CN113430509A - 一种不锈钢管件的防腐处理工艺 - Google Patents

一种不锈钢管件的防腐处理工艺 Download PDF

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Abstract

本申请涉及金属防腐处理的领域，具体公开了一种不锈钢管件的防腐处理工艺，其包括如下步骤：(1)机械抛光；(2)除油；(3)酸洗；(4)钝化：将酸洗后的不锈钢管件放入钝化液中，温度40‑50℃，浸泡40‑60min后取出，水洗；(5)后处理：将钝化后的不锈钢管件放入处理液中，温度55‑65℃，持续搅拌30‑40min后取出，水洗，干燥；所述处理液包括如下含量的组分：8‑12g/L硫酸钪、20‑30g/L纳米硬质颗粒、30‑50ml/L双氧水和0.3‑0.6g/L分散剂OP‑10。本申请的不锈钢管件经过处理，形成的钝化膜耐磨性好。

Description

一种不锈钢管件的防腐处理工艺
技术领域
本申请涉及金属防腐处理的领域，更具体的说，它涉及一种不锈钢管件的防腐处理工艺。
背景技术
管件是管道系统中起到连接、控制、变向、分流、密封和支撑等作用的零部件统称，常见的管件有弯头、三通直通等。管件材质种类多，其中钢制管件抗压性能好并具有一定抗腐蚀性能，但也并非完全不锈，接触腐蚀性介质时仍容易产生点状腐蚀。若无电镀或其他涂层要求，钢制管件一般需经过钝化处理，才能作为成品使用。
公告号为CN103451646B的中国专利公开了一种不锈钢钝化工艺，其包括如下步骤：对不锈钢进行机械抛光；去除其表面油污；酸洗去除不锈钢表面的氧化皮和锈蚀物；接着电解抛光；中和其表面残留的电解液；室温下不锈钢被放在由柠檬酸和醋酸配制成的钝化液中浸泡30-60分钟；室温下不锈钢被放进5％-7％的NaHCO3溶液中和3-5分钟，之后被去离子水完全清洗；干燥。
上述钝化工艺采用柠檬酸-醋酸钝化液，相比于以往硝酸型钝化液更为环保、安全。但是钝化形成的钝化膜一般较薄，耐磨性不好，管件输送介质的过程中，部分杂质会对钝化膜造成磨损，影响防腐蚀效果。
发明内容
为了改善钝化膜耐磨性差的问题，本申请提供一种不锈钢管件的防腐处理工艺。
本申请提供一种不锈钢管件的防腐处理工艺，采用如下技术方案：
一种不锈钢管件的防腐处理工艺，包括如下步骤：
(1)机械抛光：对不锈钢管件进行打磨抛光；
(2)除油：常温下，将机械抛光后的不锈钢管件放入除油液中，浸泡15-20min后取出，水洗；
(3)酸洗：常温下，将除油后的不锈钢管件放入酸洗液中，浸泡3-5min后取出，水洗；
(4)钝化：将酸洗后的不锈钢管件放入钝化液中，温度40-50℃，浸泡40-60min后取出，水洗；
(5)后处理：将钝化后的不锈钢管件放入处理液中，温度55-65℃，持续搅拌30-40min后取出，水洗，干燥；
所述处理液包括如下含量的组分：8-12g/L硫酸钪、20-30g/L纳米硬质颗粒、30-50ml/L双氧水和0.3-0.6g/L分散剂OP-10。
通过采用上述技术方案，不锈钢管件经过机械抛光，表面变得光滑，达到镜面光亮程度；经过除油，去除表面有机污染物；经过酸洗，去除表面疏松的氧化皮；经过钝化，不锈钢金属元素与氧化性介质作用，在表面生成致密的钝化膜，提高不锈钢管件的耐腐蚀性能，钝化膜主要由铁、铬、镍的氧化物组成；经过后处理，钪离子生成不溶性的氢氧化物或水合氧化物，沉积覆盖于不锈钢管件表面，且沉积时包覆有均匀分散在处理液中的纳米硬质颗粒，形成高硬度、高耐磨性的转化膜，一方面阻止腐蚀性介质与不锈钢接触，起到不锈钢管件的耐腐蚀性能，另一方面转化膜起到保护作用，防止钝化膜受到严重磨损，适用于流体介质中高硬度杂质较多的情况。
可选的，所述纳米硬质颗粒为纳米氮化钛。
通过采用上述技术方案，纳米氮化钛与转化膜之间的结合性能好，不易脱落，进而有利于提高转化膜的耐磨性能。
可选的，所述钝化液包括如下含量的组分：30-40g/L硅酸钠、30-40ml/L双氧水、6-8ml/L植酸、10-15g/L柠檬酸和3-5ml/L硫酸。
通过采用上述技术方案，硅酸盐钝化液具有成本低、稳定性好、毒性小、无污染等优点，但耐蚀性不足。柠檬酸对铁的活性比对铬、镍强，可有效去除不锈钢表面的铁，而双氧水具有强氧化性，可使不锈钢更好地形成稳定的氧化膜，柠檬酸-双氧水体系的加入可补足硅酸盐钝化液耐蚀性不足的缺陷。
植酸又名肌醇六磷酸，一方面可作为双氧水的稳定剂，另一方面可与金属配位而形成多个螯合环，生成致密的钝化膜，且植酸所形成的钝化膜有利于转化膜的生成，进而提高膜层厚度。
可选的，所述钝化液还包括1-2ml/L十八烷基二甲基羟乙基季铵硝酸盐。
通过采用上述技术方案，十八烷基二甲基羟乙基季铵硝酸盐具有多个极性基团，可被金属的表面电荷吸附，在阳极和阴极区域形成一层单分子膜，减缓电化学反应，提高耐腐蚀性能。
可选的，酸洗步骤和钝化步骤之间还进行有前处理步骤，其具体过程如下：将不锈钢管件放入离子注入机中，注入Cu离子。
通过采用上述技术方案，离子注入作为一种不锈钢表面改性手段，以往多用于金属餐具表面抗菌处理。不锈钢管件表面形成Cu注入层，有利于提高后续钝化效果，使得钝化形成的膜层变厚，进而提高整体的防腐蚀效果。
可选的，钝化步骤中的浸泡时间为55-60min。
通过采用上述技术方案，不锈钢管件的钝化膜厚度随浸泡时间的增长而变厚，经表面离子注入改性后，浸泡时间在55-60min范围内钝化膜接近最厚值。
可选的，所述除油液包括如下含量的组分：20-30g/L氢氧化钠、40-50g/L磷酸钠和20-30g/L亚硫酸钠。
通过采用上述技术方案，除油效果好。
可选的，所述酸洗液包括如下含量的组分：150-200ml/L硫酸、30-60ml/L磷酸。
通过采用上述技术方案，酸洗效果好。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、本申请采用硫酸钪进行后处理，钪离子生成不溶性的氢氧化物或水合氧化物，沉积覆盖于不锈钢管件表面，且沉积时包覆有均匀分散在处理液中的纳米硬质颗粒，形成高硬度、高耐磨性的转化膜，防止钝化膜受到严重磨损，适用于流体介质中高硬度杂质较多的情况；
2、本申请中钝化液内优选添加植酸，一方面可作为双氧水的稳定剂，另一方面可与金属配位而形成多个螯合环，生成致密的钝化膜，且植酸所形成的钝化膜有利于转化膜的生成，进而提高膜层厚度；
3、本申请优选采用离子注入作为前处理手段，不锈钢管件表面形成Cu注入层，有利于提高后续钝化效果，使得钝化形成的膜层变厚，进而提高整体的防腐蚀效果。
具体实施方式
以下结合实施例对本申请作进一步详细说明，予以特别说明的是：以下实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行，以下实施例中所用原料除特殊说明外均可来源于普通市售。
不锈钢管件可以为弯头、三通等管件，材质可以为304、316、420等，尺寸也可根据实际生产需要而定。本实施例中不锈钢管件为304不锈钢90°弯头，内径为120mm，壁厚为8mm。
实施例1：
一种不锈钢管件的防腐处理工艺，包括如下步骤：
(1)机械抛光：对不锈钢管件进行打磨抛光，减少其表面粗糙度；
(2)除油：常温下，将机械抛光后的不锈钢管件放入1000L除油液中，浸泡15min后取出，水洗，除油液包括20kg氢氧化钠、40kg磷酸钠、20kg亚硫酸钠、其余为水；
(3)酸洗：常温下，将除油后的不锈钢管件放入1000L酸洗液中，浸泡3min后取出，水洗，酸洗液包括150L硫酸、30L磷酸、其余为水；
(4)钝化：将酸洗后的不锈钢管件放入1000L钝化液中，温度40℃，浸泡40min后取出，水洗，钝化液包括30kg硅酸钠、30L浓度为10wt%的双氧水、10kg柠檬酸、3L硫酸、其余为水。
(5)后处理：将钝化后的不锈钢管件放入1000L处理液中，温度55℃，持续搅拌30min后取出，水洗，干燥，处理液包括8kg硫酸钪、20kg纳米二氧化硅、30L浓度为10wt%的双氧水、0.3kg分散剂OP-10、其余为水。
实施例2：
一种不锈钢管件的防腐处理工艺，包括如下步骤：
(1)机械抛光：对不锈钢管件进行打磨抛光，减少其表面粗糙度；
(2)除油：常温下，将机械抛光后的不锈钢管件放入1000L除油液中，浸泡20min后取出，水洗，除油液包括30kg氢氧化钠、50kg磷酸钠、30kg亚硫酸钠、其余为水；
(3)酸洗：常温下，将除油后的不锈钢管件放入1000L酸洗液中，浸泡5min后取出，水洗，酸洗液包括200L硫酸、60L磷酸、其余为水；
(4)钝化：将酸洗后的不锈钢管件放入1000L钝化液中，温度50℃，浸泡50min后取出，水洗，钝化液包括40kg硅酸钠、40L浓度为10wt%的双氧水、15kg柠檬酸、5L硫酸、其余为水。
(5)后处理：将钝化后的不锈钢管件放入1000L处理液中，温度65℃，持续搅拌40min后取出，水洗，干燥，处理液包括12kg硫酸钪、30kg纳米二氧化硅、50L浓度为10wt%的双氧水、0.6kg分散剂OP-10、其余为水。
实施例3：
一种不锈钢管件的防腐处理工艺，包括如下步骤：
(1)机械抛光：对不锈钢管件进行打磨抛光，减少其表面粗糙度；
(2)除油：常温下，将机械抛光后的不锈钢管件放入1000L除油液中，浸泡18min后取出，水洗，除油液包括25kg氢氧化钠、45kg磷酸钠、25kg亚硫酸钠、其余为水；
(3)酸洗：常温下，将除油后的不锈钢管件放入1000L酸洗液中，浸泡4min后取出，水洗，酸洗液包括180L硫酸、45L磷酸、其余为水；
(4)钝化：将酸洗后的不锈钢管件放入1000L钝化液中，温度45℃，浸泡45min后取出，水洗，钝化液包括35kg硅酸钠、35L浓度为10wt%的双氧水、12kg柠檬酸、4L硫酸、其余为水。
(5)后处理：将钝化后的不锈钢管件放入1000L处理液中，温度60℃，持续搅拌35min后取出，水洗，干燥，处理液包括10kg硫酸钪、25kg纳米二氧化硅、40L浓度为10wt%的双氧水、0.5kg分散剂OP-10、其余为水。
实施例4：
与实施例3的区别仅在于，纳米二氧化硅等质量替换为纳米氮化钛。
实施例5：
与实施例4的区别仅在于，钝化液中还含有6L植酸。
实施例6：
与实施例4的区别仅在于，钝化液中还含有8L植酸。
实施例7：
与实施例4的区别仅在于，钝化液中还含有7L植酸。
实施例8：
与实施例7的区别仅在于，钝化液中含有1L十八烷基二甲基羟乙基季铵硝酸盐。
实施例9：
与实施例7的区别仅在于，钝化液中含有2L十八烷基二甲基羟乙基季铵硝酸盐。
实施例10：
与实施例7的区别仅在于，钝化液中含有1.5L十八烷基二甲基羟乙基季铵硝酸盐。
实施例11：
与实施例10的区别仅在于，酸洗步骤和钝化步骤之间还进行有前处理步骤，其具体过程如下：
将不锈钢管件放入离子注入机中，注入Cu离子，真空室压力为1.33*10-4Pa，离子注入能量为50KeV，注入剂量为5*1017ions/cm2，注入时间50min。
实施例12：
与实施例11的区别仅在于，钝化步骤中的浸泡时间为55min。
实施例13：
与实施例11的区别仅在于，钝化步骤中的浸泡时间为60min。
实施例14：
与实施例10的区别仅在于，钝化步骤中的浸泡时间为55min。
实施例15：
与实施例10的区别仅在于，钝化步骤中的浸泡时间为60min。
对比例1：
与实施例3的区别仅在于，不进行后处理步骤。
对比例2：
与实施例3的区别仅在于，处理液中不包含纳米二氧化硅。
性能测试：
以下试验中的钝化膜指防腐处理后的整个膜层，如有，也包含转化膜。
参照GB/T 10125-2012 《人造气氛腐蚀试验 盐雾试验》中记载的中性盐雾试验方法，对实施例1-15及对比例1-2进行测试，记录5%NaCl盐雾下的耐盐雾时间，见表1。
参照GB/T 12444-2006《金属材料 磨损试验方法试环-试块滑动磨损试验》中记载的方法，测试钝化膜的耐磨性，上试验块采用硬度约为HV1400的硬质合金YG8，下试验环采用Cr12钢环，载荷20N，线速度为0.5m/s，测得磨损率，见表1。
采用美国walter 54-T 001 钝化测试仪，测试钝化膜的厚度，见表1。
表1 性能测试结果记录表
耐盐雾时间/h 耐磨率(mg/Km) 厚度(nm)
实施例1 83 31 31
实施例2 85 32 33
实施例3 86 31 33
实施例4 87 25 33
实施例5 103 25 38
实施例6 106 24 38
实施例7 106 25 39
实施例8 115 24 39
实施例9 116 24 38
实施例10 115 25 40
实施例11 128 24 55
实施例12 133 24 59
实施例13 139 24 63
实施例14 116 25 40
实施例15 116 25 40
对比例1 56 66 25
对比例2 88 50 33
从表1可得：
1、实施例1-3及对比例1的测试数据对比可得，后处理步骤可提高钝化膜的厚度、耐磨性和耐腐蚀性能；
2、实施例3和对比例2的测试数据对比可得，处理液中添加纳米硬质颗粒，可提高钝化膜的耐磨性；
3、实施例3和实施例4的测试数据对比可得，纳米氮化钛相比于纳米二氧化硅，对钝化膜耐磨性的提升更明显；
4、实施例4和实施例5-7的测试数据对比可得，钝化液中植酸的添加，可提高钝化膜的耐腐蚀性能，并有利于膜层增厚；
5、实施例7和实施例8-10的测试数据对比可得，十八烷基二甲基羟乙基季铵硝酸盐的添加可提高钝化膜的耐腐蚀性能；
6、实施例10和实施例11的测试数据对比可得，不锈钢表面经过Cu离子注入改性，可提高后续钝化效果，提高耐腐蚀性能和膜层厚度；
7、实施例11和实施例12-13的测试数据对比可得，不锈钢表面经过Cu离子注入改性时，钝化时间延长至55-60min有利于钝化膜变厚；
8、实施例10和实施例14-15的测试数据对比可得，不锈钢表面未经过Cu离子注入改性时，钝化时间延长至55-60min钝化膜厚度不会继续增加。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (8)

1.一种不锈钢管件的防腐处理工艺，其特征在于，包括如下步骤：
(1)机械抛光：对不锈钢管件进行打磨抛光；
(2)除油：常温下，将机械抛光后的不锈钢管件放入除油液中，浸泡15-20min后取出，水洗；
(3)酸洗：常温下，将除油后的不锈钢管件放入酸洗液中，浸泡3-5min后取出，水洗；
(4)钝化：将酸洗后的不锈钢管件放入钝化液中，温度40-50℃，浸泡40-60min后取出，水洗；
(5)后处理：将钝化后的不锈钢管件放入处理液中，温度55-65℃，持续搅拌30-40min后取出，水洗，干燥；
所述处理液包括如下含量的组分：8-12g/L硫酸钪、20-30g/L纳米硬质颗粒、30-50ml/L双氧水和0.3-0.6g/L分散剂OP-10。
2.根据权利要求1所述的一种不锈钢管件的防腐处理工艺，其特征在于：所述纳米硬质颗粒为纳米氮化钛。
3.根据权利要求1所述的一种不锈钢管件的防腐处理工艺，其特征在于：所述钝化液包括如下含量的组分：30-40g/L硅酸钠、30-40ml/L双氧水、6-8ml/L植酸、10-15g/L柠檬酸和3-5ml/L硫酸。
4.根据权利要求3所述的一种不锈钢管件的防腐处理工艺，其特征在于：所述钝化液还包括1-2ml/L十八烷基二甲基羟乙基季铵硝酸盐。
5.根据权利要求3所述的一种不锈钢管件的防腐处理工艺，其特征在于：酸洗步骤和钝化步骤之间还进行有前处理步骤，其具体过程如下：将不锈钢管件放入离子注入机中，注入Cu离子。
6.根据权利要求5所述的一种不锈钢管件的防腐处理工艺，其特征在于：钝化步骤中的浸泡时间为55-60min。
7.根据权利要求1所述的一种不锈钢管件的防腐处理工艺，其特征在于：所述除油液包括如下含量的组分：20-30g/L氢氧化钠、40-50g/L磷酸钠和20-30g/L亚硫酸钠。
8.根据权利要求1所述的一种不锈钢管件的防腐处理工艺，其特征在于：所述酸洗液包括如下含量的组分：150-200ml/L硫酸、30-60ml/L磷酸。
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