一種鋼鐵表面直接生成黑色耐蝕微弧氧化膜層的方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及鋼鐵表面強化處理技術，具體涉及一種鋼鐵材料表面陶瓷涂層的制備 新工藝，特指一種鋼鐵表面直接生成黑色耐磨耐蝕微弧氧化膜層的方法。
【背景技術】
[0002] 鋼鐵材料因其高強度、高韌性、容易加工、成本低等優(yōu)點而成為工業(yè)用量最大的一 類金屬材料，但其易銹蝕和磨損；選用特種優(yōu)質(zhì)耐蝕、耐磨鋼材可以有效解決其銹蝕和磨損 問題，但往往研制周期較長；對鋼鐵材料進行表面強化處理，尤其是表面陶瓷化能有效提高 其耐磨防腐性能。
[0003] 微弧氧化技術，又稱等離子體電解氧化，作為一項近幾年發(fā)展起來的表面處理技 術，在材料表面尤其是金屬表面改性取得了很大成功，成為材料研宄領域的熱點，尤其是在 所謂閥金屬及其合金表面處理上獲得了應用，尤其Al、Mg、Ti及其合金，大大提高了上述金 屬的性能；同時，由于應用需要，各種著色的陶瓷膜層也被開發(fā)出來，制備具有一定顏色的 陶瓷膜成膜微弧氧化技術的一個熱點，其中，黑色由于具有適應性廣泛的特點成為焦點，如 鋁合金的黑色微弧氧化陶瓷膜等；但是傳統(tǒng)的黑色陶瓷膜電解液體系中往往含有有毒元素 或環(huán)境有害元素如鉻等。
[0004] 但是，微弧氧化技術在鋼鐵材料表面的應用一直效果不佳，長期以來業(yè)界一直認 為不能直接在鋼鐵材料表面應用此技術，因此，在金屬領域，長期以來研宄者也一直致力于 該技術在鋼鐵材料表面的研宄，出現(xiàn)了如鋼鐵表面熱浸鍍鋁、熱噴涂鋁等再進行微弧氧化 的方法，但是這些間接的方法，使得工藝過程復雜化；一些研宄如中國專利CN1737211A提 出了一種具體的不銹鋼表面微弧氧化的方法，并把該方法直接用于不銹鋼不粘鍋的制造 (見中國專利CN1919118A)，提高了不銹鋼的防護性能和應用領域；中國專利CN1721578A提 出了堿性條件下普通碳鋼微弧氧化方法，電解液體系包括磷酸鹽、碳酸鹽、硫酸鹽或硅酸鹽 體系等。
[0005] 目前，對于鋼鐵表面微弧氧化陶瓷膜顏色的研宄和探討未見專門報道，這一方面 是由于鋼鐵表面直接微弧氧化工藝較困難，另一方面是由于環(huán)境友好型的黑色微弧氧化膜 及其電解液配方、工藝的實現(xiàn)也較為困難，因此，直接生成黑色、耐磨耐蝕陶瓷膜的還未見 報道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是提供一種在鋼鐵表面直接生成黑色、氧化物陶瓷膜制備方法，是 一項在金屬表面生長氧化物陶瓷的新技術；該方法能通過改變電解的成分，在鋼鐵材料表 面直接形成氧化物黑色耐磨耐蝕陶瓷膜，既提高了基體金屬的耐蝕性能、又實現(xiàn)了黑色這 一廣泛性和普適性顏色的制備，基體金屬是應用非常廣泛鋼鐵材料，適用于各種各種普通 碳鋼、鑄鐵、合金鋼等，不包括不銹鋼。
[0007] 本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案按照下述步驟進行： (1)首先對鋼鐵表面進行機械拋光，然后進行除油去污清洗。
[0008] (2)將鋼鐵置于電解質(zhì)溶液中作為陽極，進行微弧氧化處理。
[0009] (3)將表面生成了黑色氧化膜的鋼鐵進行簡單清洗和干燥。
[0010] 本發(fā)明微弧氧化工藝可以采用雙向或單向脈沖電源，電壓為300-680V，電流密度 在5_20A/dm2之間，處理15-30分鐘；米用的電解質(zhì)溶液中含有適量濃度的下列組分： 電解液體系的基本組分為鋁酸鈉6-32g/1，硅酸鈉2-96g/1，磷酸二氫鈉0.05-10g/ 1 ;為調(diào)整耐蝕性能和顏色深淺，還可以適量加入焦磷酸鈉（2-10g/1)、鉬酸鈉（2-15g/1)、 釩酸鈉（2-10g/1)和硫酸鈉（0.5 -5g/l)中的一種或兩種以上。
[0011] 電解液各組分的機理和作用： 在上述電解液體系實現(xiàn)微弧氧化在鋼鐵上的實現(xiàn)，并且生成了黑色的化合物，使膜層 呈現(xiàn)黑色。
[0012] 本發(fā)明使用鋼鐵范圍： 本發(fā)明適用于各種普通碳鋼、鑄鐵、合金鋼等，不適用于不銹鋼等；由于不銹鋼表面一 般具有Cr、Ni等的氧化膜，具有鈍化租用，難以實現(xiàn)微弧氧化過程，而普通碳鋼、鑄鐵、合金 鋼等，表面沒有類似膜層，微弧氧化電解過程可以基體可以參與反應，并實現(xiàn)微弧放電，因 此本發(fā)明適用于各種普通碳鋼、鑄鐵、合金鋼等。
[0013] 電解液的配制方法： 在不斷攪拌的情況下，依次將適量鋁酸鹽、硅酸鹽，磷酸二氫鹽溶解在適量去離子水， 加入適量焦磷酸鈉、鉬酸鈉、釩酸鈉和硫酸鈉中的一種或兩種以上并不斷攪拌，待用。
[0014] 本發(fā)明的獨到之處和有益效果是： (1)實現(xiàn)了鋼鐵的微弧氧化，擴大了傳統(tǒng)微弧氧化的應用范圍，傳統(tǒng)微弧氧化一般較多 的應用于有色金屬。
[0015] (2)帶有陶瓷膜層的鋼鐵材料具有比無膜層的具有更好的耐腐蝕性能。
[0016] (3)本發(fā)明的工藝穩(wěn)定可靠，采用的設備簡單，反應在常溫下進行，操作方便。
【附圖說明】
[0017] 圖1為Q235碳鋼表面微弧氧化膜層的截面圖和表面圖。
[0018] 圖2為Q235碳鋼表面微弧氧化膜層的極化曲線圖。
【具體實施方式】
[0019] 實施例1 1.對Q235碳鋼制品表面進行機械拋光，然后進行除油去污清洗。
[0020] 2?配置如下電解液：錯酸鈉6-20g/l，磷酸二氫鈉2-5g/1，硅酸鈉3-20g/1，釩 酸鈉 6-10g/1，硫酸鈉 0.5 -2g/l。
[0021] 3.將Q235碳鋼置于溶液中作為陽極進行微弧氧化處理，電壓400-600V，電流密度 10-20A/dm2,處理 15-30 分鐘。
[0022] 4.將表面生成了氧化膜的制品進行清洗、干燥。
[0023]對帶有膜層的鋼鐵試樣進行表征和測試，如圖1和圖2,微弧氧化膜層截面厚度 約為50微米，表面呈黑色；用Tafel極化曲線測量并比較膜層和基體的耐腐蝕性，膜層的腐 蝕電流比基體降低100倍(膜層9. 365X1(T7A/cm2,基體6. 794Xl(T5A/cm2)，腐蝕電位增比 基體提尚〇. 11V，車父大的提尚了耐蝕性能。
[0024] 表1 Q235碳鋼表面微弧氧化膜層的腐蝕數(shù)據(jù)
【主權項】
1. 一種鋼鐵表面直接生成黑色耐磨耐蝕微弧氧化膜層的方法，首先對鋼鐵表面進行機 械拋光，然后進行除油去污清洗；將鋼鐵置于電解質(zhì)溶液中作為陽極，進行微弧氧化處理； 將表面生成了黑色氧化膜的鋼鐵進行簡單清洗和干燥，其特征在于：電解質(zhì)溶液的基本組 分為鋁酸鈉6-32 g/Ι，硅酸鈉2-96 g/Ι，磷酸二氫鈉 (λ 05-10 g/1。
2. 如權利要求1所述的一種鋼鐵表面直接生成黑色耐磨耐蝕微弧氧化膜層的方法，其 特征在于：微弧氧化處理采用雙向或單向脈沖電源，電壓為300-680V，電流密度在5-20A/ dm2之間，處理15-30分鐘。
3. 如權利要求1所述的一種鋼鐵表面直接生成黑色耐磨耐蝕微弧氧化膜層的方法，其 特征在于：為調(diào)整耐蝕性能和顏色深淺，電解質(zhì)溶液還加入焦磷酸鈉2-10 g/Ι、鉬酸鈉2-15 g/l、li酸鈉2-10 g/Ι和硫酸鈉0. 5 -5g/l中的一種或兩種以上。
4. 如權利要求3所述的一種鋼鐵表面直接生成黑色耐磨耐蝕微弧氧化膜層的方法，其 特征在于電解質(zhì)溶液含有以下濃度的組分：鋁酸鈉8-20g/l，磷酸二氫鈉 l-3g/ 1，硅酸鈉 28-60 g/Ι，鉬酸鈉 2-8 g/1。
5. 如權利要求3所述的一種鋼鐵表面直接生成黑色耐磨耐蝕微弧氧化膜層的方法，其 特征在于電解質(zhì)溶液含有以下濃度的組分：鋁酸鈉15_30g/l，磷酸二氫鈉5-10 g/Ι，硅 酸鈉56-96g/l，硫酸鈉0. 5-1 g/Ι，鉬酸鈉2-8 g/Ι、焦磷酸鈉4-8g/l。
6. 如權利要求3所述的一種鋼鐵表面直接生成黑色耐磨耐蝕微弧氧化膜層的方法，其 特征在于電解質(zhì)溶液含有以下濃度的組分：鋁酸鈉6-20g/l，磷酸二氫鈉2-5 g/Ι，硅酸鈉 3-20 g/Ι，釩酸鈉 6-10 g/Ι，硫酸鈉 0.5 -2g/l。
【專利摘要】本發(fā)明涉及鋼鐵表面強化處理技術，特指一種鋼鐵表面直接生成黑色耐磨耐蝕微弧氧化膜層的方法。首先對鋼鐵表面進行機械拋光，然后進行除油去污清洗；將鋼鐵置于電解質(zhì)溶液中作為陽極，進行微弧氧化處理；將表面生成了黑色氧化膜的鋼鐵進行簡單清洗和干燥，其特征在于：電解質(zhì)溶液的基本組分為鋁酸鈉6-32g/l，硅酸鈉2-96g/l，磷酸二氫鈉0.05-10g/l。本發(fā)明在鋼鐵表面直接生成黑色、氧化物陶瓷膜。
【IPC分類】C25D11-34
【公開號】CN104831332
【申請?zhí)枴緾N201510182678
【發(fā)明人】王云龍, 王淼, 朱林中, 張琪, 李明良, 汪浩
【申請人】江蘇大學
【公開日】2015年8月12日
【申請日】2015年4月17日