CN115341168B - 一种基于渗氮处理的不锈钢带的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基于渗氮处理的不锈钢带的制备方法，将奥氏体不锈钢形变后通过回火与固溶处理调节缺陷及第二相；在低温渗氮前进行稀土激光熔覆，选用铬、镍、镧进行熔覆层的制备；在渗氮不锈钢带表面涂覆防腐层，制备具有微纳分级结构的疏水氮化硼粉体；以微晶纤维素、壳聚糖为网络单元，以氢氧化钠/尿素/水为溶剂体系、甲基三甲氧基硅烷、镍氮掺杂碳纳米材料为改性剂，采用“冻融‑浸渍”两步法制得三维互穿多孔结构的超疏水改性壳聚糖气凝胶；在防腐层中，以水性聚氨酯作为基料，引入疏水氮化硼纳米粉体为填料，加入改性壳聚糖气凝胶，提高防腐层与不锈钢带之间的结合力，提升渗氮不锈钢带表面的表面疏水性、耐候性。

Description

一种基于渗氮处理的不锈钢带的制备方法
技术领域
本发明涉及不锈钢技术领域，具体是一种基于渗氮处理的不锈钢带的制备方法。
背景技术
不锈钢的渗氮处理是热渗扩工艺的一种，热渗扩处理是用加热扩散的方式使渗扩元素渗入到金属基材表层，形成合金层，有利于提高金属基材的硬度。不锈钢的渗氮处理主要有离子渗氮、气体渗氮、液体渗氮三大类。
离子渗氮是利用阴极与阳极之间在高电压低气压环境中的辉光放电现象，对阴极放置的工件进行渗氮处理。其相比于气体渗氮和液体渗氮，可缩短工艺周期、节约能源、保护环境，且渗层的厚度和组织可以有效控制。
奥氏体不锈钢被广泛应用于各个行业中，但由于其硬度低、不耐磨，大大缩减了其使用寿命。目前通过离子渗氮处理可以显著提高其硬度及耐磨性，但当渗氮温度超过425℃时，奥氏体不锈钢基体中会出现“贫铬”现象，造成耐蚀性的下降。而渗氮温度较低时，渗氮层以“S相”的形式存在，使得表层硬度显著升高，且不损伤耐蚀性；但由于渗扩温度低，原子扩散速率慢，同时N原子在奥氏体中的扩散系数也较低，造成低温渗氮时渗氮层普遍偏薄。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于渗氮处理的不锈钢带的制备方法，以解决现有技术中的问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：
一种基于渗氮处理的不锈钢带的制备方法，包括以下步骤：
S1：将奥氏体不锈钢投入真空熔炼炉中进行熔炼，热轧后进行回火处理、固溶处理，形成不锈钢带；
S2：将铬、镍和镧单质粉末研磨混合后，置于不锈钢带表面，进行激光熔覆，得到熔覆后不锈钢带；
S3：将熔覆后不锈钢带精磨抛光后清洗干净，进行低温离子渗氮处理，得到预处理不锈钢带；
S4：将疏水氮化硼纳米粉体、改性壳聚糖气凝胶超声混合5-10min，加入水性聚氨酯搅拌1-2h，得到防腐涂料；
S5：将防腐涂料涂覆在预处理不锈钢带表面，形成防腐层，得到一种基于渗氮处理的不锈钢带。
进一步的，铬、镍和镧单质粉末的摩尔比为2：0.5：0.1。
进一步的，回火处理的工作条件为：升温至250℃保温1h、随炉冷却，升温至550℃保温1h、随炉冷却，升温至750℃保温1h、随炉冷却；固溶处理的工作条件为：升温至950℃保温1h、水冷。
进一步的，激光熔覆的工作条件为：激光功率为2.2kW，扫描速度为2.5mm/s，矩形光斑尺寸为10mm×1mm，多道搭接率为25%。
进一步的，低温离子渗氮处理的工作条件为：氮气与氢气比为1：3，工作温度375-385℃，工作气压200-300Pa，工作电流12A。
进一步的，以质量份数计，防腐涂料中各组分组成为：0.5-1份疏水氮化硼纳米粉体、10-20份改性壳聚糖气凝胶、20-35份水性聚氨酯。
进一步的，疏水氮化硼纳米粉体的制备包括以下步骤：将摩尔比为3：1：0.6的镁、氧化硼、氮化硼与氯化铵研磨混合，置于立式燃烧合成釜内，充入氮气，采用螺旋状钨丝线圈通电发热的方式引燃反应剂粉末，并诱发燃烧合成反应，待反应结束后，除杂、破碎、研磨处理，使用1mol/L的盐酸酸洗，过滤、干燥，得到疏水氮化硼纳米粉体。
进一步的，改性壳聚糖气凝胶的制备包括以下步骤：
1）取对苯二甲酸、4,4'-联吡啶和六水合硝酸镍混合搅拌，加入N,N-二甲基甲酰胺，升温至95-100℃保温44-48h，离心，依次用N,N-二甲基甲酰胺、无水乙醇洗涤3-5次，干燥后在氩气氛围中升至590-605℃，保温2h，冷却后研磨，得到镍氮掺杂碳纳米材料；
2）将微晶纤维素与壳聚糖分别溶解在-12℃的混合氢氧化钠溶液中，搅拌后分别得到纳米纤维素溶液与壳聚糖溶液；将纳米纤维素溶液和壳聚糖溶液按体积比2:1共混，在-20℃下冷冻12h，在18-25℃下自然解冻，通过3-5次冻融处理，脱泡后加去离子水固化，水洗后得到复合水凝胶；
3）取甲基三甲氧基硅烷、镍氮掺杂碳纳米材料溶于乙醇，得到改性浸渍液，将复合水凝胶在改性浸渍液中浸渍36-40h，清洗，在-20℃下冷冻12h，在18-25℃下自然解冻，通过3-5次冻融处理，脱泡后加去离子水固化，水洗后得到改性壳聚糖气凝胶。
进一步的，4,4'-联吡啶和六水合硝酸镍的摩尔比为1：2；混合氢氧化钠溶液为：以去离子水为溶剂，其中氢氧化钠的质量分数为7%，尿素的质量分数为12%；纳米纤维素溶液中纳米纤维素的质量分数为5%，壳聚糖溶液中壳聚糖的质量分数为2%；甲基三甲氧基硅烷、镍氮掺杂碳纳米材料的质量比为1：1，在改性浸渍液中甲基三甲氧基硅烷的浓度为2.2g/µL。
本发明的有益效果：
本发明提供一种基于渗氮处理的不锈钢带的制备方法，制备的渗氮处理的不锈钢带具有高硬度的同时兼具优异的耐腐蚀性、疏水性。
将奥氏体不锈钢形变后通过回火与固溶处理调节缺陷及第二相，从而达到增加渗氮层的厚度的目的，同时改善低温离子渗氮层的硬度及耐磨性；
为提高渗氮的效率及提高渗氮层的厚度，在低温渗氮前进行稀土激光熔覆，选用铬、镍、镧进行熔覆层的制备，以铬、镍为主，镧为辅，通过成分优化，确定熔覆配方；因为铬、镍、镧在离子渗氮过程中会细化晶粒，使组织更均匀细小；且稀土元素在细化晶粒的同时，会提高内部的位错和晶界等缺陷，加快了氮元素的扩散速度，与合金元素作用形成更加致密的铬氮化合物层，提高了表面的硬度；
为了延长耐磨不锈钢带的使用寿命，本发明在渗氮不锈钢带表面涂覆防腐层，在防腐层中，以水性聚氨酯作为基料，引入疏水氮化硼纳米粉体为填料，加入改性壳聚糖气凝胶，提高防腐层与不锈钢带之间的结合力，提升渗氮不锈钢带表面的表面疏水性、耐候性；
以镁、氧化硼粉体和高压氮气为主要原料，采用燃烧合成工艺，制备具有核壳结构的氧化镁-氮化硼复相陶瓷粉体，通过酸洗过程除去氧化镁获得了具有微纳分级结构的疏水氮化硼粉体，添加氯化铵是为了防止镁粉在燃烧反应产生的高温下熔融团聚，从而确保氮气的渗透性；
利用配体4,4'-联吡啶和对苯二甲酸制备了一种针状镍基MOF，经过开放式一步热解法得到了具有高金属负载量的镍氮掺杂碳纳米材料，从而进一步提高防腐层与不锈钢带之间的结合力；通过控制热解温度，得到高度分散、粒径均一的镍氮掺杂碳纳米材料活性位点与丰富的缺陷位点，从而增强防腐层的网络强度。
以微晶纤维素、壳聚糖为网络单元，以氢氧化钠/尿素/水为溶剂体系、甲基三甲氧基硅烷、镍氮掺杂碳纳米材料为改性剂，采用“冻融-浸渍”两步法制得三维互穿多孔结构的超疏水改性壳聚糖气凝胶，经过冻融作用，微晶纤维素和壳聚糖表面丰富的亲水基团可以通过氢键和物理缠结等相互作用，形成网络互通结构，提高气凝胶的网络强度，赋予其循环再生。而后，通过甲基三甲氧基硅烷、镍氮掺杂碳纳米材料与改性壳聚糖气凝胶表面的羟基发生水解缩合反应，实现硅烷化疏水改性，从而提高防腐层的疏水性。
具体实施方式
下面将结合本发明的实施例，对本发明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做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的随之改变。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。
以下结合具体实施例对本发明的技术方案做进一步详细说明，应当理解，以下实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
一种基于渗氮处理的不锈钢带的制备方法，包括以下步骤：
S1：将奥氏体不锈钢投入真空熔炼炉中进行熔炼，热轧后进行回火处理、固溶处理，形成不锈钢带；
回火处理的工作条件为：升温至250℃保温1h、随炉冷却，升温至550℃保温1h、随炉冷却，升温至750℃保温1h、随炉冷却；固溶处理的工作条件为：升温至950℃保温1h、水冷；
S2：将铬、镍和镧单质粉末研磨混合后，置于不锈钢带表面，进行激光熔覆，得到熔覆后不锈钢带；
铬、镍和镧单质粉末按照摩尔比为2：0.5：0.1进行配比；激光熔覆的工作条件为：激光功率为2.2kW，扫描速度为2.5mm/s，矩形光斑尺寸为10mm×1mm，多道搭接率为25%；
S3：将熔覆后不锈钢带精磨抛光后清洗干净，进行低温离子渗氮处理，得到预处理不锈钢带；
低温离子渗氮处理的工作条件为：氮气与氢气比为1：3，工作温度375℃，工作气压200Pa，工作电流12A，保温时间12h；
S4：将疏水氮化硼纳米粉体、改性壳聚糖气凝胶超声混合5min，加入水性聚氨酯搅拌1h，得到防腐涂料；
以质量份数计，防腐涂料中各组分组成为：0.5份疏水氮化硼纳米粉体、10份改性壳聚糖气凝胶、20份水性聚氨酯；
疏水氮化硼纳米粉体的制备包括以下步骤：将3mmoL镁、1mmoL氧化硼、0.6mmoL氮化硼与0.1mmoL氯化铵研磨混合，置于立式燃烧合成釜内，充入0.5MPa的氮气，采用螺旋状钨丝线圈通电发热的方式引燃反应剂粉末，并诱发燃烧合成反应，待反应结束后，除杂、破碎、研磨处理，使用1mol/L的盐酸酸洗，过滤、干燥，得到疏水氮化硼纳米粉体；
改性壳聚糖气凝胶的制备包括以下步骤：
1）取0.83g对苯二甲酸、2.5mmoL4,4'-联吡啶和5mmoL六水合硝酸镍混合搅拌，加入100mLN,N-二甲基甲酰胺，升温至95℃保温48h，离心，用依次用N,N-二甲基甲酰胺、无水乙醇洗涤3次，干燥后在氩气氛围中升至590℃，保温2h，研磨后得到镍氮掺杂碳纳米材料；
2）将5g微晶纤维素与2g壳聚糖分别溶解在-12℃的混合氢氧化钠溶液中，搅拌后分别得到纳米纤维素溶液与壳聚糖溶液；将纳米纤维素溶液和壳聚糖溶液按体积比2:1共混，在-20℃下冷冻12h，在18℃下自然解冻，通过3次冻融处理，脱泡后加去离子水固化，水洗后得到复合水凝胶；
3）取0.3g的甲基三甲氧基硅烷、0.3g镍氮掺杂碳纳米材料溶于乙醇，得到改性浸渍液，将复合水凝胶在改性浸渍液中浸渍36h，清洗，在-20℃下冷冻12h，在18℃下自然解冻，通过3次冻融处理，脱泡后加去离子水固化，水洗后得到改性壳聚糖气凝胶；
混合氢氧化钠溶液为：以去离子水为溶剂，其中氢氧化钠的质量分数为7%，尿素的质量分数为12%；纳米纤维素溶液中纳米纤维素的质量分数为5%，壳聚糖溶液中壳聚糖的质量分数为2%；在改性浸渍液中甲基三甲氧基硅烷的浓度为2.2g/µL；
S5：将防腐涂料涂覆在预处理不锈钢带表面，形成防腐层，得到一种基于渗氮处理的不锈钢带。
实施例2
一种基于渗氮处理的不锈钢带的制备方法，包括以下步骤：
S1：将奥氏体不锈钢投入真空熔炼炉中进行熔炼，热轧后进行回火处理、固溶处理，形成不锈钢带；
回火处理的工作条件为：升温至250℃保温1h、随炉冷却，升温至550℃保温1h、随炉冷却，升温至750℃保温1h、随炉冷却；固溶处理的工作条件为：升温至950℃保温1h、水冷；
S2：将铬、镍和镧单质粉末研磨混合后，置于不锈钢带表面，进行激光熔覆，得到熔覆后不锈钢带；
铬、镍和镧单质粉末按照摩尔比为2：0.5：0.1进行配比；激光熔覆的工作条件为：激光功率为2.2kW，扫描速度为2.5mm/s，矩形光斑尺寸为10mm×1mm，多道搭接率为25%；
S3：将熔覆后不锈钢带精磨抛光后清洗干净，进行低温离子渗氮处理，得到预处理不锈钢带；
低温离子渗氮处理的工作条件为：氮气与氢气比为1：3，工作温度380℃，工作气压250Pa，工作电流12A，保温时间12h；
S4：将疏水氮化硼纳米粉体、改性壳聚糖气凝胶超声混合8min，加入水性聚氨酯搅拌1.5h，得到防腐涂料；
以质量份数计，防腐涂料中各组分组成为：0.8份疏水氮化硼纳米粉体、15份改性壳聚糖气凝胶、28份水性聚氨酯；
疏水氮化硼纳米粉体的制备包括以下步骤：将3mmoL镁、1mmoL氧化硼、0.6mmoL氮化硼与0.1mmoL氯化铵研磨混合，置于立式燃烧合成釜内，充入0.5MPa的氮气，采用螺旋状钨丝线圈通电发热的方式引燃反应剂粉末，并诱发燃烧合成反应，待反应结束后，除杂、破碎、研磨处理，使用1mol/L的盐酸酸洗，过滤、干燥，得到疏水氮化硼纳米粉体；
改性壳聚糖气凝胶的制备包括以下步骤：
1）取0.83g对苯二甲酸、2.5mmoL4,4'-联吡啶和5mmoL六水合硝酸镍混合搅拌，加入100mLN,N-二甲基甲酰胺，升温至98℃保温46h，离心，用依次用N,N-二甲基甲酰胺、无水乙醇洗涤4次，干燥后在氩气氛围中升至600℃，保温2h，研磨后得到镍氮掺杂碳纳米材料；
2）将5g微晶纤维素与2g壳聚糖分别溶解在-12℃的混合氢氧化钠溶液中，搅拌后分别得到纳米纤维素溶液与壳聚糖溶液；将纳米纤维素溶液和壳聚糖溶液按体积比2:1共混，在-20℃下冷冻12h，在20℃下自然解冻，通过4次冻融处理，脱泡后加去离子水固化，水洗后得到复合水凝胶；
3）取0.4g的甲基三甲氧基硅烷、0.4g镍氮掺杂碳纳米材料溶于乙醇，得到改性浸渍液，将复合水凝胶在改性浸渍液中浸渍38h，清洗，在-20℃下冷冻12h，在18-25℃下自然解冻，通过4次冻融处理，脱泡后加去离子水固化，水洗后得到改性壳聚糖气凝胶；
混合氢氧化钠溶液为：以去离子水为溶剂，其中氢氧化钠的质量分数为7%，尿素的质量分数为12%；纳米纤维素溶液中纳米纤维素的质量分数为5%，壳聚糖溶液中壳聚糖的质量分数为2%；在改性浸渍液中甲基三甲氧基硅烷的浓度为2.2g/µL；
S5：将防腐涂料涂覆在预处理不锈钢带表面，形成防腐层，得到一种基于渗氮处理的不锈钢带。
实施例3
一种基于渗氮处理的不锈钢带的制备方法，包括以下步骤：
S1：将奥氏体不锈钢投入真空熔炼炉中进行熔炼，热轧后进行回火处理、固溶处理，形成不锈钢带；
回火处理的工作条件为：升温至250℃保温1h、随炉冷却，升温至550℃保温1h、随炉冷却，升温至750℃保温1h、随炉冷却；固溶处理的工作条件为：升温至950℃保温1h、水冷；
S2：将铬、镍和镧单质粉末研磨混合后，置于不锈钢带表面，进行激光熔覆，得到熔覆后不锈钢带；
铬、镍和镧单质粉末按照摩尔比为2：0.5：0.1进行配比；激光熔覆的工作条件为：激光功率为2.2kW，扫描速度为2.5mm/s，矩形光斑尺寸为10mm×1mm，多道搭接率为25%；
S3：将熔覆后不锈钢带精磨抛光后清洗干净，进行低温离子渗氮处理，得到预处理不锈钢带；
低温离子渗氮处理的工作条件为：氮气与氢气比为1：3，工作温度385℃，工作气压300Pa，工作电流12A，保温时间12h；
S4：将疏水氮化硼纳米粉体、改性壳聚糖气凝胶超声混合10min，加入水性聚氨酯搅拌2h，得到防腐涂料；
以质量份数计，防腐涂料中各组分组成为：1份疏水氮化硼纳米粉体、20份改性壳聚糖气凝胶、35份水性聚氨酯；
疏水氮化硼纳米粉体的制备包括以下步骤：将3mmoL镁、1mmoL氧化硼、0.6mmoL氮化硼与0.1mmoL氯化铵研磨混合，置于立式燃烧合成釜内，充入0.5MPa的氮气，采用螺旋状钨丝线圈通电发热的方式引燃反应剂粉末，并诱发燃烧合成反应，待反应结束后，除杂、破碎、研磨处理，使用1mol/L的盐酸酸洗，过滤、干燥，得到疏水氮化硼纳米粉体；
改性壳聚糖气凝胶的制备包括以下步骤：
1）取0.83g对苯二甲酸、2.5mmoL4,4'-联吡啶和5mmoL六水合硝酸镍混合搅拌，加入100mLN,N-二甲基甲酰胺，升温至100℃保温44h，离心，用依次用N,N-二甲基甲酰胺、无水乙醇洗涤5次，干燥后在氩气氛围中升至605℃，保温2h，研磨后得到镍氮掺杂碳纳米材料；
2）将5g微晶纤维素与2g壳聚糖分别溶解在-12℃的混合氢氧化钠溶液中，搅拌后分别得到纳米纤维素溶液与壳聚糖溶液；将纳米纤维素溶液和壳聚糖溶液按体积比2:1共混，在-20℃下冷冻12h，25℃下自然解冻，通过5次冻融处理，脱泡后加去离子水固化，水洗后得到复合水凝胶；
3）取0.5g的甲基三甲氧基硅烷、0.5g镍氮掺杂碳纳米材料溶于乙醇，得到改性浸渍液，将复合水凝胶在改性浸渍液中浸渍40h，清洗，在-20℃下冷冻12h，在25℃下自然解冻，通过5次冻融处理，脱泡后加去离子水固化，水洗后得到改性壳聚糖气凝胶；
混合氢氧化钠溶液为：以去离子水为溶剂，其中氢氧化钠的质量分数为7%，尿素的质量分数为12%；纳米纤维素溶液中纳米纤维素的质量分数为5%，壳聚糖溶液中壳聚糖的质量分数为2%；在改性浸渍液中甲基三甲氧基硅烷的浓度为2.2g/µL；
S5：将防腐涂料涂覆在预处理不锈钢带表面，形成防腐层，得到一种基于渗氮处理的不锈钢带。
对比例1
以实施例3为对照组，未进行回火处理、固溶处理，其他工序正常。
对比例2
以实施例3为对照组，用气体渗氮处理替换低温离子渗氮处理，其他工序正常；
气体渗氮处理的工作条件为：氮气，工作温度385℃，工作气压30Pa，保温时间12h。
对比例3
以实施例3为对照组，未进行激光熔覆，其他工序正常。
对比例4
以实施例3为对照组，在制备防腐层时，用氮化硼纳米粉体替换疏水氮化硼纳米粉体，其他工序正常。
对比例5
以实施例3为对照组，在制备防腐层时，用壳聚糖替换改性壳聚糖气凝胶，其他工序正常。
对比例6
以实施例3为对照组，在制备防腐层时，没有制备镍氮掺杂碳纳米材料，其他工序正常。
对比例7
以实施例3为对照组，在制备防腐层时，没有制备疏水氮化硼纳米粉体、改性壳聚糖气凝胶，其他工序正常。
对比例8
以实施例3为对照组，没有制备防腐层，其他工序正常。
上述实施例与对比例中所用原料来源：
微晶纤维素（粒径25μm），阿法埃莎（中国）化学有限公司；壳聚糖（脱乙酰≥95%，黏度100-200mPa·s），水性聚氨酯W909580，镧L812353（99.5%），铬C915977（99.5%，200目），镍N814636（99.5%），上海麦克林生化科技有限公司；甲基三甲氧基硅烷（99%），Damas-beta公司；氢氧化钠、乙酸、甲醇、N,N-二甲基甲酰胺、二氯甲烷：分析纯，西陇科学股份有限公司；尿素、异丙醇：分析纯，国药集团化学试剂有限公司；无水乙醇：分析纯，上海振兴化工一厂；镁(99.9%，D50=75μm，中诺新材科技有限公司）、氧化硼(99.9%，D50=75μm，国药集团化学试剂有限公司）、氮化硼(分析纯，D50=1~2μm，上海麦克林生化科技有限公司）、氯化铵(分析纯，国药集团化学试剂有限公司）粉体；以质量百分数计，奥氏体不锈钢的组分成分：碳0.02%、硅1%、锰1.8%、铬17.21%、镍13%、钼2.25%，余量为铁。
性能测试：
对实施例1-3、对比例1-8所制得的耐磨奥氏体不锈钢带进行性能测试；
耐磨性：MMV-1A多功能材料摩擦行为测试仪测试，对磨材料（G铬15，直径5mm），转速为200r/min，载荷200g，时间40min，计算磨损量；
硬度测试：采用HV-1000Z型显微硬度计测试试样横截面的硬度分布，测试从渗氮层表面往基体深入，每隔0.05mm测一个点，直到基体侧3点以上硬度测试值基体一致；每一个位置测3个平行点，3点的硬度平均值为此位置的硬度值；加载载荷为100g，载荷保持时间为15s；
接触角：3μL去离子水；耐腐蚀性：参考GB/T 1771-2007进行盐雾测试，盐雾箱内温度为35℃，曝光时间1000h；所得结果如表1所示；
磨损量（10-3g/(N·m)） 硬度（HV） 接触角（°） 耐腐蚀性（1000h）
实施例1 1.03 235 149.8 无变色锈蚀情况
实施例2 0.87 238 150.4 无变色锈蚀情况
实施例3 0.78 245 152.3 无变色锈蚀情况
对比例1 2.11 185 142.3 /
对比例2 3.51 188 143.2 /
对比例3 3.82 182 141.1 /
对比例4 4.01 223 133 /
对比例5 4.32 228 135 /
对比例6 4.57 221 134 /
对比例7 4.91 224 121 /
对比例8 3.11 220 118 /
表1
本发明提供一种基于渗氮处理的不锈钢带的制备方法，制备的不锈钢带同时兼具优异的高硬度、耐磨性、疏水性。
将实施例3与对比例1进行对比，将奥氏体不锈钢形变后通过回火与固溶处理调节缺陷及第二相，从而达到增加渗氮层的厚度的目的，同时改善低温离子渗氮层的硬度及耐磨性；
将实施例3与对比例2、对比例3进行对比，进行对比，为提高渗氮的效率及提高渗氮层的厚度，在低温渗氮前进行稀土激光熔覆，选用铬、镍、镧进行熔覆层的制备，以铬、镍为主，镧为辅，通过成分优化，确定熔覆配方；因为合金元素铬、镍、镧在离子渗氮过程中会细化晶粒，使组织更均匀细小；且稀土元素在细化晶粒的同时，会提高内部的位错和晶界等缺陷，加快了N元素的扩散速度，与合金元素作用形成更加致密的铬N化合物层，提高了表面的硬度；
将实施例3与对比例8进行对比，为了延长耐磨不锈钢带的使用寿命，本发明在渗氮不锈钢带表面涂覆防腐层，在防腐层中，以水性聚氨酯作为基料，引入疏水氮化硼纳米粉体为填料，加入改性壳聚糖气凝胶，提高防腐层与不锈钢带之间的结合力，提升渗氮不锈钢带表面的表面疏水性、耐候性；
将实施例3与对比例4进行对比，以镁、氧化硼粉体和高压氮气为主要原料，采用燃烧合成工艺，制备具有核壳结构的氧化镁-氮化硼复相陶瓷粉体，通过酸洗过程除去氧化镁获得了具有微纳分级结构的疏水氮化硼粉体，添加氯化铵是为了防止镁粉在燃烧反应产生的高温下熔融团聚，从而确保氮气的渗透性；
将实施例3与对比例5进行对比，以微晶纤维素、壳聚糖为网络单元，以氢氧化钠/尿素/水为溶剂体系、甲基三甲氧基硅烷、镍氮掺杂碳纳米材料为改性剂，采用“冻融-浸渍”两步法制得三维互穿多孔结构的超疏水改性壳聚糖气凝胶，经过冻融作用，微晶纤维素和壳聚糖表面丰富的亲水基团可以通过氢键和物理缠结等相互作用，形成网络互通结构，提高气凝胶的网络强度，赋予其循环再生；
将实施例3与对比例6进行对比，利用配体4,4'-联吡啶和对苯二甲酸制备了一种针状镍基MOF，经过开放式一步热解法得到了具有高金属负载量的镍氮掺杂碳纳米材料，从而进一步提高防腐层与不锈钢带之间的结合力；通过控制热解温度，得到高度分散、粒径均一的镍氮掺杂碳纳米材料活性位点与丰富的缺陷位点，从而增强防腐层的网络强度；
将实施例3与对比例7进行对比，通过甲基三甲氧基硅烷、镍氮掺杂碳纳米材料与改性壳聚糖气凝胶表面的羟基发生水解缩合反应，实现硅烷化疏水改性，从而提高防腐层的疏水性。
以上所述仅为本发明的为实施例，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 (8)

1.一种基于渗氮处理的不锈钢带的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：将奥氏体不锈钢投入真空熔炼炉中进行熔炼，热轧后进行回火处理、固溶处理，形成不锈钢带；
S2：将铬、镍和镧单质粉末研磨混合后，置于不锈钢带表面，进行激光熔覆，得到熔覆后不锈钢带；
S3：将熔覆后不锈钢带精磨抛光后清洗干净，进行低温离子渗氮处理，得到预处理不锈钢带；
S4：将疏水氮化硼纳米粉体、改性壳聚糖气凝胶超声混合5-10min，加入水性聚氨酯搅拌1-2h，得到防腐涂料；
S5：将防腐涂料涂覆在预处理不锈钢带表面，形成防腐层，得到一种基于渗氮处理的不锈钢带；
疏水氮化硼纳米粉体的制备包括以下步骤：将氯化铵与镁、氧化硼、氮化硼研磨混合，置于立式燃烧合成釜内，充入氮气，采用螺旋状钨丝线圈通电发热的方式引燃反应剂粉末，并诱发燃烧合成反应，待反应结束后，除杂、破碎、研磨处理，使用盐酸酸洗，过滤、干燥，得到疏水氮化硼纳米粉体；
改性壳聚糖气凝胶的制备包括以下步骤：
1）取对苯二甲酸、4,4'-联吡啶和六水合硝酸镍混合搅拌，加入N,N-二甲基甲酰胺，升温至95-100℃保温44-48h，离心，依次用N,N-二甲基甲酰胺、无水乙醇洗涤3-5次，干燥后在氩气氛围中升至590-605℃，保温2h，研磨后得到镍氮掺杂碳纳米材料；
2）将微晶纤维素与壳聚糖分别溶解在混合氢氧化钠溶液中，搅拌后分别得到纳米纤维素溶液与壳聚糖溶液；将纳米纤维素溶液和壳聚糖溶液按体积比2:1共混，在-20℃下冷冻12h，在18-25℃下自然解冻，通过3-5次冻融处理，脱泡，水洗后得到复合水凝胶；
3）取甲基三甲氧基硅烷、镍氮掺杂碳纳米材料溶于乙醇，得到改性浸渍液，将复合水凝胶在改性浸渍液中浸渍36-40h，清洗，在-20℃下冷冻12h，在18-25℃下自然解冻，通过3-5次冻融处理，脱泡，水洗后得到改性壳聚糖气凝胶。
2.根据权利要求1所述的一种基于渗氮处理的不锈钢带的制备方法，其特征在于，铬、镍和镧单质粉末的摩尔比为2：0.5：0.1。
3.根据权利要求1所述的一种基于渗氮处理的不锈钢带的制备方法，其特征在于，回火处理的工作条件为：升温至250℃保温1h、随炉冷却，升温至550℃保温1h、随炉冷却，升温至750℃保温1h、随炉冷却；固溶处理的工作条件为：升温至950℃保温1h、水冷。
4.根据权利要求1所述的一种基于渗氮处理的不锈钢带的制备方法，其特征在于，激光熔覆的工作条件为：激光功率为2.2kW，扫描速度为2.5mm/s，矩形光斑尺寸为10mm×1mm，多道搭接率为25%。
5.根据权利要求1所述的一种基于渗氮处理的不锈钢带的制备方法，其特征在于，低温离子渗氮处理的工作条件为：氮气与氢气比为1：3，工作温度为375-385℃，工作气压为200-300Pa，工作电流12A，工作时间为12h。
6.根据权利要求1所述的一种基于渗氮处理的不锈钢带的制备方法，其特征在于，以质量份数计，防腐涂料中各组分组成为：0.5-1份疏水氮化硼纳米粉体、10-20份改性壳聚糖气凝胶、20-35份水性聚氨酯。
7.根据权利要求1所述的一种基于渗氮处理的不锈钢带的制备方法，其特征在于，改性壳聚糖气凝胶的制备中，4,4'-联吡啶和六水合硝酸镍的摩尔比为1：2；混合氢氧化钠溶液为：以去离子水为溶剂，其中氢氧化钠的质量分数为7%，尿素的质量分数为12%；纳米纤维素溶液中纳米纤维素的质量分数为5%，壳聚糖溶液中壳聚糖的质量分数为2%；甲基三甲氧基硅烷、镍氮掺杂碳纳米材料的质量比为1：1，在改性浸渍液中甲基三甲氧基硅烷的浓度为2.2g/µL。
8.一种基于渗氮处理的不锈钢带，其特征在于，由权利要求1-7中任一项制备方法制造得到。
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