CN103255409A - 一种基于纳米技术在低碳钢表面制备不锈钢涂层的方法 - Google Patents

一种基于纳米技术在低碳钢表面制备不锈钢涂层的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN103255409A
CN103255409A CN2013101735250A CN201310173525A CN103255409A CN 103255409 A CN103255409 A CN 103255409A CN 2013101735250 A CN2013101735250 A CN 2013101735250A CN 201310173525 A CN201310173525 A CN 201310173525A CN 103255409 A CN103255409 A CN 103255409A
Authority
CN
China
Prior art keywords
powder
stainless steel
nanometer
carbon steel
low carbon
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN2013101735250A
Other languages
English (en)
Inventor
钟庆东
郁利彬
钟齐军
周琼宇
勒霞文
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
University of Shanghai for Science and Technology
Original Assignee
University of Shanghai for Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by University of Shanghai for Science and Technology filed Critical University of Shanghai for Science and Technology
Priority to CN2013101735250A priority Critical patent/CN103255409A/zh
Publication of CN103255409A publication Critical patent/CN103255409A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)

Abstract

本发明涉及基于纳米技术在低碳钢表面制备不锈钢涂层的方法，综合了金属涂层的表面处理技术、纳米制备方法及钢板表面合金化等热点研究领域。通过机械研磨法制备纳米Fe2O3-Cr-Ni2O3粉体，在氩气环境中将制得的纳米粉体均匀地喷涂于处理好的低碳钢表面，并在全H2气氛下进行热处理。在高温H2气氛下，纳米Fe2O3和纳米Ni2O3被H2还原生成具有较高的活性的Fe、Ni原子。它们与纳米Cr发生反应在金属表面生成新Fe-Cr-Ni相，即为不锈钢涂层。运用纳米技术得到的不锈钢涂层致密度和均匀性都很高，显著提高了低碳钢的耐腐蚀性能。本发明得到的这种特殊材料既具有低碳钢的强度又具备了不锈钢的耐腐蚀性能，这有效解决了低碳钢在使用过程中因大量被腐蚀而导致材料失效的问题。

Description

一种基于纳米技术在低碳钢表面制备不锈钢涂层的方法
技术领域
本发明涉及一种基于纳米技术在低碳钢表面制备不锈钢涂层的方法，属于纳米技术及金属表面处理技术领域。
背景技术
纳米技术是近年来发展起来的材料改性的新方法。自20世纪80年代提出纳米技术的概念，现已广泛应用于纳米材料的制备以及材料的改性。大约在20世纪90年代就有人开始利用纳米技术对金属表面改性，然而当时只是在其表面制备了一些TiO2、Al2O3和SiO2单一涂层，并对它们的应用进行了广泛的研究，结果被证实这些涂层具有良好的抗高温、耐腐蚀的能力，但是仍然具有一定的局限性，主要表现在氧化物薄膜连续性和致密性不够，材料的耐腐蚀性能也较差，且热稳定性不足。为了提高这些性能，人们就开始了多组分薄膜的制备，甚至在金属表面利用粉末冶金技术进行表面合金化。纳米科学是20世纪80年代末诞生并正在迅猛发展的前沿性、交叉性的高科技新兴学科领域。纳米尺寸的金属颗粒由于具有小尺寸效应、量子尺子效应、表面效应和宏观量子隧道效应等特殊的性质，因而具有不同于相应块体材料的光学、电磁学及化学性能，与常规材料相比，它在材料科学、信息科学、催化及生命科学等领域具有无可比拟的优越性，在实际应用和理论上都具有极大的研究价值。此外，随着技术的不断发展，纳米粉体及纳米薄膜的制备、研究及应用也越来越广泛。
金属表面合金化就是利用各种手段在金属表面生成一种成分、性能不同于基体金属的合金层，使得材料的硬度、耐磨性、耐腐蚀性能和抗高温氧化性能提高，这是一种重要的提高金属机械性能的方法。
基于前人的研究成果，本发明综合了纳米制备方法、金属涂层的表面处理技术及钢板表面合金化等热点研究领域。通过机械研磨法和超声处理等技术相结合制备纳米Fe2O3-Cr-Ni2O3粉体，在氩气环境中将制得的纳米粉体均匀地喷涂于处理好的低碳钢表面，并在管式电阻炉中全H2气氛下进行热处理。在高温H2还原气氛下，纳米Fe2O3和纳米Ni2O3被H2还原生成具有较高的活性的Fe原子和Ni原子。它们部分与纳米Cr发生反应在金属表面生成新Fe-Cr-Ni相，即为不锈钢涂层。运用纳米技术得到的不锈钢涂层致密度和均匀性都很高，显著提高了低碳钢的耐腐蚀性能，甚至优于一般的不锈钢；而另一部分被还原出的Fe原子、Ni原子溶入基体中，增强了不锈钢涂层与基体的结合力，从而对低碳钢表面进行了改性。
发明内容
针对现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提出一种基于纳米技术在低碳钢表面制备不锈钢涂层的方法，是一种纳米粉末在该高温H2气氛下热处理获得结构致密均匀、耐腐蚀性强的不锈钢涂层的制备方法。既保证了材料具有低碳钢的强度又保证材料具备了不锈钢的耐腐蚀性能，这有效解决了低碳钢在使用过程中因大量被腐蚀而导致材料失效的问题。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于纳米技术在低碳钢表面制备不锈钢涂层的方法，具有以下的制备过程和步骤：
a.将低碳钢板欲处理的工作面经金相砂纸打磨，然后用无水乙醇、丙酮和去离子水依次超声清洗，干燥后备用；
b.纳米粉体的制备：将市售Cr粉与分析纯Fe2O3粉末、分析纯Ni2O3粉末按一定摩尔比均匀混合后放入真空球磨罐中，加入一定量的无水乙醇控制一定的液固比，球磨罐内采用氩气保护，用高能球磨机球磨18小时；制备工艺参数如下：
Cr粉2~3g；Fe2O3粉末10~12g；Ni2O3粉末1~2g；乙醇：粉体的质量比为80：15；
球磨后将溶液真空干燥，得到纳米Fe2O3-Cr-Ni2O3粉体；
c.在氩气环境中将制得的纳米Fe2O3-Cr-Ni2O3粉体均匀地喷涂于处理好的低碳钢表面，自然干燥后，在管式电阻炉中全H2气氛下进行热处理，其工艺参数如下：
热处理温度：800℃~1200℃；
升温梯度：10℃/min；
热处理时间：2h~6h；
升温梯度：随炉冷却；
H2气流量：180mL/min。
与现有技术相比，本发明具有如下的突出的实质性特点和显著的优点：
本发明基于纳米技术在低碳钢表面制备不锈钢涂层，在高温H2还原气氛下，纳米Fe2O3和纳米Ni2O3被H2还原生成具有较高的活性的Fe原子和Ni原子。它们部分与纳米Cr发生反应在金属表面生成新Fe-Cr-Ni相，即为不锈钢涂层，该不锈钢涂层致密度和均匀性都很高，显著提高了低碳钢的耐腐蚀性能，甚至优于一般的不锈钢；而另一部分被还原出的Fe原子、Ni原子溶入基体中，增强了不锈钢涂层与基体的结合力，从而对低碳钢表面进行了改性。制得的这种特殊材料既具有低碳钢的强度又具备了不锈钢的耐腐蚀性能，这有效解决了低碳钢在使用过程中因大量被腐蚀而导致材料失效的问题。
具体实施方式
本发明的具体实施例叙述于下：
实施例1
取低碳钢板10×10×1.6mm若干片，将其工作面用金相砂纸打磨，经无水乙醇、丙酮和去离子水依次清洗数分钟后，干燥，放置于干燥箱中备用。
在无水乙醇介质中，加入Cr粉2g、Fe2O3粉末10g、Ni2O3粉末1g，调整液固比为80：15，配料完成后装入真空罐中，注入氩气，在高能球磨机上球磨18h，制得纳米Fe2O3-Cr-Ni2O3粉体。超声分散10min后均匀喷涂到低碳钢板工作表面，真空干燥，然后于管式电阻炉中全H2气氛下进行热处理，其热处理工艺参数为：温度为800℃，升温速率为10℃/min，保温时间为2h，降温梯度为炉冷。H2气流量为180mL/min。
将表面获得不锈钢涂层的低碳钢进行力学性能及耐蚀性测试。
实施例2
按照实施例1的方法制备冷轧低碳钢板样品。
在无水乙醇介质中，加入Cr粉3g、Fe2O3粉末12g、Ni2O3粉末2g，调整液固比为80：15，配料完成后装入真空罐中，注入氩气，在高能球磨机上球磨18h，制得纳米Fe2O3-Cr-Ni2O3粉体。超声分散10min后均匀喷涂到低碳钢板工作表面，真空干燥，然后于管式电阻炉中全H2气氛下进行热处理，其热处理工艺参数为：温度为800℃，升温速率为10℃/min，保温时间为2h，降温梯度为炉冷。H2气流量为180mL/min。
将表面获得不锈钢涂层的低碳钢进行力学性能及耐蚀性测试。
实施例3
按照实施例1的方法制备冷轧低碳钢板样品。
在无水乙醇介质中，加入Cr粉2g、Fe2O3粉末10g、Ni2O3粉末1g，调整液固比为80：15，配料完成后装入真空罐中，注入氩气，在高能球磨机上球磨18h，制得纳米Fe2O3-Cr-Ni2O3粉体。超声分散10min后均匀喷涂到低碳钢板工作表面，真空干燥，然后于管式电阻炉中全H2气氛下进行热处理，其热处理工艺参数为：温度为1200℃，升温速率为10℃/min，保温时间为2h，降温梯度为炉冷。H2气流量为180mL/min。
将表面获得不锈钢涂层的低碳钢进行力学性能及耐蚀性测试。
实施例4
按照实施例1的方法制备冷轧低碳钢板样品。
在无水乙醇介质中，加入Cr粉3g、Fe2O3粉末12g、Ni2O3粉末2g，调整液固比为80：15，配料完成后装入真空罐中，注入氩气，在高能球磨机上球磨18h，制得纳米Fe2O3-Cr-Ni2O3粉体。超声分散10min后均匀喷涂到低碳钢板工作表面，真空干燥，然后于管式电阻炉中全H2气氛下进行热处理，其热处理工艺参数为：温度为1200℃，升温速率为10℃/min，保温时间为6h，降温梯度为炉冷。H2气流量为180mL/min。
将表面获得不锈钢涂层的低碳钢进行力学性能及耐蚀性测试。
实施例5
按照实施例1的方法制备冷轧低碳钢板样品。
在无水乙醇介质中，加入Cr粉2.2g、Fe2O3粉末11.2g、Ni2O3粉末1.6g，调整液固比为80：15，配料完成后装入真空罐中，注入氩气，在高能球磨机上球磨18h，制得纳米Fe2O3-Cr-Ni2O3粉体。超声分散10min后均匀喷涂到低碳钢板工作表面，真空干燥，然后于管式电阻炉中全H2气氛下进行热处理，其热处理工艺参数为：温度为800℃，升温速率为10℃/min，保温时间为2h，降温梯度为炉冷。H2气流量为180mL/min。
将表面获得不锈钢涂层的低碳钢进行力学性能及耐蚀性测试。
实施例6
按照实施例1的方法制备冷轧低碳钢板样品。
在无水乙醇介质中，加入Cr粉2.2g、Fe2O3粉末11.2g、Ni2O3粉末1.6g，调整液固比为80：15，配料完成后装入真空罐中，注入氩气，在高能球磨机上球磨18h，制得纳米Fe2O3-Cr-Ni2O3粉体。超声分散10min后均匀喷涂到低碳钢板工作表面，真空干燥，然后于管式电阻炉中全H2气氛下进行热处理，其热处理工艺参数为：温度为1200℃，升温速率为10℃/min，保温时间为6h，降温梯度为炉冷。H2气流量为180mL/min。
将表面获得不锈钢涂层的低碳钢进行力学性能及耐蚀性测试。
对不锈钢涂层进行电学性能测试，结果列于表1中。
Figure 321285DEST_PATH_IMAGE001
实例证明利用本发明技术制备的不锈钢涂层，具有很高的耐腐蚀性能和较高的硬度，且与基体有较好的结合力，适合于工业化生产和应用。

Claims (1)

1.一种基于纳米技术在低碳钢表面制备不锈钢涂层的方法，其特征在于，具有以下的制备过程和步骤：
a.将低碳钢板欲处理的工作面经金相砂纸打磨，然后用无水乙醇、丙酮和去离子水依次超声清洗，干燥后备用；
b.纳米粉体的制备：将市售Cr粉与分析纯Fe2O3粉末、分析纯Ni2O3粉末按一定摩尔比均匀混合后放入真空球磨罐中，加入一定量的无水乙醇控制一定的液固比，球磨罐内采用氩气保护，用高能球磨机球磨18小时；制备工艺参数如下：
Cr粉2~3g；Fe2O3粉末10~12g；Ni2O3粉末1~2g；乙醇：粉体的质量比为80：15；
球磨后将溶液真空干燥，得到纳米Fe2O3-Cr-Ni2O3粉体；
c.在氩气环境中将制得的纳米Fe2O3-Cr-Ni2O3粉体均匀地喷涂于处理好的低碳钢表面，自然干燥后，在管式电阻炉中全H2气氛下进行热处理，其工艺参数如下：
热处理温度：800℃~1200℃；
升温梯度：10℃/min；
热处理时间：2h~6h；
升温梯度：随炉冷却；
H2气流量：180mL/min。
CN2013101735250A 2013-05-13 2013-05-13 一种基于纳米技术在低碳钢表面制备不锈钢涂层的方法 Pending CN103255409A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2013101735250A CN103255409A (zh) 2013-05-13 2013-05-13 一种基于纳米技术在低碳钢表面制备不锈钢涂层的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2013101735250A CN103255409A (zh) 2013-05-13 2013-05-13 一种基于纳米技术在低碳钢表面制备不锈钢涂层的方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN103255409A true CN103255409A (zh) 2013-08-21

Family

ID=48959607

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2013101735250A Pending CN103255409A (zh) 2013-05-13 2013-05-13 一种基于纳米技术在低碳钢表面制备不锈钢涂层的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN103255409A (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103590033A (zh) * 2013-11-11 2014-02-19 上海大学 基于纳米技术在低碳钢表面制备Ni-Cr-Mo镀层的方法
CN103590030A (zh) * 2013-11-11 2014-02-19 上海大学 基于纳米技术在低碳钢表面制备Ni-Cr合金涂层的方法
CN103590032A (zh) * 2013-11-11 2014-02-19 上海大学 基于纳米技术在低碳钢表面制备Ni-Cr-Al涂层的方法
CN106048503A (zh) * 2016-07-10 2016-10-26 上海大学 等离子喷涂法在殷瓦钢表面制备纳米复合涂层的方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3294498A (en) * 1963-09-24 1966-12-27 Du Pont Cr-fe diffusion coating ferrous metal substrate
US3868277A (en) * 1973-01-30 1975-02-25 Cockerill Method of producing a steel product having an oxidation-resistant coating
CN101966591A (zh) * 2010-09-09 2011-02-09 东北大学 高氮不锈钢粉末的一步操作生产法
WO2011127283A1 (en) * 2010-04-09 2011-10-13 The Regents Of The University Of California Method of making electrochemical device with porous metal layer
CN102260856A (zh) * 2011-07-26 2011-11-30 中微半导体设备(上海)有限公司 抗刻蚀层、半导体处理装置及制作方法
CN102321862A (zh) * 2011-08-31 2012-01-18 上海大学 基于纳米技术在低碳钢板表面制备硼铁合金化处理方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3294498A (en) * 1963-09-24 1966-12-27 Du Pont Cr-fe diffusion coating ferrous metal substrate
US3868277A (en) * 1973-01-30 1975-02-25 Cockerill Method of producing a steel product having an oxidation-resistant coating
WO2011127283A1 (en) * 2010-04-09 2011-10-13 The Regents Of The University Of California Method of making electrochemical device with porous metal layer
CN101966591A (zh) * 2010-09-09 2011-02-09 东北大学 高氮不锈钢粉末的一步操作生产法
CN102260856A (zh) * 2011-07-26 2011-11-30 中微半导体设备(上海)有限公司 抗刻蚀层、半导体处理装置及制作方法
CN102321862A (zh) * 2011-08-31 2012-01-18 上海大学 基于纳米技术在低碳钢板表面制备硼铁合金化处理方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
马正青等: "Fe-Ni-Cr合金镀层耐蚀性能研究", 《腐蚀与防护》, vol. 22, no. 10, 31 October 2001 (2001-10-31) *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103590033A (zh) * 2013-11-11 2014-02-19 上海大学 基于纳米技术在低碳钢表面制备Ni-Cr-Mo镀层的方法
CN103590030A (zh) * 2013-11-11 2014-02-19 上海大学 基于纳米技术在低碳钢表面制备Ni-Cr合金涂层的方法
CN103590032A (zh) * 2013-11-11 2014-02-19 上海大学 基于纳米技术在低碳钢表面制备Ni-Cr-Al涂层的方法
CN106048503A (zh) * 2016-07-10 2016-10-26 上海大学 等离子喷涂法在殷瓦钢表面制备纳米复合涂层的方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Zhang et al. Effects of CeO2 on microstructure and corrosion resistance of TiC-VC reinforced Fe-based laser cladding layers
Zhang et al. Role of Cr in the high-temperature oxidation behavior of CrxMnFeNi high-entropy alloys at 800° C in air
CN102962447B (zh) 一种碳化钛金属陶瓷粉末及激光熔覆该粉末的方法
CN111850544A (zh) 一种高熵合金涂层及其制备方法
CN103866319A (zh) 锆合金表面制备镍基耐热耐磨涂层的激光熔覆方法
Tang et al. High emissivity coatings on titanium alloy prepared by micro-arc oxidation for high temperature application
Bai et al. Thermo-physical properties of boron carbide reinforced copper composites fabricated by electroless deposition process
CN103255409A (zh) 一种基于纳米技术在低碳钢表面制备不锈钢涂层的方法
Yu et al. Fabrication and optical emission spectroscopy of enhanced corrosion-resistant CPEO films on Q235 low carbon steel
Sharma et al. Microwave processing of sprayed alumina composite for enhanced performance
Tang et al. Corrosion characteristics of Fe3Si intermetallic coatings prepared by molten salt infiltration in sulfuric acid solution
CN106048519A (zh) 一种聚变堆氚增殖包层用Fe‑Al/Al2O3 阻氚涂层及其制备方法
CN105442034A (zh) 一种改变锆合金表面织构的方法
CN103590033A (zh) 基于纳米技术在低碳钢表面制备Ni-Cr-Mo镀层的方法
CN103469185A (zh) 锆合金基体表面碳化硅涂层材料的制备方法
Yin et al. In-situ oxidation of aluminized stainless-steel to form alumina as tritium permeation barrier coating
Yang et al. Preparation of Er2O3 coating on a low activation martensitic steel substrate via the route of sol–gel
Chi et al. Effect of post-spray annealing on the microstructure and corrosion resistance of nano-(Ti, V) N coatings
CN103590032A (zh) 基于纳米技术在低碳钢表面制备Ni-Cr-Al涂层的方法
Wang et al. Optimizing cathodic electrodeposition parameters of ceria coating to enhance the oxidation resistance of a Cr2O3-forming alloy
CN103590030A (zh) 基于纳米技术在低碳钢表面制备Ni-Cr合金涂层的方法
CN106064241A (zh) 一种内径可控泡沫金属的制备方法
CN109023228A (zh) 合金化Fe3Si渗层提高2Cr13不锈钢耐磨、抗蚀综合性能的熔盐非电解制备方法
Sammaiah et al. Analysis of Al2O3 nano particles and its deposition on steel by cold spray process
CN104087775B (zh) 一种b改性tc4钛合金的制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20130821