CN112323052A - 一种提高船用碳钢耐腐蚀性能的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及钢材性能研究技术领域，公开了一种提高船用碳钢耐腐蚀性能的方法，通过研究碳钢在潮湿环境中的腐蚀行为特点，制备得到的复合碳化物粒子的加入，提高了处理液转化膜的性能，渗入处理后的碳钢表面，致密性大大提高，形成的该防护膜厚度达到15‑25微米，起到很强的屏障作用，阻止腐蚀介质的侵蚀，有效改善碳钢表面耐全面腐蚀、点蚀的性能，提高其在热温潮湿环境下的稳定性，并且具有自修复功能，处理得到的船用碳钢耐腐蚀性能强、硬度高，结构致密，光泽性好，且具有一定的延展性，解决现有防腐蚀涂层薄、有空隙、耐磨性能差，在腐蚀介质以及冲击机械作用下易脱落，只能短时间起到保护作用，不能够实现长期保护的问题。
Description
技术领域
本发明属于钢材性能研究技术领域，具体涉及一种提高船用碳钢耐腐蚀性能的方法。
背景技术
钢铁工业是国民经济的基本支柱之一，作为重要的结构材料应用面十分广泛，几乎遍布所有工业。随着现代化工业的发展，以及海洋资源的开发利用，船舶工业迎来了新的发展机遇。随之对钢铁材料的需求也越来越迫切。
碳钢是含碳量在0.0218%~2.11%的铁碳合金。也叫碳素钢。一般还含有少量的硅、锰、硫、磷。一般碳钢中含碳量越高则硬度越大，强度也越高，但塑性越低。碳钢是工业生产中的重要材料，用途较为广泛，然而碳钢在强腐蚀介质、大气、海水、土壤中都不耐腐蚀，大部分的酸、碱、盐的水溶液对碳钢均具有较强的腐蚀性。碳钢的使用过程中产生的腐蚀问题给人们带来了巨大的经济损失和社会危害，尤其是船用碳钢的使用环境，加重了腐蚀发生的诱因以及腐蚀程度。现有的防腐蚀解决方法见效时间长的手段为在碳钢的基础上添加多元合金元素制备耐候钢，使其在腐蚀环境中的耐蚀性得到了长期改善。然而该方法大大提高了冶炼的难度以及成本攀升，并且钢材其它性能受到不利影响。因此，对于碳钢材料的腐蚀性能研究与材料防护仍然任重道远，对于减少经济损失、减少资源浪费以及提高经济效益等具有着非常重要的意义。
发明内容
本发明的目的是针对现有的问题，提供了一种提高船用碳钢耐腐蚀性能的方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种提高船用碳钢耐腐蚀性能的方法，将预处理的碳钢件置于处理液中浸泡，使得碳钢件表面形成耐腐蚀化学转化膜；
所述处理液按照重量份计由以下成分制成：磷酸锰1.8-2.2份、磷酸溶液35-45份、乙酸溶液10-12份、溴化钠0.1-0.3份、磷酸钠2.0-3.5份、复合碳化物0.8-1.4份；
所述磷酸溶液pH值在3.2-3.4之间，乙酸溶液浓度为1.4-1.8克/升。
具体的，所述复合碳化物的制备包括以下工艺步骤：
（1）取11.3-11.5克碳化硅微粉，加入3.2-3.3倍体积的质量浓度为85-90%的乙醇溶液，在35-40℃下机械搅拌20-30分钟，转移至四口烧瓶中，向烧瓶中加入4.0-4.2毫升六甲基二硅氧烷，加热升温至75-78℃，搅拌反应45-55℃，进行过滤，使用去离子水洗涤至中性，置于70-90℃烘箱中干燥8-10小时，得到表面处理后的碳化硅粉备用；
（2）按照质量比为2.7-2.9:1.0-1.3的比例将步骤（1）制备得到的碳化硅粉和活性炭粉混合，共30-33克，向混合粉中加入0.12-0.14克助剂添加剂，置于振动磨中，充分混合1-2小时，然后转移至球磨罐中，按照球料比为1.2-1.3：1的比例进行球磨，球磨过程中使用氩气保护，以330-340转/分钟的速度球磨120-140分钟，所得球磨料置于390-450℃预热的烧结炉中，加压保温烧结40-46分钟，压力为6.5-7.0MPa，烧结温度为1100-1200℃，随炉自然冷却后，得到所述复合碳化物。所述复合碳化物粒径大小在0.1-0.4微米之间。
所述助剂添加剂由氧化钇和氧化铝粉按照质量比为1:1.5-1.6的比例混合得到的。
碳钢件表面预处理：依次使用600、800目砂纸将碳钢件表面打磨8-10分钟，使用2.5微米的氧化铝抛光膏抛光处理4-5分钟，使用去离子水冲洗2-3遍，再使用丙酮除油，然后使用10-15℃冷风吹干，置于60-70℃真空干燥箱中干燥4-8小时即可；将预处理后的碳钢件浸没于处理液中，浸泡处理时间为20-23分钟，处理温度为65-68℃，处理结束后取出碳钢件，置于50-60℃下干燥3-6小时，进一步在100-110℃下烘烤1-2小时即可。
本发明相比现有技术具有以下优点：为了解决现有针对船用碳钢耐腐蚀处理方法成本高效果差的问题，本发明提供了一种提高船用碳钢耐腐蚀性能的方法，通过研究碳钢在潮湿环境中的腐蚀行为特点，制备得到的复合碳化物粒子的加入，提高了处理液转化膜的性能，渗入处理后的碳钢表面，致密性大大提高，形成的该防护膜厚度达到15-25微米，起到很强的屏障作用，阻止腐蚀介质的侵蚀，有效改善碳钢表面耐全面腐蚀、点蚀的性能，提高其在热温潮湿环境下的稳定性，并且具有自修复功能，处理得到的船用碳钢耐腐蚀性能强、硬度高，结构致密，光泽性好，且具有一定的延展性，解决现有防腐蚀涂层薄、有空隙、耐磨性能差，在腐蚀介质以及冲击机械作用下易脱落，只能短时间起到保护作用，不能够实现长期保护的问题。所形成的膜层与碳钢表面结合强度高，抗冲蚀性能强，对船用碳钢起到长久的表面防护作用，能够适应船舶工作环境。扩展了碳钢在船舶行业的应用前景。对于船舶工业发展具有重要意义。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明所提供的技术方案。
实施例1
一种提高船用碳钢耐腐蚀性能的方法，将预处理的碳钢件置于处理液中浸泡，使得碳钢件表面形成耐腐蚀化学转化膜；
所述处理液按照重量份计由以下成分制成：磷酸锰1.8份、磷酸溶液35份、乙酸溶液10份、溴化钠0.1份、磷酸钠2.0份、复合碳化物0.8份；
所述磷酸溶液pH值在3.2-3.4之间，乙酸溶液浓度为1.4克/升。
具体的，所述复合碳化物的制备包括以下工艺步骤：
（1）取11.3克碳化硅微粉，加入3.2倍体积的质量浓度为85%的乙醇溶液，在35℃下机械搅拌20分钟，转移至四口烧瓶中，向烧瓶中加入4.0毫升六甲基二硅氧烷，加热升温至75℃，搅拌反应45℃，进行过滤，使用去离子水洗涤至中性，置于70℃烘箱中干燥8小时，得到表面处理后的碳化硅粉备用；
（2）按照质量比为2.7:1.0的比例将步骤（1）制备得到的碳化硅粉和活性炭粉混合，共30克，向混合粉中加入0.12克助剂添加剂，置于振动磨中，充分混合1小时，然后转移至球磨罐中，按照球料比为1.2：1的比例进行球磨，球磨过程中使用氩气保护，以330转/分钟的速度球磨120分钟，所得球磨料置于390℃预热的烧结炉中，加压保温烧结40分钟，压力为6.5MPa，烧结温度为1100℃，随炉自然冷却后，得到所述复合碳化物。所述复合碳化物粒径大小在0.1-0.4微米之间。
所述助剂添加剂由氧化钇和氧化铝粉按照质量比为1:1.5的比例混合得到的。
碳钢件表面预处理：依次使用600、800目砂纸将碳钢件表面打磨8分钟，使用2.5微米的氧化铝抛光膏抛光处理4分钟，使用去离子水冲洗2遍，再使用丙酮除油，然后使用10℃冷风吹干，置于60℃真空干燥箱中干燥4小时即可；将预处理后的碳钢件浸没于处理液中，浸泡处理时间为20分钟，处理温度为65℃，处理结束后取出碳钢件，置于50℃下干燥3小时，进一步在100℃下烘烤1小时即可。
通过实施例1的方法处理碳钢件进行实验：实验材料选用的碳钢以质量百分比计含有：C：0.09%、Cr：1.2%、Si：0.5%、Ni：1.1%、Mn：1.6%、Zn：1.0%、Cu：0.48%、Co：0.05%、Nb：0.025%、S：0.014%、P：0.020%，余量的铁和不可避免的杂质。试样尺寸为100mm×50mm×8mm，作为试样，制备5件。将按照实施例1的方法处理后的试样置于质量浓度为3.5%的氯化钠溶液中，在25℃下浸泡24小时，进行盐雾腐蚀实验，观察：无气泡产生，表面无凸起、气泡和腐蚀产物，无腐蚀斑点。
实施例2
一种提高船用碳钢耐腐蚀性能的方法，将预处理的碳钢件置于处理液中浸泡，使得碳钢件表面形成耐腐蚀化学转化膜；
所述处理液按照重量份计由以下成分制成：磷酸锰2.0份、磷酸溶液40份、乙酸溶液11份、溴化钠0.2份、磷酸钠2.7份、复合碳化物1.1份；
所述磷酸溶液pH值在3.2-3.4之间，乙酸溶液浓度为1.6克/升。
具体的，所述复合碳化物的制备包括以下工艺步骤：
（1）取11.4克碳化硅微粉，加入3.25倍体积的质量浓度为88%的乙醇溶液，在38℃下机械搅拌25分钟，转移至四口烧瓶中，向烧瓶中加入4.1毫升六甲基二硅氧烷，加热升温至76℃，搅拌反应50℃，进行过滤，使用去离子水洗涤至中性，置于80℃烘箱中干燥9小时，得到表面处理后的碳化硅粉备用；
（2）按照质量比为2.8:1.1的比例将步骤（1）制备得到的碳化硅粉和活性炭粉混合，共32克，向混合粉中加入0.13克助剂添加剂，置于振动磨中，充分混合1.5小时，然后转移至球磨罐中，按照球料比为1.25：1的比例进行球磨，球磨过程中使用氩气保护，以335转/分钟的速度球磨130分钟，所得球磨料置于420℃预热的烧结炉中，加压保温烧结43分钟，压力为6.8MPa，烧结温度为1150℃，随炉自然冷却后，得到所述复合碳化物。所述复合碳化物粒径大小在0.1-0.4微米之间。
所述助剂添加剂由氧化钇和氧化铝粉按照质量比为1:1.55的比例混合得到的。
碳钢件表面预处理：依次使用600、800目砂纸将碳钢件表面打磨9分钟，使用2.5微米的氧化铝抛光膏抛光处理4.5分钟，使用去离子水冲洗2遍，再使用丙酮除油，然后使用13℃冷风吹干，置于65℃真空干燥箱中干燥6小时即可；将预处理后的碳钢件浸没于处理液中，浸泡处理时间为21分钟，处理温度为66℃，处理结束后取出碳钢件，置于55℃下干燥4.5小时，进一步在105℃下烘烤1.5小时即可。
通过实施例2的方法处理碳钢件进行实验：实验材料选用的碳钢以质量百分比计含有：C：0.09%、Cr：1.2%、Si：0.5%、Ni：1.1%、Mn：1.6%、Zn：1.0%、Cu：0.48%、Co：0.05%、Nb：0.025%、S：0.014%、P：0.020%，余量的铁和不可避免的杂质。试样尺寸为100mm×50mm×8mm，作为试样，制备5件。将按照实施例1的方法处理后的试样置于质量浓度为3.5%的氯化钠溶液中，在25℃下浸泡24小时，进行盐雾腐蚀实验，观察：无气泡产生，表面无凸起、气泡和腐蚀产物，无腐蚀斑点。
实施例3
一种提高船用碳钢耐腐蚀性能的方法，将预处理的碳钢件置于处理液中浸泡，使得碳钢件表面形成耐腐蚀化学转化膜；
所述处理液按照重量份计由以下成分制成：磷酸锰2.2份、磷酸溶液45份、乙酸溶液12份、溴化钠0.3份、磷酸钠3.5份、复合碳化物1.4份；
所述磷酸溶液pH值在3.2-3.4之间，乙酸溶液浓度为1.8克/升。
具体的，所述复合碳化物的制备包括以下工艺步骤：
（1）取11.5克碳化硅微粉，加入3.3倍体积的质量浓度为90%的乙醇溶液，在40℃下机械搅拌30分钟，转移至四口烧瓶中，向烧瓶中加入4.2毫升六甲基二硅氧烷，加热升温至78℃，搅拌反应55℃，进行过滤，使用去离子水洗涤至中性，置于90℃烘箱中干燥10小时，得到表面处理后的碳化硅粉备用；
（2）按照质量比为2.9:1.3的比例将步骤（1）制备得到的碳化硅粉和活性炭粉混合，共33克，向混合粉中加入0.14克助剂添加剂，置于振动磨中，充分混合2小时，然后转移至球磨罐中，按照球料比为1.3：1的比例进行球磨，球磨过程中使用氩气保护，以340转/分钟的速度球磨140分钟，所得球磨料置于450℃预热的烧结炉中，加压保温烧结46分钟，压力为7.0MPa，烧结温度为1200℃，随炉自然冷却后，得到所述复合碳化物。所述复合碳化物粒径大小在0.1-0.4微米之间。
所述助剂添加剂由氧化钇和氧化铝粉按照质量比为1:1.6的比例混合得到的。
碳钢件表面预处理：依次使用600、800目砂纸将碳钢件表面打磨10分钟，使用2.5微米的氧化铝抛光膏抛光处理5分钟，使用去离子水冲洗3遍，再使用丙酮除油，然后使用15℃冷风吹干，置于70℃真空干燥箱中干燥8小时即可；将预处理后的碳钢件浸没于处理液中，浸泡处理时间为23分钟，处理温度为68℃，处理结束后取出碳钢件，置于60℃下干燥6小时，进一步在110℃下烘烤2小时即可。
通过实施例3的方法处理碳钢件进行实验：实验材料选用的碳钢以质量百分比计含有：C：0.09%、Cr：1.2%、Si：0.5%、Ni：1.1%、Mn：1.6%、Zn：1.0%、Cu：0.48%、Co：0.05%、Nb：0.025%、S：0.014%、P：0.020%，余量的铁和不可避免的杂质。试样尺寸为100mm×50mm×8mm，作为试样，制备5件。将按照实施例1的方法处理后的试样置于质量浓度为3.5%的氯化钠溶液中，在25℃下浸泡24小时，进行盐雾腐蚀实验，观察：无气泡产生，表面无凸起、气泡和腐蚀产物，无腐蚀斑点。
Claims (5)
1.一种提高船用碳钢耐腐蚀性能的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）碳钢件表面预处理：依次使用600、800目砂纸将碳钢件表面打磨8-10分钟，使用2.5微米的氧化铝抛光膏抛光处理4-5分钟，使用去离子水冲洗2-3遍，再使用丙酮除油，然后使用10-15℃冷风吹干，置于60-70℃真空干燥箱中干燥4-8小时即可；
（2）将预处理后的碳钢件浸没于处理液中，浸泡处理时间为20-23分钟，处理温度为65-68℃，处理结束后取出碳钢件，置于50-60℃下干燥3-6小时，进一步在100-110℃下烘烤1-2小时即可；所述处理液按照重量份计由以下成分制成：磷酸锰1.8-2.2份、磷酸溶液35-45份、乙酸溶液10-12份、溴化钠0.1-0.3份、磷酸钠2.0-3.5份、复合碳化物0.8-1.4份；
所述复合碳化物的制备包括以下工艺步骤：
（1）取11.3-11.5克碳化硅微粉，加入3.2-3.3倍体积的质量浓度为85-90%的乙醇溶液，在35-40℃下机械搅拌20-30分钟，转移至四口烧瓶中，向烧瓶中加入4.0-4.2毫升六甲基二硅氧烷，加热升温至75-78℃，搅拌反应45-55℃，进行过滤，使用去离子水洗涤至中性，置于70-90℃烘箱中干燥8-10小时，得到表面处理后的碳化硅粉备用；
（2）按照质量比为2.7-2.9:1.0-1.3的比例将步骤（1）制备得到的碳化硅粉和活性炭粉混合，共30-33克，向混合粉中加入0.12-0.14克助剂添加剂，置于振动磨中，充分混合1-2小时，然后转移至球磨罐中，按照球料比为1.2-1.3：1的比例进行球磨，球磨过程中使用氩气保护，以330-340转/分钟的速度球磨120-140分钟，所得球磨料置于390-450℃预热的烧结炉中，加压保温烧结40-46分钟，压力为6.5-7.0MPa，烧结温度为1100-1200℃，随炉自然冷却后，得到所述复合碳化物。
2.如权利要求1所述一种提高船用碳钢耐腐蚀性能的方法，其特征在于， 步骤（2）所述磷酸溶液pH值在3.2-3.4之间。
3.如权利要求1所述一种提高船用碳钢耐腐蚀性能的方法，其特征在于，步骤（2）所述乙酸溶液浓度为1.4-1.8克/升。
4.如权利要求1所述一种提高船用碳钢耐腐蚀性能的方法，其特征在于，复合碳化物制备中，步骤（2）所述助剂添加剂由氧化钇和氧化铝粉按照质量比为1:1.5-1.6的比例混合得到的。
5.如权利要求1所述一种提高船用碳钢耐腐蚀性能的方法，其特征在于，复合碳化物制备中，步骤（2）所述复合碳化物粒径大小在0.1-0.4微米之间。
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