CN111378942A - 金属表面的防腐蚀处理工艺、金属工件、电加热管及电热水器 - Google Patents

金属表面的防腐蚀处理工艺、金属工件、电加热管及电热水器 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种金属表面的防腐蚀处理工艺、金属工件、电加热管及电热水器，该金属表面的防腐蚀处理工艺包括以下步骤：S20、对待处理工件通过沉积方式进行镀钛，以在工件的表面形成钛化合物薄膜；S30、在高温环境下，将所述钛化合物薄膜内的钛元素渗入工件内，以在所述钛化合物薄膜与工件表面之间形成钛合金层。本发明技术方案可显著提高金属工件的抗腐蚀性能。

Description

金属表面的防腐蚀处理工艺、金属工件、电加热管及电热水器
技术领域
本发明涉及金属表面处理技术领域，特别涉及一种金属表面的防腐蚀处理工艺、金属工件、电加热管及电热水器。
背景技术
据有关报道披露，我国每年因金属腐蚀造成的损失占国民生产总值的2％～4％，钢铁因腐蚀而报废的数量约占钢铁当年产量的25％～30％。对于长期与液体溶液接触的金属材料而言，由于金属材料本身含有杂质，当液体溶液与金属材料接触时，会发生原电池反应，比较活泼的金属失去电子而被氧化，从而导致电化学腐蚀。这些腐蚀现象严重制约了金属材料的使用寿命。因而，寻求好的金属表面的防腐蚀处理工艺也成为人们所要面临的重要问题之一。
发明内容
本发明的主要目的是提出一种金属表面的防腐蚀处理工艺，旨在提高工件的抗腐蚀性能。
为实现上述目的，本发明提出的金属表面的防腐蚀处理工艺，包括以下步骤：
S20、对待处理工件通过沉积方式进行镀钛，以在工件的表面形成钛化合物薄膜；
S30、在高温环境下，将所述钛化合物薄膜内的钛元素渗入工件内，以在所述钛化合物薄膜与工件表面之间形成钛合金层。
优选地，在所述S20步骤之前，所述金属表面的防腐蚀处理工艺还包括以下步骤：
S10、对工件进行喷砂或抛光处理，然后对工件进行超声清洗并干燥。
优选地，所述沉积方式为物理气相沉积方式。
优选地，所述物理气相沉积方式为真空蒸镀方式、磁控溅射镀膜方式或多弧离子镀方式。
优选地，当所述物理气相沉积为磁控溅射镀膜方式时，所述S20步骤包括以下步骤：
S210、控制真空溅射镀膜机的真空室的真空度和温度分别处于第一预设真空阈值和第一预设温度，对真空室内的工件进行辉光清洗；
S211、向真空室内通入保护气体，并对工件进行沉积镀钛膜；
S212、向真空室内通入反应气体，以在工件表面沉积形成钛化合物薄膜。
优选地，当所述物理气相沉积方式为多弧离子镀方式时，所述S20包括以下步骤：
S220、控制真空离子镀膜机的真空室的真空度和温度分别处于第一预设真空阈值和第一预设温度，对真空室内的工件进行辉光清洗；
S221、对工件进行弧光离子轰击清洗；
S222、向真空室内通入保护气体，并对工件进行沉积镀钛膜；
S223、向真空室内通入反应气体，以在工件表面沉积形成钛化合物薄膜。
优选地，所述保护气体为氩气。
优选地，所述反应气体为氮气，所述钛化合物薄膜为氮化钛所形成的；和/或
所述反应气体为氧气，所述钛化合物薄膜为氧化钛所形成的。
优选地，所述S30步骤包括：
将真空室内的温度控制于第二预设温度，并通入反应气体，保温预设时间后，在真空环境下随炉冷却100℃以下进即完成渗钛处理。
本发明还提出一种金属工件，所述金属工件的表面采用金属表面的防腐蚀处理工艺进行防腐蚀处理，以在所述金属工件的表面形成有由外到内依次设置的钛化合物薄膜和钛合金层；
所述金属表面的防腐蚀处理工艺包括以下步骤：
S20、对待处理工件通过沉积方式进行镀钛，以在工件的表面形成钛化合物薄膜；
S30、在高温环境下，将所述钛化合物薄膜内的钛元素渗入工件内，以在所述钛化合物薄膜与工件表面之间形成钛合金层。
优选地，所述钛合金层的厚度值为0.2μm～2μm；和/或
钛化合物薄膜的最小厚度值为0.15μm。
本发明还提出一种电加热管，包括金属套管和位于所述金属套管内的发热元件，所述金属套管是由金属工件所制成的；
所述金属工件的表面采用金属表面的防腐蚀处理工艺进行防腐蚀处理，以在所述金属工件的表面形成有由外到内依次设置的钛化合物薄膜和钛合金层；
所述金属表面的防腐蚀处理工艺包括以下步骤：
S20、对待处理工件通过沉积方式进行镀钛，以在工件的表面形成钛化合物薄膜；
S30、在高温环境下，将所述钛化合物薄膜内的钛元素渗入工件内，以在所述钛化合物薄膜与工件表面之间形成钛合金层。
本发明还提出一种电热水器，包括内胆和电加热管，所述电加热管安装于所述内胆内，所述电加热管包括金属套管和位于所述金属套管内的发热元件，所述金属套管是由金属工件所制成的；
所述金属工件的表面采用金属表面的防腐蚀处理工艺进行防腐蚀处理，以在所述金属工件的表面形成有由外到内依次设置的钛化合物薄膜和钛合金层；
所述金属表面的防腐蚀处理工艺包括以下步骤：
S20、对待处理工件通过沉积方式进行镀钛，以在工件的表面形成钛化合物薄膜；
S30、在高温环境下，将所述钛化合物薄膜内的钛元素渗入工件内，以在所述钛化合物薄膜与工件表面之间形成钛合金层。
本发明技术方案经过防腐蚀处理工艺处理过的工件的最外侧具有一层钛化合物薄膜，该钛化合物薄膜十分致密，不会产生针孔缺陷，其防腐效果更加可靠，从而具有较佳的超强耐腐蚀性能。钛化合物自身具有较高的熔点，进而所形成的钛化合物薄膜具有耐高温、耐高烧的特性；钛化合物的导热系数较高，进而所形成的钛化合物薄膜相对于现有的防腐蚀涂层而言，其导热效果也更佳；钛合金本身也具有钛的金属特性，即钛合金具有较佳的防腐蚀性能。值得说明的是，钛合金的成本远远低于纯钛的成本，进而也可减低工件的加工成本；钛合金层是将钛化合物薄膜内的钛元素渗入工件内所形成的，进而钛化合物薄膜、钛合金以及工件三者结合十分牢固，其防腐蚀结构十分稳定、可靠性高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明金属工件一实施例的结构示意图；
图2为本发明金属表面的防腐蚀处理工艺一较佳实施例的流程图；
图3为本发明金属表面的防腐蚀处理工艺中采用磁控溅射镀膜时的工艺流程图；
图4为本发明金属表面的防腐蚀处理工艺中采用多弧离子镀时的工艺流程图；
图5为本发明电加热管一实施例的内部结构示意图；
图6为图5中A处的局部放大图；
图7为图5中金属套管的层结构示意图。
附图标号说明：
标号 名称 标号 名称
10 金属工件 102 钛合金层
101 钛化合物薄膜 20 电加热管
210 金属套管 230 导热绝缘材料
220 发热元件
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中出现的“和/或”的含义为，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案、或B方案，或A和B同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
本发明提出一种金属表面的防腐蚀处理工艺。
在本发明一实施例中，参照图1至图4，该金属表面的防腐蚀处理工艺包括以下步骤：
S20、对待处理工件通过沉积方式进行镀钛，以在工件的表面形成钛化合物薄膜101；
S30、在高温环境下，将所述钛化合物薄膜101内的钛元素渗入工件内，以在所述钛化合物薄膜101与工件表面之间形成钛合金层102。
具体的，上述工件可以为不锈钢、碳钢、铜或铁等金属制件，其中，对该工件进行沉积镀钛的方式有多种，例如可通过物理气相沉积方式、化学汽相沉积方式等方式在工件的表面形成钛化合物薄膜101。在高温环境下，可通过渗钛工艺将钛化合物薄膜101中的钛元素与工件内的金属元素相结合，从而形成钛合金，即使得钛化合物薄膜101内的钛元素渗入工件内，以在钛化合物薄膜101与工件的表面形成钛合金层102。
对于经过上述防腐蚀处理工艺处理过的工件而言，其最外侧具有一层钛化合物薄膜101，该钛化合物薄膜101十分致密，不会产生针孔缺陷，其防腐效果更加可靠，从而具有较佳的超强耐腐蚀性能。钛化合物自身具有较高的熔点，进而所形成的钛化合物薄膜101具有耐高温、耐高烧的特性。此外，钛化合物的导热系数较高，进而所形成的钛化合物薄膜101相对于现有的防腐蚀涂层而言，其导热效果也更佳。
钛合金本身也具有钛的金属特性，即钛合金具有较佳的防腐蚀性能。值得说明的是，钛合金的成本远远低于纯钛的成本，进而也可减低工件的加工成本。
需要强调的是，与常规通过对工件进行喷涂防腐蚀涂层的方式相比，在本实施例中，由于钛合金层102是将钛化合物薄膜101内的钛元素渗入工件内所形成的，进而钛化合物薄膜101、钛合金以及工件三者结合十分牢固，其防腐蚀结构十分稳定、可靠性高。
进一步地，为了更好地对工件进行防腐蚀处理，本实施例中，在进行上述S20步骤之前，可优选对工件表面进行预处理，以便于在工件表面更好地进行沉积薄膜。其中，该预处理步骤具体为：
S10、对工件进行喷砂或抛光处理，然后对工件进行超声清洗并干燥。
通过进行上述预处理步骤，可对附着在工件表面的杂质进行清洁，并提高工件表面的光洁度，从而更利于在工件表面沉积形成钛化合物薄膜101。
物理气相沉积技术工艺过程简单，对环境友善，无污染、耗材少，成膜均匀致密，与基体的结合力强。因而在本实施例中，钛化合物膜优选采用物理气相沉积方式形成于工件表面。物理气相沉积镀膜方式主要包括三类：真空蒸镀方式、磁控溅射镀膜方式以及多弧离子镀方式。对应地，相应的镀膜设备也就有真空蒸发镀膜机、真空溅射镀膜机和真空离子镀膜机这三种。
在一优选实施例中，参照图3，其所采用磁控溅射镀膜方式进行镀膜处理，即采用真空溅射镀膜机对工件进行镀膜处理，此时，上述S20步骤具体包括以下步骤：
S210、控制磁控溅射设备的真空室的真空度和温度分别处于第一预设真空阈值和第一预设温度，对真空室内的工件进行辉光清洗；
S211、向真空室内通入保护气体，并对工件进行沉积镀钛膜；
S212、向真空室内通入反应气体，以在工件表面沉积形成钛化合物薄膜101。
可以理解的是，将工件放入真空溅射镀膜机的真空室内，并将钛质靶材安装在真空溅射镀膜机上，启动真空溅射镀膜机的抽真空系统，使得真空室内的真空度小于第一预设真空阈值，进而开启真空溅射镀膜机的加热装置，加热装置对真空室进行加热，并将真空室的室内温度控制在第一预设温度内。其中，本实施例中，该第一预设真空阈值优选为1×10-2Pa，第一预设温度优选为50℃～450℃，该钛质靶材的纯度优选在99.9％以上。
在对工件进行辉光清洗时，向真空室内通过纯度为99.9％以上的氩气，并将气压控制在2×10-1Pa～3×10-1Pa之间，开启偏压电源，偏压电源控制在-200V～-700V范围，使气体发生辉光放电，以对金属工件10表面进行辉光清洗，辉光清洗时间为2～20分钟。其中，为了提高兼顾辉光清洗的效率以及辉光清洗的清洁度，本实施例中，该辉光清洗的清洗时间优选控制在5～10分钟。
在对工件进行沉积镀钛膜时，上述保护气体可以氩气、氖气、氙气等一类的惰性气体，其中优选为氩气，从而减少真空溅射镀膜机需要额外在配备其他气源的成本。在上述S211步骤中，优选向真空室通入纯度为99.9％以上的氩气，且气压控制在2×10-1Pa～3×10-1Pa之间，同时开启真空溅射镀膜机的靶材电源，工件偏压控制在-300V～-700V，对工件表面进行沉积镀钛膜，沉积时间为2～20分钟。
上述反应气体可以为氧气或氮气，在上述S212步骤中，向真空室内通入氮气或氧气，其中氮气或氧气的流量控制在1060cm3/S～60cm3/S，气压控制在2×10-1Pa～3×10-1Pa之间，工件偏压控制在-100V～-1500V，开启靶材电源，沉积氮化钛或氧化钛薄膜，薄膜沉积时间为20～100分钟；沉积结束后，迅速关闭靶材电源开关。可以理解的是，当向真空室内通入氧气时，钛膜与氧气发生化学反应，形成氧化钛膜；当向真空室内通入氮气时，钛膜与氮气发生化学反应，形成氮化钛膜。当然，于一些其他实施方式中，也可同时向真空室内通入氧气和氮气，此时，钛膜的钛元素与氧气和氮气分别发生化学反应，从而形成氧化钛和氮化钛，即实现沉积形成钛化合物膜。
进一步地，当采用磁控溅射镀膜方式进行镀膜处理后，对工件可随即进行高温渗钛处理，即上述S30步骤包括：
将真空室内的温度控制于第二预设温度，并通入反应气体，保温预设时间后，在真空环境下随炉冷却100℃以下即完成渗钛处理。
具体的，在本实施例中，该第二预设温度优选为200℃～1000℃，此时，向真空室内通入纯度为99.9％以上的氧气或氮气，保温60～200分钟，在真空环境下随炉冷却至100以下即可。可以理解的是，在该过程中，钛化合物薄膜101经过高温处理，使得钛元素由外向内朝工件内部扩散，进而与工件的金属元素结合形成钛合金。
在另一优选实施例中，参照图4，其所采用多弧离子镀方式进行镀膜处理，即采用真空离子镀膜机对工件进行镀膜处理，此时，上述S20步骤具体包括以下步骤：
S220、控制真空离子镀膜机的真空室的真空度和温度分别处于第一预设真空阈值和第一预设温度，对真空室内的工件进行辉光清洗；
S221、对工件进行弧光离子轰击清洗；
S222、向真空室内通入保护气体，并对工件进行沉积镀钛膜；
S223、向真空室内通入反应气体，以在工件表面沉积形成钛化合物薄膜101。
可以理解的是，将工件放入真空离子镀膜机的真空室内，并将钛质靶材安装在真空离子镀膜机上，启动真空离子镀膜机的抽真空系统，使得真空室内的真空度小于第一预设真空阈值，进而开启真空溅射镀膜机的加热装置，加热装置对真空室进行加热，并将真空室的室内温度控制在第一预设温度内。其中，本实施例中，该第一预设真空阈值优选为1×10-2Pa，第一预设温度优选为50℃～450℃，该钛质靶材的纯度优选在99.9％以上。
在对工件进行辉光清洗时，向真空室内通过纯度为99.9％以上的氩气，并将气压控制在2×10-1Pa～3×10-1Pa之间，开启偏压电源，偏压电源控制在-200V～-700V范围，使气体发生辉光放电，以对金属工件10表面进行辉光清洗，辉光清洗时间为2～20分钟。其中，为了提高兼顾辉光清洗的效率以及辉光清洗的清洁度，本实施例中，该辉光清洗的清洗时间优选控制在5～10分钟。
在本实施例中，对上述工件进行辉光清洗之后，还需要对工件进行弧光离子轰击清洗，其中，在辉光清洗之后，开启真空离子镀膜机的阴极电弧靶，对工件进行弧光离子轰击清洗，此时，工件偏压控制在-200V～-700V，对工件进行弧光离子轰击清洗的清洗时间为1～10分钟。通过对工件进行弧光离子清洗，可进一步清除工件表面的污染物和氧化物，从而更利于后续的镀膜处理。
在对工件进行沉积镀钛膜时，上述保护气体可以氩气、氖气、氙气等一类的惰性气体，其中优选为氩气，从而减少真空溅射镀膜机需要额外在配备其他气源的成本。在上述S211步骤中，优选向真空室通入纯度为99.9％以上的氩气，且气压控制在2×10-1Pa～3×10-1Pa之间，同时开启真空溅射镀膜机的靶材电源，工件偏压控制在-300V～-700V，对工件表面进行沉积镀钛膜，沉积时间为2～20分钟。
上述反应气体可以为氧气或氮气，在上述S223步骤中，向真空室内通入氮气或氧气，其中氮气或氧气的流量控制在1060cm3/S～60cm3/S，气压控制在2×10-1Pa～3×10-1Pa之间，工件偏压控制在-100V～-1500V，开启靶材电源，沉积氮化钛或氧化钛薄膜，薄膜沉积时间为20～100分钟；沉积结束后，迅速关闭靶材电源开关。可以理解的是，当向真空室内通入氧气时，钛膜与氧气发生化学反应，形成氧化钛膜；当向真空室内通入氮气时，钛膜与氮气发生化学反应，形成氮化钛膜。当然，于一些其他实施方式中，也可同时向真空室内通入氧气和氮气，此时，钛膜的钛元素与氧气和氮气分别发生化学反应，从而形成氧化钛和氮化钛，即实现沉积形成钛化合物膜。
进一步地，当采用磁控溅射镀膜方式进行镀膜处理后，对工件可随即进行高温渗钛处理，即上述S30步骤包括：
将真空室内的温度控制于第二预设温度，并通入反应气体，保温预设时间后，在真空环境下随炉冷却100℃以下即完成渗钛处理。
具体的，在本实施例中，该第二预设温度优选为200℃～1000℃，此时，向真空室内通入纯度为99.9％以上的氧气或氮气，保温60～200分钟，在真空环境下随炉冷却至100℃以下即可。可以理解的是，在该过程中，钛化合物薄膜101经过高温处理，使得钛元素由外向内朝工件内部扩散，进而与工件的金属元素结合形成钛合金。
参照图1，本发明还提出一种金属工件10，该金属工件10是由金属表面的防腐蚀处理工艺所制成的，金属工件10的表面具有由外到内依次设置的钛化合物薄膜101和钛合金层102，金属表面的防腐蚀处理工艺的具体步骤参照上述实施例，由于本金属工件10采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。
进一步地，对于上述经过防腐蚀处理工艺处理过的金属工件10而言，其钛化合物薄膜101的最小厚度值有优选为0.15μm，即保证钛化合物薄膜101具有足够的厚度，保证了钛化合物薄膜101具有良好的防腐蚀性、耐干烧以及可靠性，使得钛化合物薄膜101的性能达到最佳；其钛合金层102的厚度值优选为0.2μm～2μm，从而在保证钛合金层102具有较佳的防腐蚀性能的基础上，又能降低产品的制造成本。
上述经过防腐蚀处理工艺处理过的金属工件10可应用于多种场合，例如电热水器的加热套管等。当上述金属工件10为加热套管时，现将工件加工成管状，然后对金属管的外表面采用上述金属表面的防腐蚀处理工艺进行处理，最终制备出具有良好防腐蚀效果、且集导热性好，可靠性高、耐干烧和成本低廉等众多优点于一身的加热套管。
参照图5至图7，本发明还提出一种电加热管20，包括金属套管210和位于所述金属套管210内的发热元件220，该金属套管210是由金属工件10所制成的，该金属工件10的具体结构和制造方法参照上述实施例，由于本电加热管20采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。其中，作为可以理解的是，在金属套管210的制造过程中，对金属工件10进行上述防腐蚀处理工艺之前，先将其制作成管状，然后再进行防腐蚀处理。
可以理解的是，金属套管210的外表面具有由外到内依次设置的钛化合物薄膜101和钛合金层102，在本实施例中，为了提高电加热管20的安全性能，在发热元件220与金属套管210的内壁之间填充有导热绝缘材料230。如此一来，发热元件220与金属套管210之间形成电性隔离，即电加热管20具备水电隔离效果，从而降低了触电风险。
本发明还提出一种电热水器，该电热水器包括内胆和电加热管，电加热管安装于内胆内，该电加热管的具体结构参照上述实施例，由于本电热水器采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (13)

1.一种金属表面的防腐蚀处理工艺，其特征在于，包括以下步骤：
S20、对待处理工件通过沉积方式进行镀钛，以在工件的表面形成钛化合物薄膜；
S30、在高温环境下，将所述钛化合物薄膜内的钛元素渗入工件内，以在所述钛化合物薄膜与工件表面之间形成钛合金层。
2.如权利要求1所述的金属表面的防腐蚀处理工艺，其特征在于，在所述S20步骤之前，所述金属表面的防腐蚀处理工艺还包括以下步骤：
S10、对工件进行喷砂或抛光处理，然后对工件进行超声清洗并干燥。
3.如权利要求1所述的金属表面的防腐蚀处理工艺，其特征在于，所述沉积方式为物理气相沉积方式。
4.如权利要求3所述的金属表面的防腐蚀处理工艺，其特征在于，所述物理气相沉积方式为真空蒸镀方式、磁控溅射镀膜方式或多弧离子镀方式。
5.如权利要求4所述的金属表面的防腐蚀处理工艺，其特征在于，当所述物理气相沉积为磁控溅射镀膜方式时，所述S20步骤包括以下步骤：
S210、控制真空溅射镀膜机的真空室的真空度和温度分别处于第一预设真空阈值和第一预设温度，对真空室内的工件进行辉光清洗；
S211、向真空室内通入保护气体，并对工件进行沉积镀钛膜；
S212、向真空室内通入反应气体，以在工件表面沉积形成钛化合物薄膜。
6.如权利要求4所述的金属表面的防腐蚀处理工艺，其特征在于，当所述物理气相沉积方式为多弧离子镀方式时，所述S20包括以下步骤：
S220、控制真空离子镀膜机的真空室的真空度和温度分别处于第一预设真空阈值和第一预设温度，对真空室内的工件进行辉光清洗；
S221、对工件进行弧光离子轰击清洗；
S222、向真空室内通入保护气体，并对工件进行沉积镀钛膜；
S223、向真空室内通入反应气体，以在工件表面沉积形成钛化合物薄膜。
7.如权利要求5或6所述的金属表面的防腐蚀处理工艺，其特征在于，所述保护气体为氩气。
8.如权利要求5或6所述的金属表面的防腐蚀处理工艺，其特征在于，所述反应气体为氮气，所述钛化合物薄膜为氮化钛所形成的；和/或
所述反应气体为氧气，所述钛化合物薄膜为氧化钛所形成的。
9.如权利要求5或6所述的金属表面的防腐蚀处理工艺，其特征在于，所述S30步骤包括：
将真空室内的温度控制于第二预设温度，并通入反应气体，保温预设时间后，在真空环境下随炉冷却100℃以下进即完成渗钛处理。
10.一种金属工件，其特征在于，所述金属工件的表面采用如权利要求1至9中任意一项所述的金属表面的防腐蚀处理工艺进行防腐蚀处理，以在所述金属工件的表面形成有由外到内依次设置的钛化合物薄膜和钛合金层。
11.如权利要求10所述的金属工件，其特征在于，所述钛合金层的厚度值为0.2μm～2μm；和/或
钛化合物薄膜的最小厚度值为0.15μm。
12.一种电加热管，其特征在于，包括金属套管和位于所述金属套管内的发热元件，所述金属套管是由如权利要求10或11所述的金属工件所制成的。
13.一种电热水器，其特征在于，包括内胆和如权利要求12所述的电加热管，所述电加热管安装于所述内胆内。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN118064855A (zh) * 2024-02-02 2024-05-24 佛山科学技术学院 一种泡沫亚氧化钛复合材料及其制备方法

Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4415421A (en) * 1982-03-05 1983-11-15 Citizen Watch Co., Ltd. Process for manufacturing ornamental parts and ion plating apparatus to be used therefor
CN1645972A (zh) * 2005-01-11 2005-07-27 艾欧史密斯(中国)热水器有限公司 电热水器搪瓷涂层加热管及其制造方法
CN1673407A (zh) * 2005-03-25 2005-09-28 太原理工大学 一种制备氮化钛复合陶瓷的工艺
US20080132061A1 (en) * 2006-11-30 2008-06-05 Macronix International Co., Ltd. Contact barrier layer deposition process
CN101328574A (zh) * 2008-07-23 2008-12-24 太原理工大学 一种高膜基结合强度光催化TiO2薄膜的制备方法
CN201639803U (zh) * 2010-02-03 2010-11-17 宁波帅康热水器有限公司 一种电热管
CN101956165A (zh) * 2010-08-23 2011-01-26 王鹤峰 一种抗菌耐磨不锈钢渗镀层的制备方法
CN103276361A (zh) * 2013-05-09 2013-09-04 中南大学 一种在镁基复合材料表面制备Ti/TiO2或TiN生物相容性膜层的方法
CN103628024A (zh) * 2013-11-15 2014-03-12 桂林电子科技大学 一种在4Cr13不锈钢游标卡尺表面沉积氮化钛薄膜的工艺
CN103710695A (zh) * 2013-12-25 2014-04-09 长春金海硬质涂层有限公司 一种用于金属工件表面碳氮化钛防护涂层的制备方法
CN103805996A (zh) * 2014-01-16 2014-05-21 中国科学院金属研究所 一种金属材料表面先镀膜再渗氮的复合处理方法
CN105386001A (zh) * 2015-12-04 2016-03-09 太原理工大学 一种铍铜合金表面TiN/Ti复合渗层的制备方法

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4415421A (en) * 1982-03-05 1983-11-15 Citizen Watch Co., Ltd. Process for manufacturing ornamental parts and ion plating apparatus to be used therefor
CN1645972A (zh) * 2005-01-11 2005-07-27 艾欧史密斯(中国)热水器有限公司 电热水器搪瓷涂层加热管及其制造方法
CN1673407A (zh) * 2005-03-25 2005-09-28 太原理工大学 一种制备氮化钛复合陶瓷的工艺
US20080132061A1 (en) * 2006-11-30 2008-06-05 Macronix International Co., Ltd. Contact barrier layer deposition process
CN101328574A (zh) * 2008-07-23 2008-12-24 太原理工大学 一种高膜基结合强度光催化TiO2薄膜的制备方法
CN201639803U (zh) * 2010-02-03 2010-11-17 宁波帅康热水器有限公司 一种电热管
CN101956165A (zh) * 2010-08-23 2011-01-26 王鹤峰 一种抗菌耐磨不锈钢渗镀层的制备方法
CN103276361A (zh) * 2013-05-09 2013-09-04 中南大学 一种在镁基复合材料表面制备Ti/TiO2或TiN生物相容性膜层的方法
CN103628024A (zh) * 2013-11-15 2014-03-12 桂林电子科技大学 一种在4Cr13不锈钢游标卡尺表面沉积氮化钛薄膜的工艺
CN103710695A (zh) * 2013-12-25 2014-04-09 长春金海硬质涂层有限公司 一种用于金属工件表面碳氮化钛防护涂层的制备方法
CN103805996A (zh) * 2014-01-16 2014-05-21 中国科学院金属研究所 一种金属材料表面先镀膜再渗氮的复合处理方法
CN105386001A (zh) * 2015-12-04 2016-03-09 太原理工大学 一种铍铜合金表面TiN/Ti复合渗层的制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
李海涛: ""AZ31表面纳米复合Ti/TiN/TiCxN1-x薄膜的结构与性能表征"", 《中国优秀博硕士学位论文全文数据库（博士）》 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN118064855A (zh) * 2024-02-02 2024-05-24 佛山科学技术学院 一种泡沫亚氧化钛复合材料及其制备方法

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