一种不锈钢无缝管的表面处理剂及其处理方法

技术领域

本发明属于金属表面处理领域，具体涉及一种不锈钢无缝管的表面处理剂及其处理方法。

背景技术

由于不锈钢具有较好的耐腐蚀性，不锈钢管在包括食品、医药、生物等在内的多个国民经济领域中具有广泛的应用。不锈钢无缝管是一种具有中空截面、周边没有接缝的长条钢材。该产品的壁厚越厚，它就越具有经济性和实用性，壁厚越薄，它的加工成本就会大幅度的上升。该产品的工艺决定它的局限性能，一般无缝钢管精度低：壁厚不均匀、管内外表光亮度低、定尺成本高，且内外表还有麻点、黑点不易去除。一般对不锈钢制品的表面粗糙度要求极高，需进行充分的抛光处理。

近年来，随着人们对食品安全问题的不断重视，食品医药制造业中用于传送食品药品的不锈钢管的食品安全风险也受到越来越多的关注，当不锈钢管在使用中迁移出的重金属超过限量时，有可能危害人体健康。不锈钢管中重金属的迁移主要就是在化学或电化学反应的腐蚀作用下发生的，尤其是在不锈钢无缝管的表面麻点或黑点等缺陷处最容易发生电化学腐蚀，从而导致重金属物质的释放。我国行业标准QB/T 2467-2017《食品工业用不锈钢管》对不锈钢管的表面粗糙度和卫生要求做出了明确规定，不锈钢管的Ra需不大于1.0μm，表面粗糙度越低，内流液体介质滞留就越少，也越有利于冲洗，耐腐能力将大大提高。因此，为了同时满足不锈钢管的表面物理特性和食品药品安全要求，提高不锈钢管的耐腐蚀性和表面光洁度，对不锈钢管进行抛光和钝化的表面处理工艺就显得尤为重要。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种不锈钢无缝管的表面处理剂及其处理方法。为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

一种不锈钢无缝管的表面处理剂，由下列质量百分比的原料混合而成：腐蚀酸20-45%、氧化剂 5-15%、缓蚀剂3-5%、表面活性剂0.5-1%、其余为水。

优选地，所述腐蚀酸为85wt%磷酸和75wt%硫酸的混合物，二者的质量比为1：1；

优选地，所述氧化剂为硝酸铁、过硫酸钾和双氧水的混合物，三者的质量比为1：1-3：3-5；

优选地，所述缓蚀剂为1,2,4-三唑与2-巯基苯并咪唑的混合物，二者的质量比为1：3-5；

优选地，所述表面活性剂为十二烷基二甲基苄基氯化铵和磺基丁二酸二己酯钠盐的混合物，二者的质量比为1：3-5。

本发明还提供了上述的一种不锈钢无缝管的表面处理剂的制备方法，包括以下步骤：

（1）按原料配比组成，将磷酸、硫酸酸混合得到腐蚀酸，将腐蚀酸缓慢加入水中搅拌均匀；

（2）按原料配比组成，将硝酸铁、过硫酸钾和双氧水依次加入水溶液中，充分搅拌使其完溶解；

（3）按原料配比组成，将1,2,4-三唑与2-巯基苯并咪唑依次加入水溶液中，充分搅拌使其完溶解；

（4）按原料配比组成，将十二烷基二甲基苄基氯化铵和磺基丁二酸二己酯钠盐依次加入水溶液中，充分搅拌使其完溶解。

本发明的不锈钢无缝管的表面处理剂的使用方法如下：

（1）将表面处理剂加热至 30-50℃ ；

（2）将不锈钢无缝管完全浸入抛光液中，轻微抖动或者空气搅拌，10~30s后取出；

（3）将取出的不锈钢无缝管用流动水清洗干净并干燥即可。

本发明的不锈钢无缝管表面处理剂的腐蚀酸采用磷酸和硫酸的混合酸，通过酸洗将不锈钢表面的铁及铁的氧化物优先于铬和铬的氧化物被溶解，去掉了贫铬层，使不锈钢表面富铬。由于不锈钢表面粗糙度大的凸出处、不平整处、氧化物黑点等缺陷的化学活性高，缺陷部位溶解速度高于不锈钢表面的其他部位，从而将不锈钢表面不平整的凸出部分和氧化物黑点优先腐蚀掉，最终可使整个表面溶解速度趋于平衡。发明人通过大量的筛选试验发现，选择氧化剂为硝酸铁、过硫酸钾和双氧水的混合物，三者的质量比为1：1-3：3-5，在三种特定氧化剂协同钝化作用下，不锈钢表面上可以进一步生成一层无色透明的致密钝化膜；选择缓蚀剂为1,2,4-三唑与2-巯基苯并咪唑的混合物，二者的质量比为1：3-5，可以协同防止在抛光过程中出现过腐蚀现象或出现点蚀；选择表面活性剂为十二烷基二甲基苄基氯化铵和磺基丁二酸二己酯钠盐的混合物，二者的质量比为1：3-5，可以调节表面处理剂的粘度使得不锈钢表面被均匀腐蚀、均匀形成钝化膜，从而获得超光滑不锈钢表面。

本发明的不锈钢无缝管表面处理剂在不锈钢表面生成的钝化膜的耐腐蚀性能好，可以有效防止不锈钢表面重金属元素的迁移，提高其在食品医药行业生产应用中的安全性。同时，本发明不锈钢无缝管表面处理剂具有突出的整平效果，可以大大降低不锈钢无缝管的表面粗糙度，从根本上解决了不锈钢无缝管内表面的挂料、粘壁问题，有利于不锈钢无缝管的内表面清洗，使得管内输送介质无残留，从而耐腐能力大大提高。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明作进一步描述。

实施例1：

一种不锈钢无缝管的表面处理剂，由下列质量百分比的原料混合而成：腐蚀酸40%、氧化剂 10%、缓蚀剂5%、表面活性剂1%、其余为水；所述腐蚀酸为85wt%磷酸和75wt%硫酸的混合物，二者的质量比为1：1；所述氧化剂为硝酸铁、过硫酸钾和30wt%双氧水的混合物，三者的质量比为1：2：5；所述缓蚀剂为1,2,4-三唑与2-巯基苯并咪唑的混合物，二者的质量比为1：3；所述表面活性剂为十二烷基二甲基苄基氯化铵和磺基丁二酸二己酯钠盐的混合物，二者的质量比为1：5。

上述不锈钢无缝管的表面处理剂的制备方法，包括以下步骤：(1) 按原料配比组成，将磷酸、硫酸酸混合得到腐蚀酸，将腐蚀酸缓慢加入水中搅拌均匀；(2) 按原料配比组成，将硝酸铁、过硫酸钾和双氧水依次加入水溶液中，充分搅拌使其完溶解；(3) 按原料配比组成，将1,2,4-三唑与2-巯基苯并咪唑依次加入水溶液中，充分搅拌使其完溶解；

(4) 按原料配比组成，将十二烷基二甲基苄基氯化铵和磺基丁二酸二己酯钠盐依次加入水溶液中，充分搅拌使其完溶解。

对比例1：

对比例1与实施例1的不同之处在于，氧化剂为高锰酸钾、过硫酸钾和30wt%双氧水的混合物，三者的质量比为1：2：5。

对比例2：

对比例2与实施例1的不同之处在于，氧化剂为硝酸钠、过硫酸铵和30wt%双氧水的混合物，三者的质量比为1：2：5。

对比例3：

对比例3与实施例1的不同之处在于，氧化剂为硝酸铁、过硫酸钾的混合物，二者的质量比为1：2。

对比例4：

对比例4与实施例1的不同之处在于，氧化剂为过硫酸钾和30wt%双氧水的混合物，二者的质量比为2：5。

对比例5：

对比例5与实施例1的不同之处在于，氧化剂为硝酸铁和30wt%双氧水的混合物，二者的质量比为1：5。

对比例6：

对比例6与实施例1的不同之处在于，氧化剂为硝酸铁、过硫酸钾和30wt%双氧水的混合物，三者的质量比为1：1：1。

对比例7：

对比例7与实施例1的不同之处在于，缓蚀剂为苯并三氮唑与2-巯基苯并咪唑的混合物，二者的质量比为1：3。

对比例8：

对比例8与实施例1的不同之处在于，缓蚀剂为1,2,4-三唑与苯并三氮唑的混合物，二者的质量比为1：3。

对比例9：

对比例9与实施例1的不同之处在于，缓蚀剂为1,2,4-三唑。

对比例10：

对比例10与实施例1的不同之处在于，缓蚀剂为2-巯基苯并咪唑。

对比例11：

对比例11与实施例1的不同之处在于，缓蚀剂为1,2,4-三唑与2-巯基苯并咪唑的混合物，二者的质量比为1：1。

对比例12：

对比例12与实施例1的不同之处在于，表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠和磺基琥珀酸-1,4-二戊酯钠盐的混合物，二者的质量比为1：5。

对比例13：

对比例13与实施例1的不同之处在于，表面活性剂为十二烷基二甲基苄基氯化铵。

对比例14：

对比例14与实施例1的不同之处在于，表面活性剂为磺基丁二酸二己酯钠盐。

对比例15：

对比例15与实施例1的不同之处在于，表面活性剂为十二烷基二甲基苄基氯化铵和磺基丁二酸二己酯钠盐的混合物，二者的质量比为1：1。

采用外径尺寸50mm、厚度4mm、长度100mm的同一批次304不锈钢无缝管，表面粗糙度Ra为3.40μm，对本发明实施例1与对比例1-15的表面处理剂对不锈钢进行酸洗钝化性能的对比试验，每个试验组处理3根。处理方法为：将表面处理剂加热至50℃，将不锈钢无缝管完全浸入处理液中，轻微抖动20s后取出，用流动水清洗干净并干燥即可。

按照GB/T 1031-2009《产品几何技术规范（GPS）表面结构 轮廓法 表面粗糙度参数及其数值》测试不锈钢无缝管表面处理后的表面粗糙度Ra（μm），每组取三根的平均值，测试结果如表1所示。

表1

从以上试验结果可以看出，304不锈钢无缝管经过本发明实施例1的表面处理剂处理后，表面粗糙度降低到0.12μm，符合行业标准QB/T 2467-2017《食品工业用不锈钢管》对不锈钢管的表面粗糙度Ra不大于1.0μm的要求。通过对比例1-15试验结果，可知本发明通过选择特定质量配比的硝酸铁、过硫酸钾和30wt%双氧水的混合物作为氧化剂，特定质量配比的1,2,4-三唑与2-巯基苯并咪唑的混合物作为缓蚀剂，特定质量配比的十二烷基二甲基苄基氯化铵和磺基丁二酸二己酯钠盐的混合物作为表面活性剂进行配合，才能达到最佳的酸洗钝化效果，最大程度地降低不锈钢无缝管表面粗糙度、提高表面光洁度，从根本上解决了不锈钢无缝管内表面的挂料、粘壁问题，有利于不锈钢无缝管的内表面清洗，使得管内输送介质无残留，从而耐腐能力大大提高。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明的实施范围。即凡依本发明申请专利范围的内容所作的等效变化与修饰，只要不偏离或超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。