CN109208058B - 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

一种提高17-4PH材料防腐蚀性能的表面处理方法
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 (8)

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：先在电解 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：10 V~12 V，温度：60 ℃~85 ℃，时间：1 min~2 min，所述的电解抛光液的配方为：硫酸：200 g/L~400 g/L，磷酸：800 g/L~1200 g/L，铬酐：45 g/L~100 g/L，溶剂为水；所述化学氧化处理的工艺参数为：温度：50 ℃~90 ℃，时间：10 min ~30 min，所述的氧化液的配方为：硫酸：400 g/L ~600 g/L，铬酐：200 g/L ~300 g/L，溶剂为水。
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：250 g/L~350 g/L，磷酸：900 g/L~1000 g/L，铬酐：60 g/L~80 g/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，所述的氧化液的配方为：硫酸：450 g/L ~550 g/L，铬酐：250 g/L ~300 g/L，溶剂为水。
4.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。
5.根据权利要求4所述的表面处理方法，其特征在于，所述的化学除油的除油剂的配方为：氢氧化钠60 g/L～80 g/L，碳酸钠20 g/L～40 g/L，磷酸钠20 g/L～40 g/L，硅酸钠3g/L～10 g/L。
6.根据权利要求5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10 min~15 min。
7.根据权利要求6所述的表面处理方法，其特征在于，所述的酸洗的酸洗液的配方为：盐酸130 g/L-200 g/L，硫酸40 g/L-60 g/L。
8.根据权利要求7所述的表面处理方法，其特征在于，所述的酸洗的时间为10 min ~20min。
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