CN109208058A - 一种提高17-4ph材料防腐蚀性能的表面处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种提高17‑4PH材料防腐蚀性能的表面处理方法,属于金属表面处理技术领域。所述的表面处理方法包括以下步骤:先在电抛光液中进行电解抛光处理,再在氧化液中进行化学氧化处理,所述电解抛光处理的工艺参数为:电压:10V~12V,温度:60℃~85℃,时间:1min~2min;所述化学氧化处理的工艺参数为:温度:50℃~90℃,时间:10min~30min。经过上述表面处理,耐腐蚀性能显著提高,17‑4PH材料的螺钉经盐雾试验1000h后,表面状态良好,呈亮黑色,未出现肉眼可见的腐蚀现象,该螺钉可用于海洋环境工作的设备。
Description
技术领域
本发明涉及一种提高17-4PH材料防腐蚀性能的表面处理方法,属于金属表面处理技术领域。
背景技术
相比于普通的碳钢,不锈钢中由于加入了铬、镍等元素使其具备了一定的防锈性能;但是,各牌号不锈钢由于添加金属元素的种类、含量不同,防锈性能也各不相同。17-4PH(国内名称:0Cr17Ni4Cu4Nb)合金是铜、铌/钶构成的沉淀、淬水、硬化、马氏体不锈钢,通过处理加工可以满足高硬度和强防腐的要求。现主要用于海上平台、航空航天、核废物桶等领域,具有较高的力学强度和良好的经济性,用于海洋环境产品时,产品可能随着锈蚀愈发严重而失效,长期使用不及时更换,存在相当大的安全隐患。
中国专利(申请公布号CN103962809A公开了一种17-4PH螺钉的制造方法,包括备料、数车、镦制、磨辊丝坯径、热处理、酸洗、滚丝、机械抛光,即可得到成品的17-4PH螺钉,所述的酸洗为酸性洗液去除表面氧化层,优选用少量盐酸和少量硝酸进行酸洗,然后硝酸进行表面钝化。该方法制备的螺钉具有一定的硬度和防腐性能,但仍不能满足更高的防腐蚀需求。
目前,17-4PH不锈钢螺钉的表面处理工艺流程为:喷砂→冷水洗→化学除油→热水洗→冷水洗→酸洗→冷水洗→钝化→冷水洗→热水洗→干燥→检验合格入库,其中酸洗所用的试剂:盐酸130g/L-200g/L,硫酸40g/L-60g/L,酸洗时间10min-20min,钝化试剂:硝酸70g/L-110g/L,钝化时间90min-120min。而采用这种传统加工方法的产品经96h中性盐雾试验(3.5%NaCl溶液)后,表面肉眼可见锈蚀痕迹,其耐腐蚀性能有待进一步提高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种提高17-4PH材料防腐蚀性能的表面处理方法,解决现有产品的耐腐蚀性能不理想的问题。
为了解决上述技术问题,本发明的技术方案是:
一种提高17-4PH材料防腐蚀性能的表面处理方法,包括以下步骤:先在电抛光液中进行电解抛光处理,再在氧化液中进行化学氧化处理,所述电解抛光处理的工艺参数为:电压:10V~12V,温度:60℃~85℃,时间:1min~2min;所述化学氧化处理的工艺参数为:温度:50℃~90℃,时间:10min~30min。
所述的表面处理方法可用于17-4PH不锈钢材料表面处理,尤其是17-4PH不锈钢螺钉、螺栓、螺母等的表面处理,本发明以螺钉为例来进行说明。
所述的提高17-4PH材料防腐蚀性能的表面处理方法中,所述的电解抛光液的配方为:硫酸:200g/L~400g/L,磷酸:800g/L~1200g/L,铬酐:45g/L~100g/L,溶剂为水。为了提高电抛光的平整度,对电抛光液做进一步的优化,优化的电解抛光液的配方为:硫酸:250g/L~350g/L,磷酸:900g/L~1000g/L,铬酐:60g/L~80g/L,溶剂为水。
所述的提高17-4PH材料防腐蚀性能的表面处理方法中,所述的氧化液的配方为:硫酸:400g/L~600g/L,铬酐:200g/L~300g/L溶剂为水。进一步的,所述的氧化液的配方为:硫酸:450g/L~550g/L,铬酐:250g/L~300g/L,溶剂为水。
所述的提高17-4PH材料防腐蚀性能的表面处理方法中,还包括化学除油、酸洗等步骤,化学除油的目的是去除零件表面的机械加工用油及杂质,酸洗的目的是使金属露出新鲜表面。
所述的化学除油所用的除油剂的配方为:氢氧化钠60g/L~80g/L,碳酸钠20g/L~40g/L,磷酸钠20g/L~40g/L,硅酸钠3g/L~10g/L,溶剂为水。为了获得较好的化学除油效率,需要在一定的温度下进行除油,本发明的化学除油的步骤优选为在70℃~90℃的除油剂中除油10min~15min。
所述的酸洗的酸洗液的配方为:盐酸130g/L-200g/L,硫酸40g/L-60g/L,溶剂为水。所述的酸洗为在酸洗液中浸泡:10min~20min,酸洗的目的是使金属露出新鲜表面。
本发明中在17-4PH不锈钢材料表面处理过程中化学氧化转化膜的制备原理是:当17-4PH材料零件浸入一定温度的转化膜溶液中时,零件表面发生电化学反应,金属(M)铬、镍、铁等在阳极区放出电子变成金属离子(M2+),反应方程式如下:
阳极区:M→M2++2e(M代表Cr、Ni、Fe等)
在阴极区含六价铬的铬酸接受电子变成三价铬(Cr3+),反应式如下:
阴极区:HCrO4 -+7H++3e→Cr3++4H2O
在溶液中浸渍一段时间后,在金属与溶液界面上金属离子(M2+)和Cr3+浓度达到临界值,并超过了富铬的尖晶石氧化物溶解度,由于水解反应而形成转化膜,反应式如下:
p M2++q Cr3++r H2O→MpCrqOr+2r H+
当转化膜一旦形成,阳极反应和阴极反应立即分离,此时阳极反应仍在转化膜的孔底部,即不锈钢的表面进行,阴极反应在转化膜的表面进行,反应完成后就形成了转化膜层。
本发明与现有技术相比,在于用“电解抛光和化学氧化工艺”替代原有工艺中的“机械抛光工艺和钝化工艺”,经前期试验发现,其表面状态明显优于吹砂表面产品,良好的表面状态对产品的抗腐蚀性帮助较大,另外,化学氧化转化膜的改进可以在螺钉的表面形成了一层致密的氧化膜,使螺钉的抗腐蚀性能获得了显著的提升,盐雾试验(3.5%NaCl溶液)1000h后,表面仍为光亮的黑色,无肉眼可见的锈蚀,外观质量好,该螺钉可用于海洋环境工作的设备。
附图说明
图1为实施例处理过的螺钉经过盐雾试验的照片;
图2为对比例处理过的螺钉经过盐雾试验的照片。
具体实施方式
实施例1
一种提高17-4PH不锈钢螺钉防腐蚀性能的表面处理方法,包括以下工艺步骤:化学除油→热水洗→冷水洗→电解抛光→冷水洗→酸洗→冷水洗→化学氧化→冷水洗→纯水洗→干燥→检验。具体工艺步骤如下:
将17-4PH不锈钢螺钉在温度为70℃除油剂中处理10min进行化学除油以除去螺钉表面的机械加工用油及杂质,所述的除油剂的配方为:氢氧化钠75g/L,碳酸钠25g/L,磷酸钠35g/L,硅酸钠8g/L,溶剂为水;然后分别用热水清洗和冷水清洗以清除螺钉表面残留的除油剂;之后将螺钉在电抛光液进行电解抛光,所述的电抛光液的配方为:硫酸:350g/L,磷酸:1000g/L,铬酐:60g/L,溶剂为水,电解抛光的工艺参数为:电压:12V,温度:85℃,时间:1min;用冷水洗,去除螺钉表面残留的电抛光液;将螺钉在酸液中酸洗10min,使螺钉露出新鲜的表面,所述的酸液的配方为:盐酸130g/L,硫酸40g/L,溶剂为水;用冷水洗,去除螺钉表面残留的酸液;再将螺钉在温度为90℃的氧化液中氧化处理25min,所述的氧化液的配方为:硫酸:450g/L,铬酐:200g/L,溶剂为水;分别用冷水和纯水清洗螺钉表面的氧化液,之后在60℃条件下干燥60min,检验合格入库。
实施例2
一种提高17-4PH不锈钢螺钉防腐蚀性能的表面处理方法,包括以下工艺步骤:化学除油→热水洗→冷水洗→电解抛光→冷水洗→酸洗→冷水洗→化学氧化→冷水洗→纯水洗→干燥→检验。具体工艺步骤如下:
将17-4PH不锈钢螺钉在温度为90℃除油剂中处理15min进行化学除油以除去螺钉表面的机械加工用油及杂质,所述的除油剂的配方为:氢氧化钠70g/L,碳酸钠35g/L,磷酸钠30g/L,硅酸钠5g/L,溶剂为水;然后分别用热水清洗和冷水清洗以清除螺钉表面残留的除油剂;之后将螺钉在电抛光液中进行电解抛光,所述的电抛光液的配方为:硫酸:200g/L,磷酸:800g/L,铬酐:45g/L,溶剂为水,电解抛光的工艺参数为:电压:10V,温度:80℃,时间:1.5min;用冷水洗,去除螺钉表面残留的电抛光液;将螺钉在酸液中酸洗15min,使螺钉露出新鲜的表面,所述的酸液的配方为:盐酸200g/L,硫酸50g/L,溶剂为水;用冷水洗,去除螺钉表面残留的酸液;再将螺钉在温度为90℃的氧化液中氧化处理25min,所述的氧化液的配方为:硫酸:550g/L,铬酐:250g/L,溶剂为水;分别用冷水和纯水清洗螺钉表面的氧化液,之后在70℃条件下干燥90min,检验合格入库。
实施例3
一种提高17-4PH不锈钢螺钉防腐蚀性能的表面处理方法,包括以下工艺步骤:化学除油→热水洗→冷水洗→电解抛光→冷水洗→酸洗→冷水洗→化学氧化→冷水洗→纯水洗→干燥→检验。具体工艺步骤如下:
将17-4PH不锈钢螺钉在温度为85℃除油剂中处理12min进行化学除油以除去螺钉表面的机械加工用油及杂质,所述的除油剂的配方为:氢氧化钠60g/L,碳酸钠40g/L,磷酸钠20g/L,硅酸钠10g/L,溶剂为水;然后分别用热水清洗和冷水清洗以清除螺钉表面残留的除油剂;之后将螺钉在电抛光液进行电解抛光,所述的电抛光液的配方为:硫酸:250g/L,磷酸1200g/L,铬酐:80g/L,溶剂为水,电解抛光的工艺参数为:电压:11V,温度:75℃,时间:2.0min;用冷水洗,去除螺钉表面残留的电抛光液;将螺钉在酸液中酸洗20min,使螺钉露出新鲜的表面,所述的酸液的配方为:盐酸150g/L,硫酸60g/L,溶剂为水;用冷水洗,去除螺钉表面残留的酸液;再将螺钉在温度为90℃的氧化液中氧化处理25min,所述的氧化液的配方为:硫酸:400g/L,铬酐:300g/L,溶剂为水;分别用冷水和纯水清洗螺钉表面的氧化液,之后在80℃条件下干燥70min,检验合格入库。
实施例4
一种提高17-4PH不锈钢螺钉防腐蚀性能的表面处理方法,包括以下工艺步骤:化学除油→热水洗→冷水洗→电解抛光→冷水洗→酸洗→冷水洗→化学氧化→冷水洗→纯水洗→干燥→检验。具体工艺步骤如下:
将17-4PH不锈钢螺钉在温度为80℃除油剂中处理13min进行化学除油以除去螺钉表面的机械加工用油及杂质,所述的除油剂的配方为:氢氧化钠80g/L,碳酸钠20g/L,磷酸钠40g/L,硅酸钠3g/L,溶剂为水;然后分别用热水清洗和冷水清洗以清除螺钉表面残留的除油剂;之后将螺钉在电抛光液进行电解抛光,所述的电抛光液的配方为:硫酸:400g/L,磷酸:900g/L,铬酐:100g/L,溶剂为水,电解抛光的工艺参数为:电压:12V,温度:70℃,时间:1.2min;用冷水洗,去除螺钉表面残留的电抛光液;将螺钉在酸液中酸洗12min,使螺钉露出新鲜的表面,所述的酸液的配方为:盐酸180g/L,硫酸45g/L,溶剂为水;用冷水洗,去除螺钉表面残留的酸液;再将螺钉在温度为90℃的氧化液中氧化处理25min,所述的氧化液的配方为:硫酸:600g/L,铬酐:280g/L,溶剂为水;分别用冷水和纯水清洗螺钉表面的氧化液,之后在50℃条件下干燥80min,检验合格入库。
对比例
目前,常用的17-4PH不锈钢螺钉的表面处理工艺流程为:喷砂→冷水洗→化学除油→热水洗→冷水洗→酸洗→冷水洗→钝化→冷水洗→热水洗→干燥→检验合格入库。
实验例
将经过实施例1~4表面处理的不锈钢螺钉和经对比例处理过的不锈钢螺钉分别放入3.5%NaCl溶液,进行盐雾试验,观察不锈钢螺钉表面的锈蚀情况。
实验结果如下:实施例1~4处理的过的螺钉经过盐雾试验1000h后,其表面状态良好,如图1所示,为光亮的黑色,无肉眼可见的锈蚀现象,而对比例的螺钉经过盐雾试验96h后,其表面出现肉眼可见的腐蚀斑块,如图2所示,其抗腐蚀性能至少提高10倍以上。
Claims (10)
1.一种提高17-4PH材料防腐蚀性能的表面处理方法,其特征在于,包括以下步骤:先在电抛光液中进行电解抛光处理,再在氧化液中进行化学氧化处理,所述电解抛光处理的工艺参数为:电压:10V~12V,温度:60℃~85℃,时间:1min~2min;所述化学氧化处理的工艺参数为:温度:50℃~90℃,时间:10min~30min。
2.根据权利要求1所述的表面处理方法,其特征在于,所述的电解抛光液的配方为:硫酸:200g/L~400g/L,磷酸:800g/L~1200g/L,铬酐:45g/L~100g/L,溶剂为水。
3.根据权利要求2所述的表面处理方法,其特征在于,所述的电解抛光液的配方为:硫酸:250g/L~350g/L,磷酸:900g/L~1000g/L,铬酐:60g/L~80g/L。
4.根据权利要求1所述的表面处理方法,其特征在于,所述的氧化液的配方为:硫酸:400g/L~600g/L,铬酐:200g/L~300g/L,溶剂为水。
5.根据权利要求4所述的表面处理方法,其特征在于,所述的氧化液的配方为:硫酸:450g/L~550g/L,铬酐:250g/L~300g/L,溶剂为水。
6.根据权利要求1所述的表面处理方法,其特征在于,还包括化学除油、酸洗的步骤。
7.根据权利要求6所述的表面处理方法,其特征在于,所述的化学除油的除油剂的配方为:氢氧化钠60g/L~80g/L,碳酸钠20g/L~40g/L,磷酸钠20g/L~40g/L,硅酸钠3g/L~10g/L。
8.根据权利要求7所述的表面处理方法,其特征在于,所述的化学除油的工艺参数为:温度70℃~90℃,时间为10min~15min。
9.根据权利要求6所述的表面处理方法,其特征在于,所述的酸洗的酸洗液的配方为:盐酸130g/L-200g/L,硫酸40g/L-60g/L。
10.根据权利要求9所述的表面处理方法,其特征在于,所述的酸洗的时间为10min~20min。
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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