[发明专利]钢材的电解除锈方法及其除锈产物

说明书

技术领域

本发明是关于一种钢材的电解除锈方法，特别是指一种将水溶液状态的电解处理剂维持于适当的酸碱度(pH值)，在电解过程中，使钢材的生锈部或电解所产生的金属离子化合物形成沉淀物并加以移除的方法。

背景技术

钢材的生产过程所包括的退火、淬火、焊接、锻造及热处理过程，会使钢材表面产生一层不期望的生锈部位（生锈部），其为黑色氧化物质，即是一般所称的「锈皮」。不锈钢表面的锈皮成分包括NIO₂、Cr₂O₃、FeO·Cr₂O₃、FeO·Cr₂O₃·3Fe₂O₃等致密的尖晶石型氧化物，与钢材结合得相当牢固。高合金钢含有更高比例的镍和铬元素，其锈皮与钢材间的结合更为紧密。锈皮的存在不仅影响钢铁表面品质，同时会对后续的加工效果及成品品质产生不良影响，因此必须去除。

目前，如碳钢、不锈钢及高合金钢等钢材一般采用酸洗方法去除锈皮，利用酸将不锈钢表面的锈皮溶解，使锈皮与钢材分离。具体的作法是在60至75℃环境下，以硝酸(HNO₃)及氢氟酸(HF)的混合物作为酸洗液，进行酸洗约15至30分钟。

然而，酸洗液所含的氢氟酸为管制品，酸洗后锈皮落入酸洗液中并逐渐溶解，使得酸洗液因含有高浓度的铁、铬及镍等重金属离子而必须更换。酸洗废液需进行特殊处理将重金属离子去除，但即使是经处理后的酸洗废液仍无法再使用；目前是采用酸碱中和法使酸洗废液中含金属离子的污泥沉降，分离并固化干燥后再以掩埋法处理，但可供掩埋的区域有限，且势必造成土壤污染。

此外，含硝酸的酸洗液于使用过程中会产生氮氧化物(NO_x)，如一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO₂)。虽然于酸洗液中添加如过氧化氢(H₂O₂)等氧化剂有助于降低硝酸的使用量并减少氮氧化物生成，但仍无法解决酸洗废液所造成的污染问题。

由上述可知，酸洗液本身及其废液对环境及人体健康皆造成重大危害，因此，目前有人以环保绿色技术做为目标，开发降低酸洗液使用量的去除锈皮的方法。例如采用机械除锈或较安全的电解除锈工艺。

一般钢铁机械除锈采用喷砂、研磨或刷磨方式。大部分文献和专利提到钢铁机械除锈的特征分为两步骤。首先利用锈皮不具有延伸性的特点，以机械力将钢铁材料施以少量变形。例如压延、拉伸或扭曲，让锈皮与钢铁基材之间产生位移，减弱锈皮的附着性，再以化学/电化学方式去除残留在钢铁表片的铁粉。

电解除锈的阳极电解可让锈皮中氧化物反应形成易于溶解于电解液中的形态，或溶解氧化锈皮中所包含或锈皮下的金属态物质以便于除锈。电解除锈可分为酸性电解、盐浴电解和中性电解除锈。酸性电解除锈处理较厚且局部分布的锈皮时可以降低针孔腐蚀的问题。盐浴电解除锈效率高且除锈后的底材光亮，但较难操作且成本高。

一般所采用的硫酸钠电解液条件如硫酸钠，或于硫酸钠电解液中添加少量HF、HCl或HNO₃。或电解过程中，先将表面氧化锈皮中Cr₂O₃及(FeCr)₃O₄氧化成溶解性佳的6价铬，锈皮中部份金属成分也会被电解溶出，此时氧化皮生成孔洞，材料表面于电解所产生的气体可以将此松散的锈皮剥离。

电解除锈过程部分钢铁材料会溶解以致电解液中的金属离子浓度升高，以致必须更换电解液，造成废弃电解液处理的问题，尤其是处理含有6价铬的电解液更是一项严重的环保问题。已知的电解液处理及回收的技艺包括结晶法、电解法、离子交换法、溶剂萃取法、喷雾干燥法、烘培法或这些方法的组合。以下列出相关专利的简要说明。

欧盟第EP 0931860 A1号专利申请案使用结晶器移除电解液中的金属离子以延长使用寿命。