CN105603502B - 一种金属板表面的脱脂方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及金属板表面处理领域，公开了一种金属板表面的脱脂方法，其中，该方法包括在含有5‑15重量％的硫酸的电解液中对所述金属板表面进行电化学抛光处理。通过上述技术方案，可以达到如下的技术效果：减少了传统HF溶液的浸泡和对人身及环境的影响，减少了传统浸泡或喷淋脱脂的脱脂液体残留液体对后续表面处理工艺的影响，使不规则零部件在家电行业中使用成为可能；生产工艺简单、易操作；通过本工艺脱脂的钛合金板表面在进行阳极氧化的时候，在相同溶液浓度中，得到同样颜色所用的电压较低，这样会大幅度降低用电成本。
Description
技术领域
本发明涉及金属板表面处理领域，具体地，涉及一种金属板表面的脱脂方法。
背景技术
目前，国内外厂家在生产钛及钛合金板过程中都会在表面生成一层致密的氧化层，该氧化层在后续表面阳极氧化处理或其他表面工艺施工时，很难去除。传统的处理方式都是用HF溶液对钛及钛合金板表面进行浸泡或使用抛光机对板面进行打磨，然后再使用HF溶液进行浸泡，将表面的氧化层完全去除，再进行表面处理等下道工序。
但是，由于HF溶液具有高腐蚀性、高污染性及高挥发性，对环境及工作人员身体会造成严重伤害。不适合进行大规模的家电产品工业生产使用。另外，通过抛光机打磨钛板或钛合金板表面的工艺，不适合大型的家电设备和不规则零部件的生产。攀钢钛及钛合金板主要使用在国内大型家电制造业的电饭煲内胆、微波炉内胆及各种家用电器零部件上。家电企业需要一种对环境危害小、成本低、好操作及适合批量生产的新型前处理工艺。
并且，由于金属板表面不规则，传统脱脂方式，例如，喷淋脱脂或浸泡脱脂，会出现有其他部位“积水”或“积液”现象，导致脱脂液沉积，影响后续的各种表面处理工作。
发明内容
本发明的目的是为了克服以上缺陷，提供了一种金属板表面的脱脂方法，该方法具有成本低、对环境危害小、且适合不规整零部件的抛光处理的特点，并且该方法处理后的金属板表面避免了“积水”或“积液”的现象。
为了实现上述目的，本发明提供一种金属板表面的脱脂方法，其中，该方法包括在含有5-15重量％的硫酸的电解液中对所述金属板表面进行电化学抛光处理。
优选地，所述电化学抛光的时间为120-250s，电压为1-10V，电流密度为0.35-0.65A/cm2。
优选地，该方法还包括将权利要求1-3中任意一项所述的电化学抛光处理后的金属板进行水洗的步骤。所述水洗至少包括3次水洗的步骤，其中，第一次为喷淋水洗，第二次为浸泡水洗，第三次为喷淋水洗。
优选地，在所述电化学抛光处理前，该方法还包括对金属板表面进行打磨，打磨的条件使得金属板表面的粗糙度为1.5-0.8μm。
通过上述技术方案，可以达到如下的技术效果：
(1)通过本发明的方法，减少了传统HF溶液的浸泡和对人身及环境的影响，更适合不规则零部件；
(2)通过本工艺进行脱脂后，去除表面油脂，减少了传统浸泡或喷淋脱脂的脱脂液体残留液体对后续表面处理工艺的影响，使不规则零部件在家电行业中使用成为可能；
(3)本发明使用生产工艺简单、易操作；
(4)本通过本工艺脱脂的钛合金板表面在进行阳极氧化的时候，在相同溶液浓度中，得到同样颜色所用的电压较低，这样会大幅度降低用电成本；
(5)以攀钢钛为例，攀钢自2010年开始轧制钛材产品，设计年产1万吨产能，如果每年能生产3000吨钛板通过本工艺生产家电用零部件，以每吨钛板利润5000元计算，本技术的新增效益见下式所示(万元)；
Y-每年使用本表面处理技术产生的效益；
A-每吨钛薄板的销售利润：5000元/吨；
T-每年家电行业使用的钛板的总吨数：3000吨；
则：Y＝A×T＝3000×5000＝1500(万元)。
本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是未经任何处理的纯钛的钛板图片。
图2是经本申请一种具体实施方式的喷射处理之后的钛板表面图片。
图3是经本发明一种具体实施方案的电化学抛光处理之后的钛板表面图片。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
由于金属部件的表面几乎不可避免的要沾附油污。油污有三种类型，即矿物油，植物油和动物油。按照油脂的化学性质，又可以分成：皂化油和不可皂化油。所有的动物油和植物油的化学成分主要是脂肪酸和甘油酯，由于都能和碱作用生成肥皂，故称之为可皂化油；矿物油的化学成分是各种碳氢化合物，不能和碱反应，故称不可皂化油。常用的脱脂方法有：有机溶剂脱脂，化学脱脂和电化学脱脂。在研究的过程中，本发明的发明人进一步发现，由于金属表面不规则，传统脱脂方式会出现有其他部位“积水”或“积液”现象，导致脱脂液沉积，影响后续的各种表面处理工作，例如，会增大阳极氧化的电压，本发明的发明人进一步发现，选择所述电解液为含有5-15重量％，优选8-12重量％的硫酸的电解液，会有效的避免进食板表面的“积水”或“积液”，并且还会降低在后续阳极氧化过程中得到相同颜色式样的电压。
基于以上发现，本发明提供了一种金属板表面的脱脂方法，其中，该方法包括在含有5-15重量％的硫酸的电解液中对所述金属板表面进行电化学抛光处理。
优选的，所述电解液为含有8-12重量％的硫酸的电解液。
根据本发明，对所述金属板进行电化学抛光的条件可以为本领域常规的电化学抛光条件，例如，电化学抛光的时间为120-250s，电压为1-10V，电流密度为0.35-0.65A/cm2。进一步优选的，所述电化学抛光的时间为150-220s，电压为3-8V，电流密度为0.45-0.55A/cm2。
根据本发明的脱脂的方法，当金属部件浸入电解槽，油与电解液稀硫酸之间的界面张力会大大降低，油膜便产生了裂纹。同时，由于通电使电极极化，电极与电解液的表面张力降低，溶液对金属表面的润湿性增加，溶液便从油膜不连续处和裂纹处对油膜产生排挤作用。本发明的方法优选为阴极脱脂，也即，样品做为阴极，阴极释放氢气：4H2O+4e-→2H2↑+4OH-。其中，氢气以大量的小气泡的形式逸出，对溶液产生强烈的搅拌和撞击作用，于是油膜被撕裂分散成很多的细小的油珠，与此同时，小气泡又容易滞留在油珠上，当气泡长大到一定尺寸时，会带着小油珠上升到溶液表面。从而有效了实现了对金属板的表面抛光处理。
根据本发明，用于如上阴极脱脂的阳极可以为本领域公知的各种惰性阳极，例如，石墨、铂金等。
根据本发明，优选的，本发明还包括对电化学抛光处理后的金属板进行水洗的步骤，所述水洗可以为本领域常规的清洗方法，例如，可以采用浸泡和/或喷淋的方法。进一步优选的，所述水洗的方法通过至少3次水洗，其中，第一次为喷淋水洗，第二次为浸泡水洗，第三次为喷淋水洗。其中，所述水洗的温度优选为65-75℃，对于喷淋水洗，所述喷淋的压力优选为1-1.5MPa，对于浸泡水洗，浸泡的时间优选为5-10min。
根据本发明，所述金属板可以为任何的需要脱脂的金属板，例如，可以为钛板，钛合金板等。
根据本发明，优选的，在所述脱脂前还包括对所述金属板进行表面打磨的步骤，所述打磨的条件优选使得金属板表面的粗糙度为1.5-0.8μm。其中，所述打磨的方式可以为本领域公知的任意的打磨方式，只要能够保证实现如上的粗糙度即可。例如，可以使用抛光机进行打磨，也可以使用抛丸机进行抛丸处理。但如上所述的，由于本发明的脱脂处理能够减少金属板表面的“积水”或“积液”现象，因此，本发明的方法特别适用于抛丸处理后的金属板表面的脱脂处理。
根据本发明，所述抛丸处理的方法可以为本领域常规的选择，例如，根据本发明一种优选的实施方式，所述抛丸处理的方法包括：使用粒度小于或等于1mm的颗粒对金属板进行喷射处理，相对于每平方米的金属板，所述喷射的压力为1-4MPa。
本发明的发明人在研究的过程中发现，在对金属板进行脱脂处理前，通过使用粒度不大于1mm的颗粒对金属板进行喷射处理，并且，相对于每平方米的金属板，控制颗粒对金属板打砸的压力为1-4MPa，能够有效的去除其表面的氧化层等不期望存在的成分(例如，锈蚀或其他污染物)，达到金属板表面的抛光处理。并且经此处理后的金属板能够达到均一的粗糙度及光泽。进一步优选的，所述压力为1.5-3MPa。
根据本发明，所述颗粒优选为沙粒或者钢球。
尽管按照如上的方式对金属板进行喷射处理即可实现本发明的目的，但本发明的发明人在研究的过程中惊人的发现，通过将颗粒设置为3种不同级别的粒径，处理后的金属板的表面污染能够得到进一步去除，且表面的粗糙度和光泽更加均一，从而更有利于后续的阳极氧化处理。其中，优选的，大粒度颗粒的粒度为0.6-0.8mm，中粒度颗粒的粒度为0.2-0.5mm，小粒度颗粒的粒度为0.1-0.15mm。
根据本发明，在如上优选的情况下，大粒度颗粒、中粒度颗粒和小粒度颗粒的比例可以在较宽的范围内进行调整，在进一步优选的情况下，中粒度的颗粒所占的比例最大，且更优选大于小粒度和大粒度颗粒所占比例的总和。最为优选的，所述大粒度颗粒、中粒度颗粒和小粒度颗粒的比例为1:(3-6):(0.5-1.2)，优选为1：(4-5)：(0.65-1)。在该优选的情况下，所述金属板表面的污染物(例如，氧化层)能够得到更为彻底的除去，使金属板表面的粗糙度和光泽更加均一。
根据本发明，不同粒度范围的颗粒的抛出顺序并没有过多的限制，他们可以同时抛出，也可以按照粒径的大小先后抛出。当先使用大粒度颗粒对金属表面进行处理，在使用中粒度和小粒度的颗粒的对金属表面进行处理的情况下，所得到的金属板的性能能够得到进一步提升。
根据本发明，相对于每平方米的金属板，所述颗粒的密度也可以在较宽的范围内进行选择，但综合对金属板的抛光效果和破坏程度等因素考虑，相对于每平方米的金属板，所述颗粒的抛出密度为60-95kg。
根据本发明，优选的，本发明还包括对喷射处理后的金属板进行水洗的步骤，所述水洗可以为本领域常规的清洗方法，例如，可以采用浸泡和/或喷淋的方法。进一步优选的，所述水洗的方法通过至少3次水洗，其中，第一次为喷淋水洗，第二次为浸泡水洗，第三次为喷淋水洗。其中，所述水洗的温度优选为65-75℃，对于喷淋水洗，所述喷淋的压力优选为1-1.5MPa，对于浸泡水洗，浸泡的时间优选为5-10min。
根据本发明，在如上优选抛丸处理的情况下，所述金属板的厚度优选大于2mm。
根据本发明，在进一步优选的情况下，本发明的方法还优选在所述抛丸处理后以及脱脂前，对金属板进行有机溶剂浸泡的步骤，所述有机溶剂优选选自汽油、煤油、甲苯、三氯乙烷、四氯乙烷中的一种或多种。其中，所述浸泡的时间可以在较宽的范围内选择，优选为3-10min，其中，进一步优选的，所述浸泡优选在超声的条件下进行。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。
实施例1
本实施例用于说明本发明提供的金属板表面的脱脂方法
(1)喷射处理
将厚度为5mm的不规整钛板放入抛丸机中进行抛丸处理，在抛丸机中装填15％的粒度为0.8mm的钢球，75％的粒度为0.3mm的丸粒，10％的粒度为0.1mm的丸粒，其中，相对于每平方米的金属板，抛丸的压力为2MPa，颗粒的密度为70kg。其中，先进行大粒度颗粒的喷射处理，再进行中粒度和小粒度的颗粒的喷射处理。经测定处理后钛板表面的粗糙度在1.0-0.8μm之间。
(2)净化处理1
将步骤(1)处理之后的钛板进行水洗3次，其中，第一次和第三次为喷淋冲洗，水温为70℃，水压为1MPa，第二次为浸泡洗，其中，水温为70℃，浸泡时间为5min；
其中，喷射处理之前的钛板的表面如图1所示，喷射并水洗之后的钛板的表面如图2所示。
(3)脱脂处理
将步骤(2)水洗后的钛板为阴极，以10重量％的稀硫酸液为电解液，石墨为阳极进行电化学抛光180s，其中，电压为5V，电流密度为0.5A/cm2。
(4)重复步骤(2)的水洗步骤，得到本发明的抛光处理之后的钛板。
脱脂处理后的钛板表面如图3所示。
实施例2
本实施例用于说明本发明提供的金属板表面脱脂的方法
(1)喷射处理
将厚度为8mm的不规整钛板放入抛丸机中进行抛丸处理，在抛丸机中装填17％的粒度为0.6mm的钢球，68％的粒度为0.4mm的丸粒，15％的粒度为0.15mm的丸粒，其中，相对于每平方米的金属板，抛丸的压力为3MPa，颗粒的密度为65kg。其中，先进行大粒度颗粒的喷射处理，再进行中粒度和小粒度的颗粒的喷射处理。经测定处理后钛板表面的粗糙度在1.2-1.0μm之间。
(2)净化处理1
将步骤(1)处理之后的钛板进行水洗3次，其中，第一次和第三次为喷淋冲洗，其中，水温为65℃，水压为1.2MPa，第二次为浸泡洗，其中，水温为75℃，浸泡时间为8min；
(3)脱脂处理
将步骤(2)水洗后的钛板为阴极，以8重量％的稀硫酸液为电解液，石墨为阳极进行电化学抛光220s，其中，电压为3V，电流密度为0.55A/cm2。
(4)重复步骤(2)的水洗步骤，得到本发明的抛光处理之后的钛板。
实施例3
本实施例用于说明本发明提供的金属板表面脱脂的方法
(1)喷射处理
将厚度为2mm的不规整钛板放入抛丸机中进行抛丸处理，在抛丸机中装填15％的粒度为0.65mm的钢球，70％的粒度为0.2mm的丸粒，15％的粒度为0.1mm的丸粒，其中，抛丸的压力为1.5MPa，相对于每平方米的金属板，颗粒的密度为70kg。其中，先进行大粒度颗粒的喷射处理，再进行中粒度和小粒度的颗粒的喷射处理。经测定处理后钛板表面的粗糙度在1.3-1.1μm之间。
(2)净化处理1
将步骤(1)处理之后的钛板进行水洗3次，其中，第一次和第三次为喷淋冲洗，其中，水温为75℃，水压为1.0MPa，第二次为浸泡洗，其中，水温为65℃，浸泡时间为5min。
(3)脱脂处理
将步骤(2)水洗后的钛板为阴极，以12重量％的稀硫酸液为电解液，石墨为阳极进行电化学抛光150s，其中，电压为8V，电流密度为0.45A/cm2。
(4)重复步骤(2)的水洗步骤，得到本发明的抛光处理之后的钛板。
实施例4
本实施例用于说明本发明提供的金属板表面脱脂的方法
按照实施例1的方法进行金属板表面的抛光处理，不同的是，步骤(1)中，所述颗粒为2种不同的粒度，其中，0.2mm的占有20％，0.4mm占有80％。经测定抛丸后钛板表面的粗糙度在1.5-0.8μm之间。
实施例5
本实施例用于说明本发明提供的金属板表面脱脂的方法
按照实施例1的方法进行金属板表面的抛光处理，不同的是，步骤(2)和(4)中的水洗均采用第一次为浸泡水洗，第二次和第三次为喷淋水洗。
实施例6
本实施例用于说明本发明提供的金属板表面脱脂的方法
按照实施例1的方法进行金属板表面的抛光处理，不同的是，步骤(1)中，先进行中粒度和小粒度的颗粒的喷射处理，再进行大粒度颗粒的喷射处理。经测定处理后钛板表面的粗糙度在1.5-0.8μm之间。
实施例7
本实施例用于说明本发明提供的金属板表面脱脂的方法
按照实施例1的方法进行金属板表面的脱脂处理，不同的是，不进行抛丸处理的步骤，而是采用抛光机对金属板进行抛光处理。
实施例8
本实施例用于说明本发明提供的金属板表面脱脂的方法
按照实施例1的方法进行金属板表面的脱脂处理，不同的是，在步骤(2)和(3)之间添加汽油浸泡的步骤，所述浸泡的时间为5min。
对比例1
本对比例用于说明参比提供的金属板表面脱脂的方法
按照实施例1的方法进行金属板表面的脱脂处理，不同的是，步骤(3)中，所述脱脂为汽油脱脂。也即，将步骤在(2)处理后的钛板浸泡在汽油中进行脱脂处理，所述浸泡的时间为5min。
对比例2
本对比例用于说明参比提供的金属板表面脱脂的方法
按照实施例1的方法进行金属板表面的脱脂处理，不同的是，步骤(3)中的电解液为10％的磷酸。
对比例3
本对比例用于说明参比提供的金属板表面脱脂的方法
按照实施例1的方法进行金属板表面的脱脂处理，不同的是，步骤(3)中的电解液为含有500g/L无水乙醇、400gg/L乳酸、88g/L高氯酸以及7.5g/L高氯酸钠的电解液。
测试例1
钛板表面粗糙度、光泽度以及积水情况的感官评价
选取5位本领域的资深人员对实施例1-9以及对比例1-3中所得钛板进行表面粗糙度以及光泽度均一性的评价，以及对冲洗之后的钛板中积水情况的评价。其中，表面粗糙度、光泽度十分均一为5分，较为均一为4分，一般为3分，较不均一为2分，十分不均一为1分。无积水为5分，仔细辨别稍有积水为4分，积水可见为3分，积水很多为2分，积水溢出为1分。最终结果以每组的平均得分计算，结果见表1。
表1
| 粗糙度 | 光泽度 | 积水情况 | |
| 实施例1 | 4.6 | 4.7 | 4.9 |
| 实施例2 | 4.6 | 4.6 | 4.7 |
| 实施例3 | 4.5 | 4.8 | 4.7 |
| 实施例4 | 4.3 | 4.2 | 4.1 |
| 实施例5 | 4.6 | 4.6 | 4.5 |
| 实施例6 | 3.9 | 4.0 | 3.8 |
| 实施例7 | 4.0 | 3.9 | 3.0 |
| 实施例8 | 4.9 | 5.0 | 5.0 |
| 对比例1 | 4.5 | 4.5 | 3.5 |
| 对比例2 | 4.3 | 4.4 | 3.2 |
| 对比例3 | 4.1 | 4.0 | 3.9 |
其中，由于本发明的测试对象为不规整钛板，由实施例7可以看出，采用现有的抛光机正进行抛光处理后，由于抛光机不能够渗入到钛板的死角部位进行处理，因此，最终所得钛板的光泽度均一性较差，并且积水现象也较为严重。
测试例2
按照如下的步骤进行钛板表面抛光情况的评价
第一步：将样品浸入到蒸馏水中，静置2分钟；
第二步：将样品从蒸馏水中取出，旋转90°，观察水膜是否完整，如果水膜完整，且长时间不破裂，证抛光较为成功。记录水膜的完整性以及水膜在1min、5min、10min、20min和30min的破裂情况。结果见表2。
表2
| 水膜是否完整 | 1min | 5min | 10min | 20min | 30min | |
| 实施例1 | 是 | N | N | N | N | N |
| 实施例2 | 是 | N | N | N | N | N |
| 实施例3 | 是 | N | N | N | N | N |
| 实施例4 | 是 | N | N | N | N | Y |
| 实施例5 | 是 | N | N | N | Y | |
| 实施例6 | 是 | N | N | N | Y | |
| 实施例7 | 是 | N | N | Y | ||
| 实施例8 | 是 | N | N | N | N | N |
| 对比例1 | 是 | N | N | N | Y | |
| 对比例2 | 是 | N | N | N | Y | |
| 对比例3 | 是 | N | N | N | Y |
注：其中，N为未破裂，Y为破裂。
测试例3
评价钛板进行阳极氧化所需电压
以钛板为阳极，石墨为阴极，10％H2SO4为电解液，观察得到红色板所需的电压。结果见表3。
表3
| 电压(V) | |
| 实施例1 | 15 |
| 实施例2 | 15 |
| 实施例3 | 15 |
| 实施例4 | 16 |
| 实施例5 | 17 |
| 实施例6 | 17 |
| 实施例7 | 17 |
| 实施例8 | 14 |
| 对比例1 | 19 |
| 对比例2 | 18 |
| 对比例3 | 19 |
通过如上的表1-3可以看出，采用本发明的方法能够解决抛丸处理后容易发生积水的问题，同时兼顾钛板表面的粗糙度、光泽度，并且优选情况下，另外，采用本发明的方法得到的钛板在相同的溶液浓度中，得到同样颜色所用的电压较低，有效地节省了成本。并且，由于本发明的方法能够渗入到金属板的死角处进行抛光，因此，特别适合不规整零部件的处理。
如本申请的图1-3可以看出，采用本发明的技术方案能够有效地去除钛金属板表面的氧化层，在进一步优选脱脂的情况下，所得到的钛板表面的更加平整均一，颜色更加光亮。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。
Claims (8)
1.一种金属板表面的脱脂方法，其特征在于，该方法包括在含有5-15重量％的硫酸的电解液中对所述金属板表面进行电化学抛光处理；
在所述电化学抛光处理前，使用粒度小于或等于1mm的颗粒对金属板进行喷射处理使得金属板表面的粗糙度为1.5-0.8μm，相对于每平方米的金属板，所述喷射的压力为1-4MPa；所述颗粒由3种粒度的颗粒组成，大粒度颗粒的粒度为0.6-0.8mm，中粒度颗粒的粒度为0.2-0.5mm，小粒度颗粒的粒度为0.1-0.15mm；所述大粒度颗粒、中粒度颗粒和小粒度颗粒的比例为1:3-6:0.5-1.2；所述喷射处理的方法包括：先进行大粒度颗粒的喷射处理，再进行中粒度和小粒度的颗粒的喷射处理；
其中，所述金属板为钛板和/或钛合金板。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述电化学抛光处理的时间为120-250s，电压为1-10V，电流密度为0.35-0.65A/cm2。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述电化学抛光处理的时间为150-220s，电压为3-8V，电流密度为0.45-0.55A/cm2。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的方法，其中，在所述电化学抛光处理中，所述金属板为阴极。
5.根据权利要求1-3中任意一项所述的方法，其中，该方法还包括将权利要求1-3中任意一项所述的电化学抛光处理后的金属板进行水洗的步骤。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述水洗至少包括3次水洗的步骤，其中，第一次为喷淋水洗，第二次为浸泡水洗，第三次为喷淋水洗。
7.根据权利要求1-3中任意一项所述的方法，其中，在所述电化学抛光处理前，该方法还包括对所示金属板金属有机溶剂浸泡。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述有机溶剂选自汽油、煤油、甲苯、三氯乙烷、四氯乙烷中的一种或多种。
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