RU2514233C2 - Способ обработки поверхности стали - Google Patents
Способ обработки поверхности стали Download PDFInfo
- Publication number
- RU2514233C2 RU2514233C2 RU2012129137/02A RU2012129137A RU2514233C2 RU 2514233 C2 RU2514233 C2 RU 2514233C2 RU 2012129137/02 A RU2012129137/02 A RU 2012129137/02A RU 2012129137 A RU2012129137 A RU 2012129137A RU 2514233 C2 RU2514233 C2 RU 2514233C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- laser
- treatment
- steel
- feo
- processing
- Prior art date
Links
Landscapes
- ing And Chemical Polishing (AREA)
- Chemical Treatment Of Metals (AREA)
Abstract
Изобретение относится к способу обработки поверхности стали. Осуществляют подготовку поверхности путем очистки от окалины и обработку лазерным лучом. Лазерную обработку поверхности проводят импульсной генерацией лазерного излучения с длиной волны 0,8-1,2 мкм, мощностью излучения 105-107 Вт/см2, частотой импульсов 28-35 кГц и скоростью сканирования лазером поверхности в зоне обработки 8-12 см/с. Для образования на поверхности стали слоя из оксидов железа, обеспечивающего сохранение состава и свойств более глубоких слоев металла, лазерную обработку поверхности проводят на глубину поверхности 10-40 нм. Технический результат заключается в повышении коррозионной стойкости стали.1 з.п.ф-лы, 1 табл.
Description
Изобретение относится к области материаловедения и обработки поверхности металлов, а именно к снижению скорости коррозии нелегированных и низколегированных сталей.
Известен способ защиты металлических поверхностей от коррозии методом высокоэнергетического воздействия, например лазерным переплавом [1].
Известен также способ [2] защиты металлических поверхностей от коррозии, заключающийся в том, что лазерному переплаву подвергают лишь небольшую часть поверхности, в результате чего происходит частичное выгорание углерода в стали. Обработанные поверхности становятся более однородными, в действие вступает локальная гальванопара «обработанная - необработанная поверхность», что, по мнению авторов, снижает общий коррозионный ток (прототип).
В то же время известно, что наиболее эффективное снижение коррозии низколегированных и нелегированных сталей наблюдается при переходе их в пассивное состояние. Однако обычные углеродистые стали пассивируются лишь в присутствии ингибиторов окислительного типа или при высоких значениях рН среды.
Нами была поставлена задача повысить коррозионную стойкость поверхности стали путем реализации специального режима лазерной обработки.
Поставленная задача перевода поверхности стали в пассивное состояние с повышенной коррозионной стойкостью была достигнута в результате лазерной обработки поверхности в условиях импульсной генерации лазерного излучения с длиной волны 0,8-1,2 мкм, мощностью излучения 10-10 Вт/см, частотой импульсов 28-35 кГц и скоростью сканирования лазером поверхности в зоне обработки 8-12 см/с. При этом для образования на поверхности стали слоя из оксидов железа, обеспечивающего сохранение состава и свойств более глубоких слоев металла, лазерную обработку поверхности проводили на глубину поверхности 10-40 нм в вакууме, в среде инертного газа или на воздухе.
Результаты исследований показали, что в ходе лазерной обработки, например поверхности стали 40Х при заявляемом режиме, согласно данным рентгено-фотоэлектронной спектроскопии, образуются наноразмерные негидратированные оксиды Fe(+2) и Fe(+3). Данные оксиды имеют прочную химическую связь с подложкой и, в отличие от оксидов, образующихся при пассивации сталей в водных растворах, не разрушаются при депассивации. Иначе говоря, после лазерной обработки в выбранном режиме поверхность стали изначально находится в состоянии пассивации.
Конкретные примеры реализации изобретения
Изучались образцы стали 40Х и У10, которые представляли из себя цилиндры с площадью основания 0,6-1,6 см2. Для обработки поверхности использовался оптоволоконный иттербиевый импульсный лазер с длиной около 1 мкм, плотностью мощности излучения 106 Вт/см2. Скорость сканирования луча лазера в зоне обработки 10 см/с, частота следования импульсов - 33 кГц.
Основание цилиндра служило рабочей поверхностью электрода. Подготовка поверхности перед электрохимическими исследованиями заключались в зачистке образцов от окалины на шлифовальной бумаге и дополнительной шлифовке поверхности порошком Al2O3, смоченным дистиллированной водой.
Исследовались обработанные лазерным облучением стали 40Х:
№26 - без лазерной обработки;
№27 - лазерная обработка на воздухе;
№28 - лазерная обработка в аргоне;
№29 - лазерная обработка в вакууме 10-2 мм рт.ст.;
сталь У10 - без обработки;
№120 - лазерная обработка вакуум-аргон;
№121 - лазерная обработка в воздухе с аргоном;
№122 - лазерная обработка в вакууме с аргоном.
Поляризационные измерения выполнены в потенциодинамическом режиме на потенциостате IPC-Pro L в стандартной электрохимической ячейке ЯСЭ-2 при комнатной температуре в условиях естественной аэрации. В качестве электрода сравнения использовали хлорид-серебряный электрод, вспомогательный - платиновый.
Поляризационные измерения в анодной области потенциалов проводились при скорости развертки потенциала 1 мВ/с. Температура (22±2)°С, фоновый электролит - боратный буферный раствор с рН 7,4.
После подготовки образцов к испытаниям в анодной области их помещали в электрохимическую ячейку с соответствующим раствором, выдерживали до установления стационарного потенциала (10-15 минут) и включали анодную поляризацию со скоростью 1 мВ/с. Плотность тока пересчитывали на видимую поверхность электрода.
Ниже приведены величины токов анодного растворения указанных образцов, характеризующие скорость коррозии при потенциале +500 мВ.
Можно видеть, что электроды, прошедшие лазерную обработку, показывают меньшие токи анодного растворения. В ряду образцов наблюдается рост коррозионной стойкости поверхности металла.
ст.40Х (без обработки) | 13 мкА/см2 |
образец №27 | 11 мкА/см2 |
образец №28 | 9 мкА/см2 |
образец №29 | 5 мкА/см2 |
Таким образом, наблюдается повышение коррозионной стойкости ст.40Х после выбранных режимов лазерной обработки.
В табл.1 и 2 приведены результаты РФЭС исследований образца из ст.40Х без обработки и образца №29, подвергнутых лазерной обработке.
С целью определения состава слоев, ответственных за коррозионную стойкость поверхности, исследовали образцы после коррозионно-электрохимических испытаний.
Таблица 1 | ||||||
Результаты РФЭС - исследования образцов стали 40Х с выдержкой в растворе с рН 7,4 при потенциале пассивного состояния без лазерной обработки | ||||||
Глубина l, нм | Относительная доля соединения, % | Строение поверхностных слоев | ||||
Fe | Fe-O (аде.) | FeO | FeO(OH) | Fe2O3 | ||
3 | 20,4 | 89,6 | - | - | - | Fe, Fe-O (аде.) |
9 | 64,5 | - | 28,7 | - | 6,8 | Fe, FeO, Fe2O3 |
22 | 70,5 | - | 20,3 | - | 9,2 | Fe, FeO, Fe2O3 |
Таблица 2 | |||||
Результаты РФЭС - исследования образцов стали 40Х в вакууме с выдержкой в растворе с рН 7,4 при потенциале пассивного состояния после лазерной обработки | |||||
Глубина l, нм | Относительная доля соединения, % | Строение поверхностных слоев | |||
Fe | Fe-O (аде.) | FeO | FeO(OH) | ||
3 | 38,6 | - | 45,7 | 15,7 | Fe, FeO, FeO(OH) |
9 | 51,0 | - | 31,3 | 17,7 | Fe, FeO, FeO(OH) |
22 | 100 | - | - | - | Fe |
Из табл.1 видно, что на поверхности ст.40Х без лазерной обработки поверхностный слой на глубине 3 нм состоит из железа и системы Fe-O, которую можно считать адсорбционной формой кислорода. На глубине 9 нм возрастает количество железа и появляется сигнал, соответствующий уже химическому соединению FeO в количестве 28,7%. В пассивирующем слое фиксируется и появление железа в степени окисления+3 (Fe2O3-6,8%). Не исключено, что этот оксид образуется в результате доокисления FeO. На глубине 22 нм становится выше содержание железа, сокращается количество оксида FeO, за счет чего выросло количество Fe2O3.
Эти данные дают основание считать, что исходный образец ст.40Х уже имеет элементы пассивного слоя. По мере контакта с электролитом этот слой за счет доокисления FeO до Fe2O3 становится более дефектным и, хотя при этом металл запассивирован, стойкость его меньше, чем, например, у легированных сталей.
У лазернообработанного образца пассивационный слой, состоящий из частичного окисленного железа, не превышает по толщине 9 нм. На глубине 22 нм никаких сигналов, кроме Fe, спектр РФЭС не дает. Данный образец содержит на поверхности FeO, Fe2O3 и частично гидратированный оксид FeO(OH). Процесс дальнейшего образования соединения Fe(III) не происходит, поэтому оксидный слой более плотный, хотя более тонкий, обладающий хорошими защитными свойствами. Этим и объясняется высокая коррозионная стойкость ст.40Х после лазерной обработки.
Аналогичные данные по переводу углеродистой стали в пассивное состояние получены на примере образцов из обработанных по выбранной технологии ст.У10. Согласно этим данным величины анодного тока растворения этой стали при потенциале +500 мВ составляют:
Образец | Плотность тока, мкА/см2 |
ст.У-10 (без обработки) | 9 |
№120 | 6 |
№121 | 8 |
№122 | 4 |
1. Колотыркин В.М., Княжева В.М. Возможности высокоэнергетических методов обработки поверхностей металлов для защиты от коррозии.// Защита металлов, 1991, Т.27, №2, С.184-186.
2. Патент РФ №2061100. Опубл. 27.05.1996 (прототип).
3. Патент РФ №2443506. Опубл. 27.02.2012.
Claims (2)
1. Способ обработки поверхности стали лазерной обработкой, включающий подготовку поверхности путем очистки от окалины и обработку лазерным лучом, отличающийся тем, что лазерную обработку поверхности проводят импульсной генерацией лазерного излучения с длиной волны 0,8-1,2 мкм, мощностью излучения 105-107 Вт/см2, частотой импульсов 28-35 кГц и скоростью сканирования лазером поверхности в зоне обработки 8-12 см/с.
2. Способ п.1, отличающийся тем, что лазерную обработку поверхности проводят на глубину поверхности 10-40 нм в вакууме, в среде инертного газа или на воздухе.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012129137/02A RU2514233C2 (ru) | 2012-07-10 | 2012-07-10 | Способ обработки поверхности стали |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012129137/02A RU2514233C2 (ru) | 2012-07-10 | 2012-07-10 | Способ обработки поверхности стали |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2012129137A RU2012129137A (ru) | 2014-01-20 |
RU2514233C2 true RU2514233C2 (ru) | 2014-04-27 |
Family
ID=49944830
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012129137/02A RU2514233C2 (ru) | 2012-07-10 | 2012-07-10 | Способ обработки поверхности стали |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2514233C2 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2718819C1 (ru) * | 2016-11-23 | 2020-04-14 | Аперам | Способ лазерной очистки от окалины движущегося металлического продукта и устройство для его осуществления |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2061100C1 (ru) * | 1994-03-25 | 1996-05-27 | Государственная академия нефти и газа им.И.М.Губкина | Способ предотвращения коррозии поверхности металлических изделий |
RU2125615C1 (ru) * | 1998-03-24 | 1999-01-27 | Институт сильноточной электроники СО РАН | Способ поверхностной обработки изделий из конструкционных сплавов |
US6210806B1 (en) * | 1998-02-23 | 2001-04-03 | Sumitomo Metal Industries, Ltd. | Martensitic stainless steel having oxide scale layers |
US6576068B2 (en) * | 2001-04-24 | 2003-06-10 | Ati Properties, Inc. | Method of producing stainless steels having improved corrosion resistance |
-
2012
- 2012-07-10 RU RU2012129137/02A patent/RU2514233C2/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2061100C1 (ru) * | 1994-03-25 | 1996-05-27 | Государственная академия нефти и газа им.И.М.Губкина | Способ предотвращения коррозии поверхности металлических изделий |
US6210806B1 (en) * | 1998-02-23 | 2001-04-03 | Sumitomo Metal Industries, Ltd. | Martensitic stainless steel having oxide scale layers |
RU2125615C1 (ru) * | 1998-03-24 | 1999-01-27 | Институт сильноточной электроники СО РАН | Способ поверхностной обработки изделий из конструкционных сплавов |
US6576068B2 (en) * | 2001-04-24 | 2003-06-10 | Ati Properties, Inc. | Method of producing stainless steels having improved corrosion resistance |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2718819C1 (ru) * | 2016-11-23 | 2020-04-14 | Аперам | Способ лазерной очистки от окалины движущегося металлического продукта и устройство для его осуществления |
US11548046B2 (en) | 2016-11-23 | 2023-01-10 | Aperam | Method for laser stripping a moving metal product and plant for the execution thereof |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2012129137A (ru) | 2014-01-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Razavi et al. | Corrosion behaviour of laser gas nitrided Ti–6Al–4V in HCl solution | |
Loto et al. | Synergistic effect of tobacco and kola tree extracts on the corrosion inhibition of mild steel in acid chloride | |
US20210262107A1 (en) | Process for treating the surface of a part made of aluminium or aluminium alloy or of magnesium or magnesium alloy | |
JP2016000857A (ja) | ステンレス鋼の不動態化方法 | |
Cui et al. | Effect of NaCl concentration, pH value and tensile stress on the galvanic corrosion behavior of 5050 aluminum alloy | |
KR20160022931A (ko) | 산화성 전해질 산 욕에서의 스테인레스 강 피클링 | |
Aramaki et al. | Prevention of passive film breakdown and corrosion of iron in 0.1 M KClO4 with and without Cl− by covering with an ultrathin two-dimensional polymer coating and healing treatment in 0.1 M NaNO3 | |
Aramaki et al. | An ultrathin polymer coating of carboxylate self-assembled monolayer adsorbed on passivated iron to prevent iron corrosion in 0.1 M Na2SO4 | |
RU2514233C2 (ru) | Способ обработки поверхности стали | |
Klapper et al. | Electrochemical noise from oxygen reduction on stainless steel surfaces | |
Razavi et al. | Corrosion behaviour of laser gas-nitrided Ti–6Al–4V alloy in nitric acid solution | |
Rocha et al. | Investigation on the relationship between the surface chemistry and the corrosion resistance of Electrochemically Nitrided AISI 304 stainless steel | |
Lee et al. | Crevice corrosion resistance of stainless steels in natural sea water with different post welding treatment | |
Guergova et al. | Corrosion stability of stainless steel, modified electrochemically with Ce2O3-CeO2 films, in 3.5% NaCl media | |
Reshetnikov et al. | Effect of laser treatment of unalloyed steel on the efficiency of benzotriazole as a corrosion inhibitor in a neutral medium | |
RU2513670C2 (ru) | Способ повышения коррозионной стойкости нелегированной стали | |
Aramaki et al. | Protection of passivated iron against corrosion in a 0.1 M NaNO3 solution by coverage with an ultrathin polymer coating of carboxylate SAM | |
Rangel et al. | Li-based conversion coatings on aluminium: An electrochemical study of coating formation and growth | |
Wolff et al. | Stability and electrochemical properties of passive layers on Fe-Si alloys | |
Feng et al. | Synergistic effects between sodium tripolyphosphate and zinc sulfate in corrosion inhibition for copper in neutral tap water | |
Razavi et al. | Effect of laser gas nitriding on the microstructure and corrosion properties of Ti–6Al–4V alloy | |
Cheng et al. | Study on the passive film formed on 2205 stainless steel in acetic acid by AAS and XPS | |
JP2003082495A (ja) | 含弗素乃至含弗素・酸素系被膜層を形成させたステンレス鋼とその製造方法 | |
FATAH et al. | Semiconducting properties of passive films formed on AISI 420 stainless steel in nitric acid solutions | |
JP2008261017A (ja) | 黒染め耐食性被膜及び該耐食性被膜を備える機械装置、並びに、耐食性被膜の形成方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160711 |