專利名稱：冷軋低碳鋼板表面形成復合結(jié)構(gòu)層的耐腐蝕處理方法
冷軋低碳鋼板表面形成復合結(jié)構(gòu)層的耐腐蝕處理方法

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種冷軋低碳鋼板表面形成復合結(jié)構(gòu)層的耐腐蝕處理方法，屬金屬表 面防腐處理技術(shù)領域。
背景技術(shù)：
腐蝕給人類社會帶來的直接損失是巨大的。20世紀70年代前后很多工業(yè)發(fā)達國 家相繼進行的腐蝕調(diào)查結(jié)果表明，腐蝕的損失占全國GNP的-5%。腐蝕還可能會引發(fā) 災難性的后果。這次調(diào)查使各國非常關(guān)注腐蝕的危害，在此后的幾十年間，人們在不同程度 上進行了金屬的保護工作，如最常見的防腐技術(shù)有緩蝕劑的使用、防腐蝕表面層技術(shù)、電化 學保護和合理選材等。但目前鋼的防腐蝕手段仍存在防護效果差、工藝復雜等缺陷，全球每年因腐蝕造 成的經(jīng)濟損失達7000億美元。溶膠-凝膠法是近年來發(fā)展起來的制備納米材料的新方法， 已廣泛應用于納米顆粒和納米薄膜。它是以適當?shù)挠袡C鹽或無機鹽為原料，經(jīng)過水解和縮 聚反應在基材表面膠凝成薄膜，最后經(jīng)干燥、熱處理等獲得一定結(jié)構(gòu)的表面薄膜，和傳統(tǒng)的 薄膜制備法相比，此方法制得的薄膜在使用壽命、工藝、保護功能和成本等方面都有很大的 提高。大約在20世紀90年代就有人開始在合金表面制備Ti02、Al203和SiO2溶膠-凝膠涂 層，并對它們的應用進行了廣泛的研究，被證實具有良好的抗高溫、耐腐蝕的能力。但單一 組分或雙組分的氧化物涂層具有一定的局限性，為了更好的提高涂層的性能，人們開始嘗 試制備多組分氧化物涂層，這樣會是薄膜更連續(xù)和致密，提高材料的耐腐蝕性和熱穩(wěn)定性。納米科學是20世紀80年代末誕生并正在迅猛發(fā)展的前沿性、交叉性的高科技新 興學科領域。納米尺寸的金屬顆粒由于具有小尺寸效應、量子尺子效應、表面效應和宏觀量 子隧道效應等特殊的性質(zhì)，因而具有不同于相應塊體材料的光學、電磁學及化學性能，與常 規(guī)材料相比，它在材料科學、信息科學、催化及生命科學等領域具有無可比擬的優(yōu)越性，在 實際應用和理論上都具有極大的研究價值。此外，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，納米粉體及納米薄 膜的制備、研究及應用也越來越廣泛。金屬表面合金化也是一種重要的提高金屬耐蝕性的方法，它是指在基體金屬中加 入一定比例的能促進鈍化的合金元素如Cr、Al、V、Ti、B、Zn等，在外界條件下表面生成鈍化 膜或者是獲得與基體具有冶金結(jié)合的各種特殊的化合物層，使得材料的硬度、耐磨性、耐腐 蝕性能和抗高溫氧化性能提高。工業(yè)上一般有三種合金化方法獲得耐蝕合金1)提高金屬 或合金的熱力學穩(wěn)定性；2)加入易鈍化合金元素，如Cr、Ni、Mo等可提高基體金屬的耐蝕 性；3)加入能促使合金表面生成致密的腐蝕產(chǎn)物保護膜的合金元素?；谇叭说难芯砍晒?，本發(fā)明綜合了金屬涂層的表面處理技術(shù)、溶膠-凝膠法制 備納米薄膜以及鋼板表面合金化等熱點研究領域。先通過溶膠_凝膠法和超聲處理等技術(shù) 相結(jié)合制備納米SO2和WO3,在不銹鋼表面噴涂SO2薄膜后經(jīng)過熱處理，然后再噴涂WO3薄膜 并在強還原性氣氛下將部分還原出的金屬溶入基體金屬中，和與基體結(jié)合力強、均勻性好 的無機物涂層/合金化層復合的冷軋低碳鋼表面層結(jié)構(gòu)一起作用，以期獲得優(yōu)良的耐腐蝕性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種冷軋低碳鋼板表面耐腐蝕的處理方法。本發(fā)明一種冷軋低碳鋼板表面形成復合結(jié)構(gòu)層的耐腐蝕處理方法，其特征在于具 有以下的處理過程和步驟a、材料的前處理將欲處理的冷軋低碳鋼板用無水乙醇、丙酮和去離子水依次進行超聲清洗，干燥 后備用；b、鋼材表面形成SiO2薄膜采用溶膠-凝膠法，采用純正硅酸乙酯(TEOS)、無水乙醇(EtOH)和去離子水，并加 入適量的鹽酸做催化劑，制成SiO2溶膠，正硅酸乙酯(TEOS)、無水乙醇(EtOH)和去離子水 三者的的摩爾比即TEOS EtOH H2O=I (4 8) (6 10)；鹽酸的用量為正硅酸
乙酯重量用量的2% 3% ；將制得的SiO2溶膠熱噴涂于處理好的冷軋低碳鋼表面，然后置于管式電阻爐中進 行熱處理；熱處理溫度為350°C 550°C，升溫梯度為1 8°C /min ；C、在SiO2薄膜上再生成WO3薄膜采用溶膠凝膠法用鎢粉和H2O2先制得多聚鎢酸溶膠，然后在表面噴涂成膜；其過 程是將濃度為99. 8%的鎢粉和一定量的H2O2放入燒瓶中，在加熱攪拌條件下使其混合并 發(fā)生氧化還原反應，最終得到淺黃色透明的溶液；將該溶液中加入一定量的無水乙醇，所述 溶液與無水乙醇用量的體積比為1 10，經(jīng)減壓加熱蒸餾至一定濃度后，獲得橙色透明的 多聚鎢酸溶膠，然后將該溶膠在表面噴涂成膜；d、加氫還原熱處理將涂有SiO2和WO3膜層的鋼板在管式電阻爐中進行加氫還原熱處理，其工藝參數(shù) 如下溫度350°C 550°C，升溫梯度1 8°C/min,保溫時間2 10h，H2 流量50 200mL/min ；最終在冷軋低碳鋼板表面形成SiO2-W涂層/Fe-W-Si合金化層復合結(jié)構(gòu)，該復合 結(jié)構(gòu)層具有較強的耐腐蝕性能。本發(fā)明的特點在于它不同于以往的復合膜制備方法，本發(fā)明方法在進行還原熱 處理后，使得冷軋低碳鋼板表面獲得SiO2-W涂層/Fe-W-Si合金化層復合結(jié)構(gòu)，使得薄膜均 勻、附著力強，可提高冷軋低碳鋼板的耐腐蝕性能。
具體實施例方式現(xiàn)將本發(fā)明的具體實施例敘述于后。實施例1
4
取冷軋低碳鋼板10X10X1. 6mm若干片，將其工作面用金相砂紙打磨，經(jīng)無水乙
醇、丙酮和去離子水依次清洗后，干燥，放置于干燥箱中備用。將正硅酸乙酯(TEOS)、無水乙醇(EtOH)和去離子水的摩爾比按1 4 6制備 SiO2溶膠后噴涂到冷軋低碳鋼板表面，自然風干，復合納米涂層厚度為2. 5 μ m。然后在管式 電阻爐中進行熱處理，其熱處理工藝參數(shù)為溫度為350°C，升溫梯度為先1°C /min，升溫到 200°C后改為6°C /min，保溫時間為4h，降溫梯度為空冷。隨后再在表面噴涂WO3涂層，在管 式電阻爐中進行加氫還原熱處理，其工藝參數(shù)為溫度為350°C，升溫梯度為2V /min，保溫 時間為4h，降溫梯度為空冷，H2氣流量為180mL/min。WO3涂層采用溶膠凝膠法，將鎢粉與H2O2反應，使鎢粉過氧化獲得多聚鎢酸溶膠； 然后噴涂成膜。其制備過程如下將一定比例的黑色W粉(純度99.8% )和H2O2加入到清潔干凈的燒瓶中混合發(fā) 生氧化還原反應，用玻璃棒不斷地攪拌散熱直至W粉完全溶解；用濾紙和漏斗過濾掉極少量未反應的W粉，用鉬網(wǎng)去除未反應的H2O2后得到淺黃 色透明的溶液；按溶液與無水乙醇體積比大約為1 10的比例加入無水乙醇，減壓加熱蒸餾至一 定的濃度后獲得橙色透明的多聚鎢酸溶膠，然后將制得的溶膠在表面噴涂成膜。耐腐蝕性能測試將表面獲得SiO2涂層/W-Si合金化層復合結(jié)構(gòu)的低碳鋼表面進行鹽霧實驗，同時 浸泡于5%氯化鈉溶液中30min后，測試其極化曲線。測試結(jié)果如表1.所示。實施例2按照實施例1的方法制備冷軋低碳鋼板樣品。將正硅酸乙酯(TEOS)、無水乙醇(EtOH)和去離子水的摩爾比按1 6 8制備 SiO2溶膠后噴涂到冷軋低碳鋼板表面，自然風干，復合納米涂層厚度為2. 5 μ m。然后在管式 電阻爐中進行熱處理，其熱處理工藝參數(shù)為溫度為350°C，升溫梯度為先1°C /min，升溫到 200°C后改為6°C /min，保溫時間為4h，降溫梯度為空冷。隨后再在表面噴涂WO3涂層，在管 式電阻爐中進行加氫還原熱處理，其工藝參數(shù)為溫度為350°C，升溫梯度為2V /min，保溫 時間為4h，降溫梯度為空冷，H2氣流量為180mL/min。WO3涂層的制備過程同上述實施例1。耐腐蝕性能測試將表面獲得SiO2-W涂層/Fe-W-Si合金化層復合結(jié)構(gòu)的冷軋低碳鋼板進行鹽霧實 驗，同時浸泡在5%氯化鈉溶液中30min后，測試其極化曲線。測試結(jié)果如表1.所示。實施例3按照實施例1的方法制備冷軋低碳鋼板樣品。將正硅酸乙酯(TEOS)、無水乙醇(EtOH)和去離子水的摩爾比按1 4 6制備 SiO2溶膠后噴涂到冷軋低碳鋼板表面，自然風干，復合納米涂層厚度為2. 5 μ m。然后在管式 電阻爐中進行熱處理，其熱處理工藝參數(shù)為溫度為450°C，升溫梯度為先1°C /min，升溫到 200°C后改為6°C /min，保溫時間為4h，降溫梯度為空冷。隨后再在表面噴涂WO3涂層，在管 式電阻爐中進行還原熱處理，其工藝參數(shù)為溫度為450°C，升溫梯度為2V /min，保溫時間 為4h，降溫梯度為空冷，H2氣流量為180mL/min。
WO3涂層的制備過程同上述實施例1。耐腐蝕性能測試將表面獲得SiO2-W涂層/Fe-W-Si合金化層復合結(jié)構(gòu)的冷軋低碳鋼板進行鹽霧實 驗，同時浸泡在5%氯化鈉溶液中30min后，測試其極化曲線。測試結(jié)果如表1.所示。實施例4按照實施例1的方法制備冷軋低碳鋼板樣品。將正硅酸乙酯(TEOS)、無水乙醇(EtOH)和去離子水的摩爾比按1 6 8制備 SiO2溶膠后噴涂到冷軋低碳鋼板表面，自然風干，復合納米涂層厚度為2. 5 μ m。然后在管式 電阻爐中進行熱處理，其熱處理工藝參數(shù)為溫度為550°C，升溫梯度為先1°C /min，升溫到 200°C后改為6°C /min，保溫時間為4h，降溫梯度為空冷。隨后再在表面噴涂WO3涂層，在管 式電阻爐中進行還原熱處理，其工藝參數(shù)為溫度為350°C，升溫梯度為2V /min，保溫時間 為4h，降溫梯度為空冷，H2氣流量為180mL/min。WO3涂層的制備過程同上述實施例1。耐腐蝕性能測試將表面獲得SiO2-W涂層/Fe-W-Si合金化層復合結(jié)構(gòu)的冷軋低碳鋼板進行鹽霧實 驗，同時浸泡在5%氯化鈉溶液中30min后，測試其極化曲線。測試結(jié)果如表1.所示。實施例5按照實施例1的方法制備冷軋低碳鋼板樣品。將正硅酸乙酯(TEOS)、無水乙醇(EtOH)和去離子水的摩爾比按1 8 10制備 SiO2溶膠后噴涂到冷軋低碳鋼板表面，自然風干，復合納米涂層厚度為1. 5 μ m。然后在管式 電阻爐中進行熱處理，其熱處理工藝參數(shù)為溫度為550°C，升溫梯度為先1°C /min，升溫到 200°C后改為6°C /min，保溫時間為4h，降溫梯度為空冷。隨后再在表面噴涂WO3涂層，在管 式電阻爐中進行還原熱處理，其工藝參數(shù)為溫度為550°C，升溫梯度為2V /min，保溫時間 為4h，降溫梯度為空冷，H2氣流量為180mL/min。WO3涂層的制備過程同上述實施例1。耐腐蝕性能測試將表面獲得SiO2-W涂層/Fe-W-Si合金化層復合結(jié)構(gòu)的冷軋低碳鋼板進行鹽霧實 驗，同時浸泡在5%氯化鈉溶液中30min后，測試其極化曲線。測試結(jié)果如表1.所示。表1.不同處理條件下獲得的冷軋低碳鋼板樣品的耐腐蝕性能測試結(jié)果 從上表1中的實驗結(jié)果可證明利用本發(fā)明技術(shù)處理過的冷軋低碳鋼板表面的較 未處理的冷軋低碳鋼板腐蝕電流密度低，且鹽霧試驗時間較長，說明經(jīng)過本發(fā)明的表面處 理方法可使其耐腐蝕性能大大提高，得到了預期理想的結(jié)果。
權(quán)利要求
一種冷軋低碳鋼板表面形成復合結(jié)構(gòu)層的耐腐蝕處理方法，其特征在于具有以下的處理過程和步驟a、材料的前處理將欲處理的冷軋低碳鋼板用無水乙醇、丙酮和去離子水依次進行超聲清洗，干燥后備用；b、鋼材表面形成SiO2薄膜采用溶膠 凝膠法，采用純正硅酸乙酯(TEOS)、無水乙醇(EtOH)和去離子水，并加入適量的鹽酸做催化劑，制成SiO2溶膠，正硅酸乙酯(TEOS)、無水乙醇(EtOH)和去離子水三者的的摩爾比即TEOS∶EtOH∶H20＝1∶(4～8)∶(6～10)；鹽酸的用量為正硅酸乙酯重量用量的2％～3％；將制得的SiO2溶膠熱噴涂于處理好的冷軋低碳鋼表面，然后置于管式電阻爐中進行熱處理；熱處理溫度為350℃～550℃，升溫梯度為1～8℃/min；c、在SiO2薄膜上再生成WO3薄膜采用溶膠凝膠法用鎢粉和H2O2先制得多聚鎢酸溶膠，然后在表面噴涂成膜；其過程是將濃度為99.8％的鎢粉和一定量的H2O2放入燒瓶中，在加熱攪拌條件下使其混合并發(fā)生氧化還原反應，最終得到淺黃色透明的溶液；將該溶液中加入一定量的無水乙醇，所述溶液與無水乙醇用量的體積比為1∶10，經(jīng)減壓加熱蒸餾至一定濃度后，獲得橙色透明的多聚鎢酸溶膠，然后將該溶膠在表面噴涂成膜；d、加氫還原熱處理將涂有SiO2和WO3膜層的鋼板在管式電阻爐中進行加氫還原熱處理，其工藝參數(shù)如下溫度 350℃～550℃，升溫梯度 1～8℃/min，保溫時間 2～10h，H2流量 50～200mL/min；最終在冷軋低碳鋼板表面形成SiO2 W涂層/Fe W Si合金化層復合結(jié)構(gòu)，該復合結(jié)構(gòu)層具有較強的耐腐蝕性能。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種冷軋低碳鋼板表面形成復合結(jié)構(gòu)層的耐腐蝕處理方法，屬金屬表面防腐蝕處理技術(shù)領域。本發(fā)明方法通過溶膠-凝膠法制得SO2和WO3溶膠，先在鋼板表面噴涂SO2薄膜，經(jīng)熱處理后，再噴涂WO3薄膜，然后在強還原性氣氛下使部分還原出的金屬溶入基體金屬中，形成與基體結(jié)合力強的均勻的SiO2-W涂層/Fe-W-Si合金化層的復合結(jié)構(gòu)層，以獲得具有優(yōu)良的抗腐蝕、耐腐蝕性能的金屬表面保護層。
文檔編號C23F15/00GK101892487SQ201010215708
公開日2010年11月24日 申請日期2010年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月29日
發(fā)明者吳紅艷, 李振華, 王毅, 盛敏奇, 鐘慶東 申請人:上海大學