專利名稱：低碳鋼板表面納米合金化的處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在低碳鋼板表面納米合金化的處理方法，屬金屬表面處理技術(shù)領(lǐng) 域。
背景技術(shù)：
隨著生活水平的普遍提高，人們對于高表面性能、高耐蝕性能、經(jīng)濟、美觀和耐用 的金屬材料的需求與日俱增。為了改善不銹鋼、鋁材、鋁材等金屬材料的表面性能，提高金 屬制品質(zhì)量，降低制備成本，金屬材料一般都要進行適當?shù)谋砻嫣幚?。常?guī)的金屬表面處理方法，如電鍍、化學(xué)鍍、離子滲入、涂料涂裝等，國內(nèi)外已有大 量的文獻報道。P. Adam等的美國專利5，403，629中介紹了一種在合金基體上施加鋁擴 散涂層的方法。該專利詳細描述了例如通過濺射在金屬部件表面上氣相沉積一種金屬夾 層的方法。然后在該夾層上沉積鋁擴散涂層。在M. C. Meelu和M. H. Lorretto的論文 “對IN738基礎(chǔ)合金上進行硅-鈦擴散涂層時時間與溫度的影響”CThe Effect of Time at Temperature On Silicon-Titanium Diffusion Coating on IN738 Base Alloy)中，披露 了對Si-Ti涂層的評價，該涂層通過高溫下長時間包滲形成。隨著表面技術(shù)的發(fā)展，新型 表面處理工藝層出不窮，漸漸取代了傳統(tǒng)的處理工藝。如激光束(電子束)表面改性、化學(xué) 電化學(xué)沉積、化學(xué)電化學(xué)轉(zhuǎn)化、熱噴涂、化學(xué)氣相沉積、物理氣相沉積、氣相外延、液相外延、 離子注入、溶膠-凝膠法、自催化沉積等。通過這些新型表面處理方法，不僅解決了常規(guī)方 法中存在的不足，如表面處理層與基底金屬之間存在空間界面效應(yīng)，機械加工性能差；同時 也提高材料的耐腐蝕性能、耐磨減磨能力，賦予材料表面特殊的物理、化學(xué)特性，提高材料 表面完整性和裝飾性。利用納米材料進行表面合金化是當今研究的熱點之一。采用納米技術(shù)對金屬進行 表面處理，可在金屬上獲得具有良好合金效果，顯著提高金屬材料的耐腐蝕性能。本文將介 紹一種在低碳鋼表面進行合金化的處理方法，通過輥壓方法在普通低碳鋼表面涂覆金屬元 素鎳、鈦、鋁等單種或復(fù)合耐腐蝕層，然后將經(jīng)輥壓過的金屬件置于合金化爐中進行合金化 處理，從而達到提高表面性能的目的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種在低碳鋼板表面進行納米合金化的處理方法。該方法 可消除表面處理層與基底金屬之間存在的空間界面效應(yīng)，能提高機械性能和耐腐蝕性能。本發(fā)明一種低碳鋼板表面納米合金化的處理方法，其特征在于具有以下的過程 和步驟a.制備金屬基礎(chǔ)粉體采用乙酸鎳、硝酸鈦或硫酸鋁作為金屬鎳、鈦或鋁的前驅(qū)體原料；將乙酸鎳、硝酸鈦或硫酸鋁配制成一定濃度的金屬鹽溶液，其濃度為0. 00Γ0. 08 g/L ； 隨后加入0.01、. 1 g/L的尿素和0.廣3.0 g/L的表面改性劑十二烷基硫酸鈉；在不斷攪拌下加熱使其反應(yīng)；加熱溫度為90°C 150°C ；攪拌速度為300轉(zhuǎn)/分；pH值控制在7 10 ；反 應(yīng)完成后靜置3 10小時；然后抽濾、洗滌、干燥，最終得到納米鎳、鈦或鋁的金屬基礎(chǔ)粉體； 待用；b.將上述所得粉體，納米鎳、鈦或鋁金屬基礎(chǔ)粉體的任一種或兩種作為金屬基粉涂覆 于欲處理的低碳鋼板表面，然后用輥壓機進行滾壓，輥壓壓力為50MPa ；在鋼板表面形成緊 密的金屬層；c.將上述經(jīng)輥壓過的涂有金屬層的鋼板置于合金化爐中進行合金化處理；合金化在 還原保護性氣氛中進行，還原保護性氣體采用氮氣和氫氣的混合氣體，兩者用量之比為50% 50% 98%:2%;溫度制度合金化處理溫度為60(T90(TC ；開始時為快速升溫階段，升溫速 率為5 40°C /S，并在高溫下保溫56 106小時；然后快速降溫至室溫，降溫速率為5 40°C / S ；最終獲得在低碳鋼板表面生成的納米合金化層，也即合金化耐腐蝕層。本發(fā)明的特點和優(yōu)點如下所述1、本發(fā)明可消除表面處理層與基底之間的空間界面效應(yīng)，顯著提高金屬的耐磨損性 能，提高金屬材料的機械加工性能。2、本發(fā)明實現(xiàn)大規(guī)模連續(xù)工業(yè)化生產(chǎn)后，產(chǎn)品成本遠低于傳統(tǒng)工藝，可部分替代 現(xiàn)有的不銹鋼生產(chǎn)。3、制備納米粉體的配方簡單，添加劑含量少，產(chǎn)生的廢水處理容易，污染少，與同 類工藝相比，所排廢水不會對環(huán)境造成的一次污染及循環(huán)污染，有利于環(huán)境保護。4、經(jīng)本發(fā)明處理后的表面合金化碳鋼板，還可進行表面再加工，如電解著色、表面 拋光等處理，處理后的材料既具有高耐蝕、耐磨損性能，又具有價格低廉的優(yōu)勢，可廣泛應(yīng) 用于工業(yè)領(lǐng)域。
具體實施例方式下面結(jié)合實例對本發(fā)明做進一步說明，通過進行T彎時效測試來評價其機械加工 性能。實施例一取低碳鋼試片(150X75mm) —塊；采用如下工藝制備納米鎳基粉體配方為乙酸鎳 0. 001g/L，尿素0. 02 g/L，添加劑十二烷基硫酸鈉2. Og/L ；加熱溫度為120°C ；攪拌速度保 持在300轉(zhuǎn)/分；pH值控制在9. 8 ；靜置時間為7小時。將得到的鎳基粉體輥壓于銅片表 面，然后將處理后試樣進行表面合金化處理；處理氣氛為96%氮氣和4%氫氣的混合氣體。 合金化溫度控制如下快速升溫至合金化處理溫度，升溫速率為10°C /S，合金化處理溫度 為700°C，保溫時間為56小時，然后將合金化爐快速降溫至室溫，降溫速率為20°C /S。對 處理后的試樣進行表面觀察及T彎時效測試，發(fā)現(xiàn)表面光亮，測得T彎值為8。試樣的耐腐 蝕、耐磨損等性能顯著提高，明顯優(yōu)于未處理的低碳鋼。實施例二取低碳鋼試片(150X75mm) —塊；采用如下工藝制備納米鈦基粉體配方為硝酸鈦 0. 05g/L，尿素0. 1 g/L，添加劑十二烷基硫酸鈉3. Og/L ；加熱溫度為150°C ；攪拌速度保持 在300轉(zhuǎn)/分；pH值控制在9. 2 ；靜置時間為10小時。將處理后試樣進行表面合金化處理， 處理氣氛為80%氮氣和20%氫氣的混合氣體。合金化溫度控制如下快速升溫至合金化處理溫度，升溫速率為30°C /S，合金化處理溫度為800°C，保溫時間為66小時，然后將合金化 爐快速降溫至室溫，降溫速率為30°C /S。對處理后的試樣進行表面觀察及T彎時效測試， 發(fā)現(xiàn)表面光亮，測得T彎值為8。試樣的耐腐蝕、耐磨損等性能顯著提高，明顯優(yōu)于未處理的 低碳鋼。實施例三取低碳鋼試片(150X75mm) —塊；采用如下工藝制備納米鋁基粉體配方為硫酸鋁 0. 08g/L，尿素0. 1 g/L，添加劑十二烷基硫酸鈉3. Og/L ；加熱溫度為150°C ；攪拌速度保持 在300轉(zhuǎn)/分；pH值控制在9. 3 ；靜置時間為8小時。將處理后試樣進行表面合金化處理， 處理氣氛70%氮氣和30%氫氣的混合氣體。合金化溫度控制如下快速升溫至合金化處理 溫度，升溫速率為20°C /S，合金化處理溫度為900°C，保溫時間為76小時，然后將合金化爐 快速降溫至室溫，降溫速率為20°C /S。對處理后的試樣進行表面觀察及T彎時效測試，發(fā) 現(xiàn)表面光亮，測得T彎值為8。試樣的耐腐蝕、耐磨損等性能顯著提高，明顯優(yōu)于未處理的低 碳鋼。實施例四取低碳鋼試片(150X75mm) —塊；采用如下工藝制備納米鋁基粉體及納米鎳基粉體納 米鋁基粉體配方為硫酸鋁0. 08g/L,尿素0. 1 g/L,添加劑十二烷基硫酸鈉3. Og/L ；加熱溫 度為150°C ；攪拌速度保持在300轉(zhuǎn)/分；pH值控制在9. 3 ；靜置時間為8小時。納米鎳基 粉體配方為乙酸鎳0. 002g/L，尿素0. 03 g/L，添加劑十二烷基硫酸鈉2. Og/L ；加熱溫度為 120°C ；攪拌速度保持在300轉(zhuǎn)/分；pH值控制在9. 8 ；靜置時間為8小時。輥壓時先涂覆 鋁基粉體再涂覆鎳基粉體。將處理后試樣進行表面合金化處理，處理氣氛70%氮氣和30% 氫氣的混合氣體。合金化溫度控制如下快速升溫至合金化處理溫度，升溫速率為20°C /S， 合金化處理溫度為900°C，保溫時間為76小時，然后將合金化爐快速降溫至室溫，降溫速率 為20°C /S。對處理后的試樣進行表面觀察及T彎時效測試，發(fā)現(xiàn)表面光亮，測得T彎值為 8。試樣的耐腐蝕、耐磨損等性能顯著提高，明顯優(yōu)于未處理的低碳鋼。關(guān)于T彎時效測試T彎時效測試即采用折板機沿鋼板試樣50mm處彎折180度，采用專用膠帶在試樣彎折 處均勻用力壓著，將膠帶撕開，膠帶上若無附著物(合金細屑及表面附著物等)附著，則記為 0T。膠帶上若有附著物附著，則繼續(xù)彎折，直到經(jīng)過η次彎折，在彎折處撕開膠帶上無附著 物附著，則記為(n-l)T?，F(xiàn)實生產(chǎn)對低碳鋼板的機械加工性能要求很高，T彎值越小越好， 這樣可以保證低碳鋼板的后續(xù)深沖、折彎加工性能良好，一般要求低碳鋼板的T彎值應(yīng)小 于10。
權(quán)利要求
1. 一種低碳鋼表面納米合金化的處理方法，其特征在于是有以下的過程和步驟a.制備金屬基礎(chǔ)粉體采用乙酸鎳、硝酸鈦或硫酸鋁作為金屬鎳、鈦或鋁的前驅(qū)體原料；將乙酸鎳、硝酸鈦或硫酸鋁配制成一定濃度的金屬鹽溶液，其濃度為0. 00Γ0. 08 g/L ； 隨后加入0.01、. 1 g/L的尿素和0.廣3.0 g/L的表面改性劑十二烷基硫酸鈉；在不斷攪拌 下加熱使其反應(yīng)；加熱溫度為90°C 150°C ；攪拌速度為300轉(zhuǎn)/分；pH值控制在7 10 ；反 應(yīng)完成后靜置3 10小時；然后抽濾、洗滌、干燥，最終得到納米鎳、鈦或鋁的金屬基礎(chǔ)粉體； 待用；b.將上述所得粉體，納米鎳、鈦或鋁金屬基礎(chǔ)粉體的任一種或兩種作為金屬基粉涂覆 于欲處理的低碳鋼板表面，然后用輥壓機進行滾壓，輥壓壓力為50MPa ；在鋼板表面形成緊 密的金屬層；c.將上述經(jīng)輥壓過的涂有金屬層的鋼板置于合金化爐中進行合金化處理；合金化在 還原保護性氣氛中進行，還原保護性氣體采用氮氣和氫氣的混合氣體，兩者用量之比為50% 50% 98%:2%;溫度制度合金化處理溫度為60(T90(TC ；開始時為快速升溫階段，升溫速 率為5 40°C /S，并在高溫下保溫56 106小時；然后快速降溫至室溫，降溫速率為5 40°C / S ；最終獲得在低碳鋼板表面生成的納米合金化層，也即合金化耐腐蝕層。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種在低碳鋼板表面納米合金化的處理方法，屬金屬表面處理技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明方法的要點是采用乙酸鎳、硝酸鈦或硫酸鋁作為金屬鎳、鈦或鋁的前驅(qū)體原料，首先將乙酸鎳、硝酸鈦或硫酸鋁配制成一定濃度的金屬鹽溶液，隨后加入一定量的尿素和表面改性劑十二烷基硫酸鈉；在不斷攪拌下加熱反應(yīng)；加熱溫度為90℃-150℃；反應(yīng)完成后靜置數(shù)小時，然后抽濾、洗滌、干燥，最終制得納米鎳、鈦或鋁的金屬基粉；然后將金屬基粉體涂覆于欲處理的低碳鋼板表面，用輥壓機進行輥壓，然后在還原保護性氣氛中于600~900℃下進行合金化處理，最終在鋼板表面形成納米合金化層。該合金化層有較好的耐腐蝕性和耐磨損性能。
文檔編號C23C10/30GK102051574SQ201110007308
公開日2011年5月11日 申請日期2011年1月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月14日
發(fā)明者周瓊宇, 李振華, 林海, 王毅, 盛敏奇, 鐘慶東 申請人:上海大學(xué)