CN103451707B - 精密焊管表面涂覆纳米陶瓷涂层的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种精密焊管表面涂覆纳米陶瓷涂层的方法，首先以精密焊管为阳极，以电解槽作为阴极；然后在电解槽加入酸性电解液并采用变电流的方式进行微弧氧化处理工艺，最后在焊管表面得到所述涂层；其中，所述酸性电解液为浓度为0.1～0.5mol/L的硫酸、草酸或者磷酸溶液，该酸性电解液的PH值为3～5；并且，所述电解液中还加入1.2～2g/L的Al2O3纳米粉末和20～25g/L的Na2B4O7或Na3B4O4粉末。本发明在精密焊管的表面获得纳米陶瓷涂层，提高了精密焊管的表面硬度、耐磨性和耐蚀性等；并且，在微弧氧化处理工艺过程中，采用循环变电流的方式，制备得到的涂层表面光滑，粗糙度小；本发明的涂层制备技术工艺简单，适于大规模生产。
Description
技术领域
本发明涉及精密焊管加工技术领域，尤其涉及一种精密焊管表面涂覆纳米陶瓷涂层的方法。
背景技术
精密焊管是用带钢经卷曲成型后焊接制成的钢管，生产工艺简单，品种规格多，强度高于无缝钢管。精密焊管是在一般焊管基础上进一步提高的结果，是焊管产品中的精细产品，要求的精度比普通焊管的精度要高，工艺有严格的要求，一般取下差，质量完全达到精密无缝薄壁管的水平，主要应用在化工、纺织、机械、仪表、航空、汽车等各个领域。为了提高精密焊管的表面硬度、耐磨性和耐蚀性等，提高精密焊管的质量，需要对精密焊管的表面进行处理。
陶瓷材料在日常生活、工业生产及国防领域中起着举足轻重的作用，但是，由于传统陶瓷材料质地较脆，韧性、强度较差，因而使其应用受到了很大限制。随着纳米技术的广泛应用，纳米陶瓷随之产生，希望以此来克服传统陶瓷的脆性，使其具有像金属一样的柔韧性和可加工性。所谓纳米陶瓷，是指陶瓷材料的显微结构中，晶粒尺寸、晶界宽度、第二相分布、气孔尺寸、缺陷尺寸都限于100nm以下，是上世纪80年代中期发展起来的新型陶瓷材料。由于纳米陶瓷晶粒的细化，品界数量大幅度增加，可使材料的韧性和塑性大为提高并对材料的电学、热学、磁学、光学等性能产生重要的影响。将纳米陶瓷涂层技术与精密焊管表面处理工艺结合具有广泛的应用前景。纳米陶瓷涂层的制备存在一定的特殊性，目前的制备方法主要有物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)、磁控溅射、激光融覆、热喷涂等方法，这些方法设备昂贵，工艺复杂，生产成本高，因此探索一种适用于精密焊管表面处理的纳米陶瓷涂层工艺是十分有必要的。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术中之不足，提供一种。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种精密焊管表面涂覆纳米陶瓷涂层的方法，该方法为：首先将去除污渍后的精密焊管作为阳极，以电解槽作为阴极；然后在电解槽加入酸性电解液并进行微弧氧化处理工艺，最后在焊管表面得到所述涂层；其中，所述酸性电解液为浓度为0.1～0.5mol/L的硫酸、草酸或者磷酸溶液，该酸性电解液的PH值为3～5；并且，所述电解液中还加入1.2～2g/L的Al2O3纳米粉末和20～25g/L的Na2B4O7或Na3B4O4粉末；其中，微弧氧化处理工艺采用直流电源，电流密度范围是20～40A/dm2，微弧氧化时间为50～80min；并且，微弧氧化处理工艺采用变电流的方式，在微弧氧化时间内，直流电源的电流密度以1～2A/dm2/min的变化速率从所述电流密度范围的最小值到最大值再到最小值循环变化。
优选的，所述Al2O3纳米粉末的粒径为10～50nm。
优选的，所述酸性电解液为浓度为0.3～0.4mol/L的硫酸、草酸或者磷酸溶液。
优选的，所述电解液中加入1.5～1.8g/L的Al2O3纳米粉末和22～24g/L的Na2B4O7或Na3B4O4粉末。
优选的，在微弧氧化处理工艺中，所述电流密度范围是25～35A/dm2，微弧氧化时间为60～70min。
优选的，所述直流电源的电流密度的变化速率为1～1.5A/dm2/min。
优选的，所述Al2O3纳米粉末的粒径为10～50nm；所述酸性电解液为浓度为0.3的磷酸溶液；所述电解液中加入1.8g/L的Al2O3纳米粉末和22g/L的Na2B4O7粉末；其中，在微弧氧化处理工艺中，所述电流密度范围是25～35A/dm2，微弧氧化时间为70min；其中所述直流电源的电流密度的变化速率为1A/dm2/min。
优选的，所述精密焊管为X70、X80、X90或X100管线钢管。
本发明的有益效果是，通过在含有纳米陶瓷材料的酸性电解液中采用微弧氧化处理工艺对精密焊管进行表面处理，在精密焊管的表面获得纳米陶瓷涂层，提高了精密焊管的表面硬度、耐磨性和耐蚀性等，提高精密焊管的质量；并且，在微弧氧化处理工艺过程中，采用循环变电流的方式，制备得到的涂层表面光滑，粗糙度小；本发明的涂层制备技术工艺简单，适于大规模生产。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明实施例中制备纳米陶瓷涂层的工艺流程示意图。
具体实施方式
现在结合具体实施例对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
图1为本实施例提供的精密焊管表面涂覆纳米陶瓷涂层的方法工艺流程示意图，本实施例是以X70管线钢管进行表面涂层处理为例进行说明的，该方法包括步骤：
S101、以X70管线钢管为阳极，以电解槽为阴极；其中，所述X70管线钢管经过了去除油脂和污垢的预处理，所述电解槽为不锈钢电解槽；
S102、在所述电解槽中加入酸性电解液，并在酸性电解液中加入纳米陶瓷材料；其中，所述酸性电解液为浓度为0.3mol/L的磷酸溶液，其PH值为4；所述纳米陶瓷材料为Al2O3纳米粉末和Na2B4O7粉末的混合粉末，所述Al2O3纳米粉末的粒径为10～50nm，所述Al2O3纳米粉末在电解液中的浓度为1.8g/L，所述Na2B4O7粉末在电解液中的浓度为22g/L；
S103、采用变电流的方式对精密焊管进行微弧氧化处理，在精密焊管表面获得纳米陶瓷涂层；其中，在微弧氧化处理工艺中，采用直流电源，其电流密度范围是25～35A/dm2，微弧氧化时间为70min；所述变电流的方式是指在微弧氧化时间内，直流电源的电流密度以一定的变化速率从所述电流密度范围的最小值到最大值再到最小值循环变化，具体的，在本实施例中，在微弧氧化时间为70min内，直流电源的电流密度以1A/dm2/min的变化速率从25A/dm2到35A/dm2再到25A/dm2循环变化。
按照以上方法在X70管线钢管表面制备得到的纳米陶瓷涂层表面光滑，粗糙度小，提高了X70管线钢管的表面硬度、耐磨性和耐蚀性。
实施例2
与实施例1不同的是，本实施例是以X80管线钢管进行表面涂层处理为例进行说明的。在本实施例中，所述酸性电解液为浓度为0.1mol/L的硫酸溶液，其PH值为5；所述纳米陶瓷材料为Al2O3纳米粉末和Na3B4O4粉末的混合粉末，所述Al2O3纳米粉末的粒径为10～50nm，所述Al2O3纳米粉末在电解液中的浓度为1.2g/L，所述Na2B4O7粉末在电解液中的浓度为20g/L；在微弧氧化处理工艺中，电流密度范围是20～30A/dm2，微弧氧化时间为80min；直流电源的电流密度以1.5A/dm2/min的变化速率循环变化。
按照以上方法在X80管线钢管表面制备得到的纳米陶瓷涂层表面光滑，粗糙度小，提高了X70管线钢管的表面硬度、耐磨性和耐蚀性。
实施例3
与实施例1不同的是，本实施例是以X100管线钢管进行表面涂层处理为例进行说明的。在本实施例中，所述酸性电解液为浓度为0.5mol/L的草酸溶液，其PH值为5；所述纳米陶瓷材料为Al2O3纳米粉末和Na3B4O4粉末的混合粉末，所述Al2O3纳米粉末的粒径为10～50nm，所述Al2O3纳米粉末在电解液中的浓度为2g/L，所述Na2B4O7粉末在电解液中的浓度为25g/L；在微弧氧化处理工艺中，电流密度范围是25～40A/dm2，微弧氧化时间为60min；直流电源的电流密度以2A/dm2/min的变化速率循环变化。
按照以上方法在X100管线钢管表面制备得到的纳米陶瓷涂层表面光滑，粗糙度小，提高了X100管线钢管的表面硬度、耐磨性和耐蚀性。
以上实施例仅仅是作为例子对本发明作具体的说明，本案的申请人经过大量的实验表明，在本发明提供的精密焊管表面涂覆纳米陶瓷涂层的方法中，所述酸性电解液选择为浓度为0.3～0.4mol/L的硫酸、草酸或者磷酸溶液；所述纳米陶瓷材料选择为1.5～1.8g/L的Al2O3纳米粉末和22～24g/L的Na2B4O7或Na3B4O4粉末；在微弧氧化处理工艺中，所述电流密度范围选择为25～35A/dm2，微弧氧化时间选择为60～70min；所述直流电源的电流密度的变化速率选择为1～1.5A/dm2/min具有更好的涂层效果。
综合以上，本发明通过在含有纳米陶瓷材料的酸性电解液中采用微弧氧化处理工艺对精密焊管进行表面处理，在精密焊管的表面获得纳米陶瓷涂层，提高了精密焊管的表面硬度、耐磨性和耐蚀性等，提高精密焊管的质量；并且，在微弧氧化处理工艺过程中，采用循环变电流的方式，制备得到的涂层表面光滑，粗糙度小；本发明的涂层制备技术工艺简单，适于大规模生产。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (8)
1.一种精密焊管表面涂覆纳米陶瓷涂层的方法，其特征在于，首先将去除污渍后的精密焊管作为阳极，以电解槽作为阴极；然后在电解槽加入酸性电解液并进行微弧氧化处理工艺，最后在焊管表面得到所述涂层；其中，所述酸性电解液为浓度为0.1～0.5mol/L的硫酸、草酸或者磷酸溶液，该酸性电解液的pH值为3～5；并且，所述电解液中还加入1.2～2g/L的Al2O3纳米粉末和20～25g/L的Na2B4O7粉末；其中，微弧氧化处理工艺采用直流电源，电流密度范围是20～40A/dm2，微弧氧化时间为50～80min；并且，微弧氧化处理工艺采用变电流的方式，在微弧氧化时间内，直流电源的电流密度以1～2A/dm2/min的变化速率从所述电流密度范围的最小值到最大值再到最小值循环变化。
2.根据权利要求1所述的精密焊管表面涂覆纳米陶瓷涂层的方法，其特征在于，所述Al2O3纳米粉末的粒径为10～50nm。
3.根据权利要求1所述的精密焊管表面涂覆纳米陶瓷涂层的方法，其特征在于，所述酸性电解液为浓度为0.3～0.4mol/L的硫酸、草酸或者磷酸溶液。
4.根据权利要求1所述的精密焊管表面涂覆纳米陶瓷涂层的方法，其特征在于，所述电解液中加入1.5～1.8g/L的Al2O3纳米粉末和22～24g/L的Na2B4O7粉末。
5.根据权利要求1所述的精密焊管表面涂覆纳米陶瓷涂层的方法，其特征在于，在微弧氧化处理工艺中，所述电流密度范围是25～35A/dm2，微弧氧化时间为60～70min。
6.根据权利要求1所述的精密焊管表面涂覆纳米陶瓷涂层的方法，其特征在于，所述直流电源的电流密度的变化速率为1～1.5A/dm2/min。
7.根据权利要求1所述的精密焊管表面涂覆纳米陶瓷涂层的方法，其特征在于，所述Al2O3纳米粉末的粒径为10～50nm；所述酸性电解液为浓度为0.3mol/L的磷酸溶液；所述电解液中加入1.8g/L的Al2O3纳米粉末和22g/L的Na2B4O7粉末；其中，在微弧氧化处理工艺中，所述电流密度范围是25～35A/dm2，微弧氧化时间为70min；其中所述直流电源的电流密度的变化速率为1A/dm2/min。
8.根据权利要求1-7任一所述的精密焊管表面涂覆纳米陶瓷涂层的方法，其特征在于，所述精密焊管为X70、X80、X90或X100管线钢管。
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