一種降低不銹鋼中鉻析出水平的表面處理方法
【專利摘要】本發明提供了一種降低不銹鋼中Cr析出水平的表面處理方法，在對現有不銹鋼餐具加工流程不作較大改動，同時不用更換材料的前提下，通過控制機械打磨的粗糙度，并采用特定的浸泡溶液進行浸泡、煮沸處理，來降低其重金屬特別是鉻的析出水平，且成本低。本發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。
【專利說明】一種降低不銹鋼中鉻析出水平的表面處理方法 【技術領域】
[〇〇〇1] 本發明涉及不銹鋼表面處理技術，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】
[0002] 隨著生活水平的日益提高，人們對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，再到現代木器、 陶器、塑料等等，在滿足人們功能性需求的同時，對其方便性、美觀性、實用性也提出了更高 的要求。不銹鋼問世以后，因其表面光亮，給人以潔凈的感覺，且具有良好的耐腐蝕性、高強 度、質地堅硬等優點，逐漸成為餐具制品的優良原材料。
[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 不銹鋼或者處理、使用不當，不銹鋼中的微量金屬元素會慢慢析出、污染食物，從而在人體 內慢慢累積，當累積的數量達到某一限度時，就會危害人體健康。隨著醫學界就環境中的 微量金屬元素對人體健康影響的深入研究，現已證實了許多金屬元素如鉻、鎳、鑰、鉛、砷、 鎘等及其化合物對人體健康有著不同性質和程度的危害。以Cr為例，雖然其為人體必需 元素，但過多的Cr攝入也會危害人體健康，美國相關機構就建議成人每天的Cr攝入量為 50-200 μ g，世界衛生組織（WHO)規定飲用水中Cr含量的上限為50 μ g/L。
[0004] 目前，國內外都有關于不銹鋼餐具重金屬析出限量的標準或者法律、法規，如：國 內新版的不銹鋼食具容器衛生標準GB9684-2011就規定了不銹鋼餐具的Cr、Ni、Pb、Cd、As 析出限量；德國LFGB是德國食品衛生管理方面最重要的基本法律文件，是其它專項食品衛 生法律、法規制定的準則和核心，其中第30和31條明確規定了餐具類食品接觸器皿所必需 通過的重金屬析出檢測項目；意大利的Ministerial Decree of21Marchl973 (Italy)對金 屬元素的總遷移量和單個元素的析出量也有明確規定；歐盟關于兒童用餐具還有專門的法 律：EN14372:2004Child use care articles---Cutlery and feeding utensils---Safety requirements and tests。國內不少不銹鋼餐具出口時就因重金屬離子析出超標而引起退 貨。
[0005] 特別要指出的是，一些不銹鋼餐具廠家為降低成本，贏得訂單，獲取利潤，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險。如果能在不提高材料成本的 前提下，通過控制不銹鋼的后續加工、處理過程來降低其重金屬析出水平，必將繼續促進不 銹鋼在餐具制品行業中的應用，提高人們的健康生活水平。
[0006] 關于不銹鋼后處理的專利很多，特別是關于不銹鋼的表面處理，內容涉及光亮處 理、美觀處理、硬化處理、耐指紋處理、特殊行業應用等等，但就降低不銹鋼重金屬析出水平 方面，還沒有專門的表面處理方法。
[0007] 目前，不銹鋼餐具的加工過程為：機械落料一加工成型一機械打磨一除油清洗一 漂洗、烘干包裝。其中機械打磨的目的是消除機械加工過程中所產生的表面缺陷，使表面平 整、光滑，得到合適的餐具外觀。除油清洗則是為了消除機械加工過程中所使用的油脂類污 物，使表面干凈、光潔。還沒有降低不銹鋼餐具重金屬析出水平的特殊加工處理方法。當企 業遇到餐具重金屬析出超標時，一般就是更換材料，這樣不但增加了材料成本，當遇到更嚴 格的標準時，還需重新更換材料，給加工工藝也帶來了麻煩。
【發明內容】

[0008] 本發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，在對現 有不銹鋼餐具加工流程不作較大改動，同時不用更換材料的前提下，通過控制后續的表面 加工、處理過程，來降低其重金屬特別是鉻的析出水平。
[0009] 為了實現上述目的，本發明采用如下的技術方案：
[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)機械打磨：將不銹鋼采用由粗到細的砂紙依次打磨，然后采用棉布輪進行拋光 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；
[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，以達到強制鈍化、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：將經過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] 本發明機械打磨過程的砂紙可以選用150#、400#、800#、1200#的砂紙由粗到細依 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，但表面狀態也對其鈍化膜的形成 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。本發明首先控制機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 成創造基礎條件。理論上粗糙度越小越好，但要得到低于0. 01 μ m的粗糙度會大幅度增加 打磨、拋光的難度，并提高成本。
[0024] 本發明采用的浸泡溶液中各成份的主要作用如下：
[0025] 硝酸：強氧化劑，氧化不銹鋼基體形成鈍化膜；同時也是強腐蝕劑，含量過高容易 侵蝕不銹鋼基體；
[0026] 鉻酸鹽：高價位的鉻酸根離子具有強氧化性，可以氧化不銹鋼基體形成氧化膜，同 時自身被還原補充氧化膜；但含量過高容易使不銹鋼表面發黑；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，同時起到清 洗表面的作用；
[0028] 碳酸鈉：主要起到化學除油污的作用；
[0029] 咪唑啉：作為緩蝕劑，減緩硝酸對不銹鋼基體的侵蝕，防止過腐蝕發生；
[0030] 鑰酸銨：少量添加，起到光亮不銹鋼表面的作用。
[0031] 因此，不銹鋼餐具的整個加工過程變為：機械落料一加工成型一物理打磨：按本 發明要求控制打磨過程，使最終表面粗糙度在0. 01?0. 05 μ m范圍一浸泡處理：按本發明 提供的方法浸泡一煮沸處理：按本發明提供的方法煮沸處理一漂洗、烘干、包裝即可。
[0032] 經過上述各過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] 與現有技術相比，本發明的優點在于：
[〇〇34] 本發明在原有不銹鋼餐具加工流程的基礎上，通過控制機械打磨的粗糙度，并采 用特定的浸泡溶液進行浸泡、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] 本發明的降低不銹鋼鉻析出水平的表面處理方法，實用、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 企業對材料成本的嚴格控制，不銹鋼餐具的安全性越來越引起人們的重視，其必將促進不 銹鋼在餐具行業的應用，提升人們的健康生活水平。 【具體實施方式】
[0036] 下面結合具體實施例對本發明的技術方案進一步詳細描述。
[0037] 以下各實施例與各對比例中的不銹鋼材料為餐具行業中常用的低Cr系不銹鋼 410s ;重金屬析出測試采用GB9684-2011中規定的方法：不銹鋼試樣在體積分數為4%乙酸 的水溶液中煮沸〇. 5h，在室溫浸泡24h，溶液量按2ml/cm2來確定，浸泡液在電感耦合等離 子光譜儀上測定金屬濃度，其中GB9684-2011中規定的Cr析出限量為0. 4mg/dm2。
[0038] 實施例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，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砂紙進行打磨，最后采 用棉布輪進行拋光處理，整個過程保證杯體內外表面的粗糙度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，用氫氧化鈉調節溶液的pH值為4. 0 ;浸泡 完成后將杯子取出，再放入質量分數為2%濃度的硅酸鈉溶液煮沸7min ;最后將杯子用清水 漂洗、熱風吹干。上述過程的工藝參數如表1所示。
[0040] 重金屬Cr析出量評價：將上述處理好的杯子放入226ml體積分數為4%的乙酸水 溶液中煮沸30min，再室溫浸泡24h，整個過程要防止溶液大量揮發；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規定限量0. 4mg/dm2以內，表明該不銹鋼制品 的金屬Cr析出量對人體安全。
[0041] 實施例1獲得的經過表面處理后的不銹鋼，其表面粗糙度如表1所示。
[0042] 實施例2?15的不銹鋼處理過程和評價方法與實施例1 一致，其各處理步驟的具 體工藝參數、經過表面處理后的不銹鋼的Cr析出量評價和表面粗糙度影響如表1所示。
[0043] 從實施例1?15和對比例1?8中可以看出：按本發明的降低不銹鋼鉻析出水平 的表面處理方法進行表面處理過的不銹鋼制品，其Cr析出水平均在國標限量范圍以內，對 人體安全，且對樣品表面的影響小，參見實施例1?15中經過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(對比例1?2)，或者粗糙 度沒有控制在本發明要求范圍內（對比例2?6)、僅作浸泡處理等沒有嚴格按照本發明方 法處理的不銹鋼制品（對比例7?8)，其Cr析出水平都超出了國標限量，有的甚至超出很 多，使用對比例1?8的不銹鋼一旦接觸食物，將對人體健康存在安全隱患。
[0044] 因此，采用本發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足相關衛生安全標準，遠則可以提升人們的健康生活水平，具 有良好的經濟、社會效益。
[0045] 表 1
[0046]
【權利要求】
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) 機械打磨：將不銹鋼采用由粗到細的砂紙依次打磨，然后采用棉布輪進行拋光處 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； (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：將經過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】C23C22/82GK104060256SQ201310093643
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2013年3月21日 優先權日:2013年3月21日
【發明者】王如萌, 張鑫, 駱素珍, 江來珠 申請人:寶鋼不銹鋼有限公司