹皮的不銹鋼線(購自華新不銹鋼公司，型號為SS316，不銹鋼線的直徑為5.5mm，長度為50mm，銹皮厚度為20 y m)。再將該不銹鋼線作為陽極，并放入濃度為0.5M的酒石酸鈉水溶液(作為電解液，是由酒石酸鈉及水進(jìn)行調(diào)配制得，pH值為7.8)中，然后分別將該陽極及陰極(由純鈦金屬所構(gòu)成)電連接至一電源供應(yīng)器，以獲得一電解裝置。通過調(diào)整該電源供應(yīng)器，使該電解裝置的電流密度控制在40A/dm2，并調(diào)整電解液的溫度為31°C，以使該不銹鋼線進(jìn)行堿性電解處理。
[0059]待電解處理120秒后，取出該經(jīng)電解處理的不銹鋼線并放置于一超音波震蕩器中進(jìn)行震蕩，在歷時60秒后，再以布(3M公司制造，型號為8501)進(jìn)行刷磨，即制得一亮面不銹鋼材。
[0060]外觀觀察
[0061]通過肉眼觀察實施例1所制得的不銹鋼材的外觀，結(jié)果如下表1所示。
[0062]比較例I及2
[0063]比較例I及2是依據(jù)實施例1的相同步驟流程進(jìn)行電解除銹，同時利用相同步驟進(jìn)行外觀觀察，不同之處在于:比較例I是以0.5M的檸檬酸鈉水溶液作為電解液；比較例2是以0.5M的氫氧化鈉水溶液作為電解液。測試結(jié)果分別整理于下表1中。
[0064]表1
[0065]
【權(quán)利要求】
1.一種堿性電解除銹方法，其包含以下步驟: (A)、提供一表面含有銹皮的鋼材； (B)、使所述表面含有銹皮的鋼材作為陽極，再置入一含有酒石酸鹽的堿性電解液中進(jìn)行堿性電解處理，該電解液濃度大于等于0.4M，而電解的電流密度大于等于ΙΟΑ/dm2，以獲得經(jīng)電解處理的鋼材 '及 (C)、對所述經(jīng)電解處理的鋼材提供一機(jī)械力，直至銹皮自該鋼材的表面脫離并制得一表面無銹皮的鋼材。
2.如權(quán)利要求1所述的堿性電解除銹方法，其中，步驟(B)中的酒石酸鹽是選自于酒石酸鈉、酒石酸鉀和酒石酸鈉鉀中的一種或幾種的組合。
3.如權(quán)利要求1所述的堿性電解除銹方法，其中，步驟(B)是在7至8.5的pH值范圍下進(jìn)行的。
4.如權(quán)利要求1所述的堿性電解除銹方法，其中，步驟⑶中的電解處理的電流密度范圍為 20 至 160A/dm2。
5.如權(quán)利要求1所述的堿性電解除銹方法，其中，步驟(B)是在30至70°C的溫度范圍下進(jìn)行的。
6.如權(quán)利要求1所述的堿性電解除銹方法，其中，步驟(B)中的含有酒石酸鹽的堿性電解液為酒石酸鈉水溶液。
7.如權(quán)利要求6所述的堿性電解除銹方法，其中，所述酒石酸鈉水溶液的濃度范圍為0.8 至 1.0M0
8.如權(quán)利要求1所述的堿性電解除銹方法，其中，步驟(C)中的機(jī)械力是由下列所構(gòu)成的群組的方式所提供:刷磨、擦拭和超音波震蕩中的一種或幾種的組合。
9.如權(quán)利要求1所述的堿性電解除銹方法，其更包含一于步驟(B)之后的步驟(BI)，該步驟(BI)是使所述經(jīng)電解處理的鋼材作為陽極，再置入一含有磷酸三鈉的堿性電解液中進(jìn)行第二次電解處理，以獲得經(jīng)第二次電解處理的鋼材。
10.如權(quán)利要求9所述的堿性電解除銹方法，其中，所述含磷酸三鈉的堿性電解液中更含有一金屬螯合劑。
11.如權(quán)利要求10所述的堿性電解除銹方法，其中，所述金屬螯合劑是選自于檸檬酸、氯化鈉或兩者的組合。
12.如權(quán)利要求9所述的堿性電解除銹方法，其中，步驟(BI)中的第二次電解處理的電流密度范圍為20至160A/dm2。
13.如權(quán)利要求9所述的堿性電解除銹方法，其中，步驟(BI)是在30至70°C的溫度范圍下進(jìn)行的。
14.如權(quán)利要求9所述的堿性電解除銹方法，其中，步驟(BI)中的含磷酸三鈉的堿性電解液為磷酸三鈉水溶液。
15.如權(quán)利要求14所述的堿性電解除銹方法，其中，所述磷酸三鈉水溶液的濃度范圍為 0.2 至 0.6M。
16.如權(quán)利要求1所述的堿性電解除銹方法，其中，所述堿性電解液中更含有聚乙二醇。
【文檔編號】C25F1/06GK103806083SQ201310540644
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2013年11月4日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月9日
【發(fā)明者】程一麟, 白育綸, 賴政隆, 何家敬, 曾婉寧, 白家祥, 栗愛綱, 李世文, 許雯婷 申請人:瑞研材料科技股份有限公司