不锈钢表面处理（精选10篇）
不锈钢表面处理 第1篇
梁翠红等［2］研究了不锈钢( 1Cr18Ni9Ti) 同塑料的粘接,徐新峰［3］研究了硅橡胶与不锈钢316L的粘接,狄西岩［4］研究了改性环氧底胶对不锈钢( 1Cr18Ni9Ti ) 与聚氨酯橡胶的粘接。TANG S,LEE CJ,Suchentrunk R,Bewilogua K等［5 － 9］做了等离子处理304L、316L不锈钢和冷轧钢提高其粘接强度的研究。众所周知,不锈钢与胶粘剂之间难于实现高强度的结构胶接,故不锈钢的粘接一直没有得到很好的效果,特别是304 不锈钢在薄层施胶粘接下的文献还未见报道。在实际工作中,有些特殊工艺段必须用到不锈钢的粘接,要求粘接胶层厚度小于5 um,同时要求粘结剂能耐特殊化学试剂的腐蚀。为了实现不锈钢箔的良好粘接,我们对不锈钢箔表面作了处理,并探索了多种胶粘剂的粘接效果。研究结果表明,对不锈钢箔表面的粗糙化处理,结合偶联剂的使用,配合本实验室设计的粘合剂,可以实现不锈钢箔良好的对粘。
1 实验部分
1. 1 原材料
304 不锈钢箔,上海恒旭五金; CYD - 019,巴陵石化分公司; 2,4 - 二氨基二苯甲烷( DDM,分析纯) ,上海试剂三厂;氨基树脂,上海源叶生物科技有限公司; 偶联剂KH - 550( 分析纯) ,上海文华化工颜料有限公司; 盐酸( 分析纯) ,西陇化工股份有限公司; 双氧水( 分析纯) ,西陇化工股份有限公司;甲醛,西陇化工股份有限公司; 磷酸( 分析纯) ,西陇化工股份有限公司; 氢氟酸( 分析纯) ,西陇化工股份有限公司; 乙醇( 分析纯) ,西陇化工股份有限公司; 丁酮( 分析纯) ,西陇化工股份有限公司; 丙酮( 分析纯) ,西陇化工股份有限公司; L03固化剂,本实验室自制。
1. 2 仪器与设备
电子拉力机( HY - 0580 型) ,上海衡翼精密仪器有限公司;传感器( STP - 10 kg) ,为天津丽景公司; 原子力显微镜( Innova,AFM) ,德国Bruker公司; 压力机( 769YP - 15A型粉末压片机改装) ,上海精胜科学仪器有限公司; 扫描电镜( S -570 型,SEM) ,日立公司; 千分尺,桂林广陆数字测控股份有限公司。
1. 3 试验方法
( 1) 表面粗糙化。先用丙酮清洗不锈钢箔表面的油脂,再用腐蚀钝化液进行表面粗化处理,然后用去离子水清洗干净,最后用乙醇清洗,80 ℃ 烘干,待用。
( 2) 偶联［10］。将表面处理后的干燥不锈钢箔浸泡于KH -550 乙醇水溶液中,取出晾干,待用。
( 3) 施胶。将配制好的胶水稀释到25% 的浓度,用棉签均匀地涂在已处理好的不锈钢箔表面上。待溶剂晾干即用。在不锈钢箔的表面处理研究和偶联剂的研究中我们选择粘接性的较好的CYD - 019 作为粘接剂。
( 4) 压黏。将已上好胶的不锈钢箔两两对粘,固定于压力机上,加压加热,保压保温一定时间后降温,泄压取出,待测剥离强度。
( 5) 剥离强度的测试［11］。参考GB/T 2791 - 1995 国家标准胶粘剂T剥离强度测试方法( 挠性材料对挠性材料) 进行测试。
2 结果与讨论
2. 1 表面处理对剥离强度的影响
对不锈钢箔采用了3 种不同的表面处理方法,详见表1 所列。经表面处理的不锈钢箔干燥后,应尽快上偶联剂或涂胶。胶接固化工艺按选用的胶粘剂的使用说明进行。
不锈钢箔的表面处理方法是影响不锈钢箔接强度的关键,其主要影响因素有清洁度、粗糙度和表面化学结构等三个方面［3，12 － 13］,并通过除去妨碍胶接的表面污物及疏松层、提高胶接表面的表面能和增加胶接表面积来提高胶接强度［14］。未处理和3 种不同的表面处理方法处理后的不锈钢箔的表面微观形貌( SEM图像) 如图1 所示。
表面化学处理有净化材料表面和改变粗糙度的作用,其表面状态更适合于胶粘剂的机械咬合和润湿,将获得更高的剥离强度,从而使胶接强度明显提高［3，13］。三种处理方法处理后的不锈钢箔表面晶界有明显的腐蚀现象,在胶接时有利于胶粘剂与不锈钢箔之间的润湿。盐酸- 甲醛法处理的表面( 图1b) 和盐酸- 氢氟酸法处理的不锈钢箔表面( 图1c) 有许多较深的类似于蜂窝状的腐蚀坑,有利于提高不锈钢箔面板与胶粘剂之间的胶接。但在试验过程中发现,经过该种表面处理之后,不锈钢箔表面出现了许多疏松的黑色沉淀物,虽经清洗但仍有极少量残留,特别是盐酸- 氢氟酸法处理的不锈钢箔,从AFM的几个图谱更明显看出处理之后的比未做表面处理的更粗糙( 图2b、c) ,出现不同程度的凸起( 图3b、c) ,但是这些凸起并不坚硬,所以于AFM上表现为凸起不均匀( 图4b、c) ,这将影响胶接剥离强度的进一步提高,并给生产工艺带来不便。而用实验室研制的腐蚀液配方处理的不锈钢箔表面略为清洁,清晰的看见有许多较深的类似于蜂窝状的腐蚀坑( 图1d) ,从AFM上也清晰可见的均匀等高的凸起且较为坚硬( 图2d、图3d、图4d) ,故胶接剥离强度稍高。
2. 2 腐蚀时间对剥离强度的影响
我们选择实验室自制腐蚀液进行腐蚀时间的研究,剥离强度如图5。
腐蚀时间太短,腐蚀不够,表面粗糙度不够,剥离强度提高不大,腐蚀时间太长,腐蚀过度,突起的部分也被腐蚀,或者突起部分变得疏松,剥离强度将下降,所以自制腐蚀液刻蚀5 min是最佳腐蚀时间,剥离强度提高到最大。
2. 3 偶联剂的作用原理
2. 3. 1 原理
偶联剂处理是一种溶剂处理方法。从图7、图8 中可以明显看出,偶联剂处理对涂层剥离强度的提高要高于其它处理方法［15 － 16］。偶联剂含有两性基团。一个是亲无机物,易与基材作用; 另一个是亲有机物的,易与有机物发生脱水反应。不锈钢常用的偶联剂KH - 550( γ - 氨基丙基三乙氧基硅烷) 是一种硅烷类偶联剂,分子中的乙氧基易被空气中的水分或基材表面吸附的水分水解生成硅羟基,然后通过氢键与基材吸附;- NH2能与环氧基团反应［17］。KH - 550 偶联剂的分子式为:
偶联剂在基材与环氧树脂之间起 “键桥”作用。通过化学键的形式把二者直接联结起来［18］。偶联剂的作用原理如图6。按胶粘理论中的化学键理论来说,化学键的作用力远远大于物理吸附的范德华力和氢键作用。因此,通过偶联处理的试样的涂层剪切强度高于其他处理方法。
2. 3. 2 偶联剂对剥离强度的影响
用本实验自制腐蚀液将304 不锈钢箔5 min刻蚀处理后,浸泡于不同浓度偶联剂的乙醇水( 乙醇∶水=9∶1) 溶液中30 s,取出,蒸馏水洗净,乙醇漂洗,晾干上胶,研究偶联剂浓度对剥离强度的影响。结果如图7。
在试验的过程中发现,偶联剂浓度对涂层剪切强度影响很大。从图7 中可以看出,表面外加法中当偶联剂在乙醇水溶剂浓度为0. 5% 时,涂层剥离强度最高,达到11. 2 N/cm。偶联剂在试样表面的最理想状态是单分子层［19］,并且每一个偶联剂分子同时与基材和环氧树脂作用。因此能充分发挥偶联剂作用的浓度是一定的。当其量超过一定值后,剩余的偶联剂亲有机物端与树脂反应,占据了树脂与固化剂等成分反应的基团。同时浓度过高时,偶联剂处理层过厚,则发生物理吸附和或者沉积作用,减弱了键桥作用。以上因素都会使偶联剂作用降低。表面外加法选择偶联剂于乙醇水溶剂中的浓度为0. 5% 。
2. 4 胶粘剂对剥离强度的影响
2. 4. 1 胶粘剂的选择
CYD - 019 环氧树脂是优良的金属涂料,因为它具有金属极好的粘附力,耐化学药品性,这些特性使它特别适于作金属底漆和金属胶粘剂。它作为木器清漆和金属涂料也都是很有用处的。CYD - 019 可与相适应的树脂或增塑剂掺合,以便改善涂层的韧性、粘附力,挠曲性和耐化学药品性。由于CYD -019 含有仲羟基,所以能通过这些羟基与多异氰酸酯,三聚氰胺甲醛树脂、苯酚甲醛树脂、脲醛树脂或固化剂交联,以改善其耐溶剂性与耐热性。
本研究我们选定CYD - 019 作为不锈钢箔胶粘剂基体,但是CYD - 019 本身是热塑性,可溶解性,所以我们还需添加固化剂,以改变它的溶解性,以满足本研究不溶于丙酮的要求。
本实验我们选择的固化剂有: 氨基树脂,对对' - 二氨基-二苯- 甲烷( DDM) ,本实验室自制L03 固化剂。
不锈钢箔的处理选择最佳处理方式,按照各胶粘剂固化剂所需固化温度和时间进行保压保温固化,降温泄压,参考GB/T2791 - 1995 国家标准胶粘剂T剥离强度测试方法( 挠性材料对挠性材料) 进行测试［10］。测试结果如表3。
由表3 所知,根据剥离强度和对丙酮的溶解性可以看出CYD - 019 与L03 固化剂混合而制成的胶粘剂是本研究的理想胶粘剂。
2. 4. 2 不锈钢箔粘接压黏时间的影响
我们选定Ⅳ环氧胶粘接不锈钢箔,研究压力、温度与时间对剥离强度的影响。
从表4 看出,压黏压力、温度和时间都是剥离强度的影响因素,当温度和时间一定时,压力小,胶粘剂不能挤压到一定厚度,胶层过厚剥离强度减小,压力过大,胶层太薄亦使剥离强度降低。压黏温度也能影响胶层的厚度,温度低,胶粘剂的软化程度低,导致胶挤压困难,胶层厚。温度高,胶软化程度高,粘度低,胶层薄。胶层过后或过薄都不利于剥离强度,只有合适的胶层厚度才能最大限度的提高剥离强度。时间对剥离强度的影响不大,主要是自主研制的L03 固化剂固化CYD -019 在0. 5 ~ 1 h即可完成,即使继续延长压黏时间,剥离强度提高不大。综上所述,我们选择6 MPa压力120 ℃ 下压黏1 h,效果最佳,且千分尺测量其胶层厚度为5 μm,符合某零件工艺要求。
3 结论
( 1) 不锈钢箔刻蚀后,表面变得粗糙,粘接强度提高,胶粘剂结合偶联剂和合适的偶联工艺,粘接强度得到很大的提高。
( 2) 与热固性树脂相比,热塑性树脂粘接强度更高,但不耐有机溶剂性能。
( 3) 适度的压力和温度有助于提高粘结强度,延长压黏时间有助于提高粘接强度。
不锈钢的表面加工总结 第2篇
不锈钢所具有的多种表面加工拓宽了它的应用领域--不同的表面加工使不锈钢表面各异，使其在应用中各具独到之处。
在建筑应用领域，不锈钢的表面加工之所以重要是有许多原因的。
腐蚀环境要求光滑的表面是因为表面光滑不容易积垢。污垢的沉积会使不锈钢生锈甚至造成腐蚀。
在宽敞的大厅中，不锈钢是电梯装饰板最常用的材料，表面的手印虽然可以擦掉，但影响美观，所以最好选用合适的表面防止留下手印。
卫生条件对许多行业是很重要的，例如，食品加工、餐饮、酿造和化工等，在这些应用领域，表面必须便于每天清洗，而且经常要用化学清洗剂。
不锈钢是这方面的最佳材料，在公共场所，不锈钢的表面经常会被胡写乱画，但是，它的一个重要特性是可以将它们清洗掉，这是不锈钢优于铝的一个显著特点。铝的表面容易留下痕迹，往往很难去掉。清理不锈钢表面时应顺着不锈钢的纹路清理，因为有些表面加工的纹路是单向性的。
不锈钢最适用于医院或其它卫生条件至关重要的领域，如：食品加工、餐饮、酿造和化工，这不仅是因为它便于每天清洗，有时还要使用化学清洗剂，而且还因为它不易滋生细菌。试验表明不锈钢在这方面的性能与玻璃和陶瓷相同。1．不锈钢的自然外观
不锈钢给人一种自然的坚固亮丽之感，其自然色彩柔和地反映出周围环境的颜色。2．表面加工的基本种类
可以用于不锈钢的表面加工大致有五种，它们可以结合起来使用，变换出更多的最终产品。
五个种类有：轧制表面加工、机械表面加工、化学表面加工、网纹表面加工和彩色表面加工。
还有一些专用的表面加工，不过无论指定哪一种表面加工，都应遵循以下步骤：
①与制造厂家一起商定需要的表面加工，最好准备一个样品，作为今后批量生产的标准。
②大面积使用时（如复合板，必须保证所用的基底卷板或卷材采用的是同一批次。
③在许多建筑应用中，如：电梯内部，尽管手印可以擦掉，但很不美观。如果选用布纹表面，就不那么明显了。在这些敏感的地方一定不能使用镜面不锈钢。
④选择表面加工时应考虑到制作工艺，例如：为了除去焊珠，可能要对焊缝进行修磨，而且还要恢复原有的表面加工。
花纹板很难甚至无法满足这一要求。
⑤对于有些表面加工、修磨或抛光的纹路是有方向性的，被称为单向的。如果使用时使这种纹路垂直而不是水平，污物就不易附着在上面，而且容易清洗。
⑥无论采用哪种精加工都需要增加工艺步骤，因此要增加费用，所以，选择表面加工时要慎重。
因此，建筑师、设计人员和制造厂家等有关人员需要对不锈钢的表面加工有所了解。通过彼此之间的友好合作和相互交流，一定会获得所期望的效果。
⑦根据我们的经验，我们不建议使用氧化铝作磨料，除非在使用过程中十分小心。最好是使用碳化硅磨料。
3．标准表面加工
许多种表面加工一直是采用编号或其它分类方法表示、它们都被编入了有关的标准中，如：“英国标准BS1449”和“美国钢铁协会不锈钢生产者委员会标准”。4．轧制表面加工
板材和带材有三种基本的轧制表面加工，它们是通过板材和带村的生产工艺表示的。No.1：经过热轧、退火、酸洗和除鳞。处理后的钢板表面是一种黯淡表面，有点粗糙。No.2D：比N0.1表面加工好，也是黯淡表面。经过冷轧、退火、除鳞，最后用毛面辊轻轧。No.2B：这是建筑应用中最常用的，除在退火和除鳞后用抛光辊进行最后一道轻度冷轧外，其它工艺与2D相同，表面略有些发光，可以进行抛光处理。
No.2B光亮退火：这是一种反射性表面，经过抛光辊轧制并在可控气氛中进行最终退火。光亮退火仍保持其反射表面，而且不产生氧化皮。
由于光亮退火过程中不发生氧化反应，所以，不需要再进行酸洗和钝化处理 5．抛光表面加工
No.3：由3A和3B表示。“ 3A：表面经过均匀地研磨，磨料粒度为80~100。
3B：毛面抛光，表面有均匀的直纹，通常是用粒度为180~200的砂带在2A或2B板上一次抛磨而成。
No.4：单向表面加工，反射性不强，这种表面加工可能在建筑应用中用途最广。其工艺步骤是先用粗磨料抛光，最后再用粒度为180的磨料研磨。
No.6：是对No.4的进一步改进，是在磨料和油介质中用坦皮科抛光刷抛光No．4表面。”英国标准1449“中没有该表面加工，但在美国标准中可以查到。
No.7：被称为光亮抛光，是对已经磨得很细但仍有磨痕的表面进行抛光。
通常使用的是2A或2B板，用纤维或布抛光轮和相应的抛光膏。
No.8：镜面抛光表面，反射率高，通常被称为镜面表面加工，因为它反射的图像很清晰。
用细磨料对不锈钢连续抛光，然后再用非常细的抛光膏打磨。
在建筑应用中应该注意的是这种表面如果用在人员流动量较大或人们经常触摸到的地方会留下手印。
手印当然可以擦掉，但有时影响美观。
”官方“标准和文献中描述的表面加工只是一般性的介绍，样本才能最直观地表示表面加工的种类。抛光或金属精加工厂家将提供各种表面加工的样品，用户应同他们进行讨论。
6.表面粗糙度
轧制表面加工和抛光表面加工的分类是说明能够达到的程度，另一个有效的表示方法是测量表面粗糙度。标准的测量方法被称为CLA（中心线平均值），测量仪在钢板表面横向移动，记录下峰谷的变化幅度。CLA的编号越小，表面越光滑。从下表中的表面加工和CLA编号可以看出不同等级的最终结果。
表面加工 CLA，微米
2B
0.1-0.5 2A
0.05-0.1 2D
0.4-1.0 3
0.4-1.5 4
0.2-1.5 8
0.2 EP 基本值的1/2 EP=电解抛光，大致可将峰谷的变化幅度减少到原表面的1/2。
7.机械抛光
注意事项：
我们应该记住，研磨操作中用砂纸或砂带进行的研磨基本上属于磨光切割操作，在钢板表面留下很细的纹路。
我们在用氧化铝作为磨料时曾遇到过麻烦，其部分原因是压力问题。
设备的任何研磨部件，如：砂带和磨轮等，使用前绝不能用于其它非不锈钢材料。因为这样会污染不锈钢表面。
为了保证表面加工的一致性，新砂轮或砂带应先在成分相同的废料上试用，以便同样品进行比较。
8．电解抛光
这是一种金属清除工艺，在此工艺中不锈钢作为电解液中的阳极，通电后金属从表层除去。
该工艺通常用于零部件的加工，因为它们的形状难以用传统方法进行抛光。该工艺常用于冷轧钢板的表面，因为其表面比热轧钢板的表面光滑。
但是电解抛光会使表面的杂质更明显，特别是钛和铌稳化的材料会由于粒状杂质使焊缝区出现差异。
小焊疤和锐棱可以通过该工艺清除掉。该工艺着重处理表面上的突出部分，优先对它们进行溶解。
电解抛光工艺是将不锈钢浸泡在加热的液体中，液体的配比涉及到许多专有技术和专利技术。
奥氏体不锈钢的电解抛光效果很好。9．网纹表面加工
不锈钢可以采用的花纹种类很多。
使钢板具有添加花纹或网纹表面加工的优点如下：
①减少”金属屋面材料皱缩“（oil can-ning），该词是一个用来描述光亮材料表面的术语，这种表面从光学角度看不平。例如：大面积的装饰板，即使经过拉伸矫直或张力拉矫也很难使表面完全平直，因而会出现金属屋面材料皱缩。
②网纹图案可以减少在阳光下发出的眩光。
③花纹板如果有轻微的划痕和小面积压痕都不太明显。
④增大钢板的强度。
⑤为建筑师提供了选择的余地。
有专利权的图案包括布纹（用于伦敦的埃德大厦）、镶嵌图案、珍珠状和皮革纹。还可以使用波纹和线状图案。
花纹表面特别适合于内部装饰，如：电梯镶板、柜台、壁板和入口处。
外部应用时应考虑到使不锈钢能够通过雨水和人工冲刷清洗表面，避免有易聚集污物和空中杂质的死角，以免造成腐蚀影响美观。
10．毛面表面加工
毛面表面加工是最常用的表面加工之一，它是在经过抛光或光亮退火的钢板表面用尼龙研磨带或刷进行抛光。
11.喷玻璃球或喷丸
对于内部应用，如：电梯的内部，混合表面加工很受欢迎。
这种混合工艺是通过喷玻璃球形成无泽表面，然后通过掩饰处理，覆上塑料膜，成抛光表面加工，最后形成抛光和无泽的混合表面。
不锈钢砂丸也可以用于类似的工艺。
要使用的玻璃球或丸粒事先绝不能在其它材料上使用，尤其不能在碳钢上。因为碳钢的粉粒会嵌入到不锈钢表面，很容易造成腐蚀。
陶瓷球也可以作为喷料。
12．彩色不锈钢
不锈钢彩色工艺是国际镍公司（INCO）70年代研制成功的，许多公司都有使用这一工艺的许可证。
前面已经解释过，不锈钢之所以不生锈是因为它表层的情性氧化铬膜。
彩色工艺就是利用这层膜形成指定的颜色。
由于不锈钢利用了这层始终存在的膜，所以既不退色，也不需要像油漆一样经常维护。
彩色不锈钢还可以进行成型处理，即使在锐弯处也不会对颜色有任何不良影响。
关于对耐蚀性的影响，试验表明采用该工艺后耐蚀性有所增强。
该工艺与操作时间密切相关，时间不同颜色会发生变化。颜色的变化顺序是棕色、金色、红色、紫色和绿色。
该工艺的一大特点是它的最终外观可以反映出该材料原来的表面，即：镜面或抛光面会产生很强的金属光泽，而毛面表面加工的颜色是无 光泽的。
工艺过程：
该工艺是将不锈钢浸泡在溶液槽中，溶液中最好是每升含250克Cr2O3，每升含490克硫酸也可以，温度范围80~85℃，浸泡时间取决于所需要的颜色，最多不超过25分钟。
将钢板用干净的冷水漂洗后，再在室温条件下放到浓度为250克/1升氯酸和2.5克/1升磷酸的液体中进行阴极处理，时间大约为10分钟，电流密度为0．2~0．4A/dm2。
为了防止损坏，彩色处理后立即进行硬化处理，然后在热水中进行漂洗并且干燥。
13．混合表面加工
彩色不锈钢上可以再加图案，所开发的专有技术包括用刚玉砂带除去”突出"部分，这样，最终的结果是将钢板的自然之美与彩色图案的色彩结合在一起。
这种表面不容易留下手印，特别适用于室内装饰。
抛光厂家可以提供表面加工的样品。
14．蚀刻表面加工
PT检测及分析不锈钢加工表面缺陷 第3篇
摘要：用着色渗透检测法对zG04cr13Ni4Mo不锈钢铸件加工表面进行质量检验时，得到圆形斑点，为研究此类显示斑点是否表明存在缺陷，及其所对应的缺陷类型，对ZG04Cr13Ni4Mo不锈钢试样加工表面进行着色渗透检测，并应用金相显微镜和扫面电镜对显像斑点处观察分析，结果表明：被检试样表面确定有圆形显像斑点，尺寸在0.07～1.2 mm范围内，清洗后用扫描电子显微镜对显像位置进行观察分析，确定加工的试样表面存在缺陷，缺陷类型为富含O、Si、Al和Ca四种元素的复合夹杂物，尺寸在0.07～1.2 mm范围内。
关键词：不锈钢；渗透检测；显示斑点；缺陷类型
摘要：用着色渗透检测法对zG04cr13Ni4Mo不锈钢铸件加工表面进行质量检验时，得到圆形斑点，为研究此类显示斑点是否表明存在缺陷，及其所对应的缺陷类型，对ZG04Cr13Ni4Mo不锈钢试样加工表面进行着色渗透检测，并应用金相显微镜和扫面电镜对显像斑点处观察分析，结果表明：被检试样表面确定有圆形显像斑点，尺寸在0.07～1.2 mm范围内，清洗后用扫描电子显微镜对显像位置进行观察分析，确定加工的试样表面存在缺陷，缺陷类型为富含O、Si、Al和Ca四种元素的复合夹杂物，尺寸在0.07～1.2 mm范围内。
关键词：不锈钢；渗透检测；显示斑点；缺陷类型
摘要：用着色渗透检测法对zG04cr13Ni4Mo不锈钢铸件加工表面进行质量检验时，得到圆形斑点，为研究此类显示斑点是否表明存在缺陷，及其所对应的缺陷类型，对ZG04Cr13Ni4Mo不锈钢试样加工表面进行着色渗透检测，并应用金相显微镜和扫面电镜对显像斑点处观察分析，结果表明：被检试样表面确定有圆形显像斑点，尺寸在0.07～1.2 mm范围内，清洗后用扫描电子显微镜对显像位置进行观察分析，确定加工的试样表面存在缺陷，缺陷类型为富含O、Si、Al和Ca四种元素的复合夹杂物，尺寸在0.07～1.2 mm范围内。
不锈钢表面处理 第4篇
奥氏体不锈钢具有优良的耐腐蚀性能, 表面呈银白色, 在各个行业中都得到了广泛的应用。由于其硬度低, 耐磨性差, 不能通过普通热处理的办法进行硬化处理, 所以一些奥氏体不锈钢零件往往因磨损而导致过早失效。能提高不锈钢表面硬度和耐磨性的处理方法有多种, 其中以低温离子渗氮[1,2,3]、渗碳[4,5]、氮碳共渗法[6]最为简单有效。
但是, 奥氏体不锈钢低温离子渗碳处理后, 表面覆盖了一层结合牢固、致密的黑色薄膜, 厚度约数十纳米, 严重影响了渗碳不锈钢的外观质量, 需要对表面亮化处理, 以恢复原有的颜色。由于奥氏体不锈钢低温离子硬化层厚度小于50 μm, 在亮化过程中要尽量减少去除量, 只要去除黑膜, 尽可能地保留硬化层的厚度。所以, 对渗碳不锈钢的表面亮化处理不能沿用一般的表面抛光处理方法。
本工作分别采用机械法和电化学法对渗碳后的奥氏体不锈钢表面进行亮化处理, 并通过比较揭示了2种处理方法对不锈钢渗碳层的组织和性能的影响, 最终确定渗碳不锈钢表面亮化处理的最佳方案。
1 试 验
试样材料为AISI 316奥氏体不锈钢, 尺寸20 mm×10 mm×2 mm。离子渗碳处理前, 试样表面分别用240～1 200号的水磨砂纸打磨, 并进行机械抛光处理, 降低试样表面的粗糙度。
奥氏体不锈钢离子渗碳是在传统直流离子渗氮装置中进行的, 渗碳工艺见表1。离子渗碳处理后, 试样表面呈黑亮色, 渗碳层厚度约为50 μm。
机械亮化处理在金相试样抛光机上进行, 抛光液为Cr2O3的水溶液, 观察到抛亮为止。电化学亮化处理在自制的电化学装置中进行, 电解液的主要成分:60% H3PO4 (d=1.70 g/cm3) , 30% H2SO4 (d=1.84 g/cm3) , 10% H2O;电压8 V, 温度60 ℃, 极板间距50 mm, 处理时间10 s。亮化处理结束后, 用蒸馏水冲洗试样表面并吹干。
在低倍光学显微镜下观察对比亮化处理后试样的表面形貌。试样横截面采用50% HCl +25% HNO3 +25% H2O的侵蚀液腐蚀5～10 s, 观察对比亮化处理前后硬化层的横截面显微组织和厚度。
试样硬化层的硬度分布用显微硬度计测定, 载荷为0.098 N, 加载时间为20 s。
在室温下用TD73000电化学测试系统测定试样亮化处理前后的阳极极化曲线, 溶液为3% NaCl, 用饱和甘汞电极作为参比电极, 辅助电极为Pt电极, 扫描速度为1 mV/s。
2 结果与讨论
2.1 表面形貌
图1是渗碳不锈钢分别经机械法和电化学法亮化处理后的表面形貌。机械法处理的渗碳不锈钢表面虽然光亮, 但存在着很多划痕, 黑膜未清除干净 (见图1a) 。而图1b显示, 电化学法亮化处理后渗碳层表面的黑膜被均匀去除。
2.2 横截面形貌
图2是亮化处理前后渗碳不锈钢横截面的金相形貌。机械法和电化学法亮化处理后的渗碳不锈钢, 其硬化层的金相组织不会发生改变, 但是电化学法使渗层的厚度减小, 机械法不改变渗层的厚度。
2.3 显微硬度
图3是奥氏体不锈钢亮化处理前后硬化层横截面硬度的变化曲线。
从图3可以看出:机械亮化处理的试样, 硬化层横截面的硬度曲线与未处理试样的硬度曲线基本相同;而经电化学亮化处理后的试样, 硬化层的表面硬度下降约50 HV, 这是因为渗碳层存在一定的硬度梯度, 最硬的表面层已被均匀腐蚀, 暴露出的新表面为原硬化层内某一深度的组织。由此可以推断, 剩余的硬化层厚度越薄, 渗碳不锈钢表面硬度就越低。因此, 如何能在电化学亮化处理过程中尽可能地减少不锈钢表面硬化层的减薄量, 是亮化处理首先要考虑的问题。
2.4 耐腐蚀性能
图4是奥氏体不锈钢、不锈钢低温离子渗碳以及渗碳不锈钢经不同亮化处理后试样的阳极极化曲线。从图4可以看出, 自腐蚀电位由高到低分别为:电化学法亮化处理, 机械法亮化处理, 低温离子渗碳处理和奥氏体不锈钢。可见, 机械法和电化学法亮化处理都可以提高低温离子渗碳不锈钢表面的耐腐蚀性, 但机械法亮化明显低于电化学法。
不锈钢具有优良的耐腐蚀性能, 是因为表面存在一层致密的、完整的、具有自修复功能的钝化膜, 这层钝化膜隔绝了腐蚀介质与基体的接触, 保护了基体。机械法亮化处理渗碳不锈钢表面恢复了原色, 但在微观上其表面黑膜去除得并不完整 (见图1a) , 致使生成的钝化膜也不完整, 造成耐腐蚀效果不佳。而经电化学法亮化处理的渗碳不锈钢的表面, 在清除黑膜后, 暴露出含有自由铬的表面会马上形成连续完整的钝化膜, 从而能够显著提高其耐腐蚀性能。
3 结 论
(1) 机械法亮化处理对渗碳不锈钢表面去除黑膜后, 渗碳层的组织和厚度均未发生变化, 其表面的耐腐蚀性能提高不大, 这是因为机械法亮化处理尽管使渗碳不锈钢恢复原色后, 但表面黑膜仍有残留。
(2) 电化学法对渗碳不锈钢表面进行亮化处理, 虽然损失了部分硬化层, 表面硬度也略有降低, 但表面的耐腐蚀性能却有较大幅度的提高, 对以防腐蚀为目的的不锈钢材料具有重要的意义。
(3) 电化学法亮化处理作为不锈钢离子渗碳的后处理是一个比较好的处理方法。
参考文献
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[5]Sun Y, Li X, Bell T.Low temperature plasma carburisingof austenitic stainless steels for improved wear and corrosionresistance[J].Surf Eng, 1999, 15 (1) :49~54.
不锈钢表面处理 第5篇
（文章出自：广东春雷环境工程有限公司）
一.不锈钢一体化污水处理设备介绍
不锈钢材质的一体化污水处理设备的一个最大特色就是耐腐蚀，耐生锈，继承了不锈钢所有的良好特性。适用于酸碱性比较高的工业污水的处理。这种设备目前使用的较少，但它是在碳钢材质基础上延伸的，比碳钢材质寿命更长，优点更多，当然造价也比较贵。
二、不锈钢一体化污水处理设备的适用范围
不锈钢一体化污水处理设备主要应用于工业污水处理中，如强酸强碱的皮革污水、电镀污水、印染废水、蚀刻重金属废水等。
三、不锈钢一体化污水处理设备的特色
优点：不锈钢一体化污水处理设备的一个最大特色就是耐腐蚀耐生锈。且兼具有焊接性好、耐热性好等特点，在腐蚀性强的环境下使用寿命比碳钢、玻璃钢材质的使用寿命长。通常使用MBR膜技术对污水进行处理，容易达到排放标准。
缺点：容易变形需加固，材质厚度大的造价高，运行成本太高。
四.购买不锈钢一体化污水处理设备需要注意什么？
1、区分设备质量与尺寸
设备的质量与尺寸通常取决排放标准、处理污水的种类、水量决定的。由于成本较高，因此企业在选择其对污水进行处理时，应考虑成本。
2、可以要求供应商提供成功案例或者去现场观看效果
一切用事实说话，无论为你提供设备的供应商如何介绍设备的优越性能，都应该让供应商提供以前的成功案例，然后派人去实地考察其现场污水处理效果。虽然可能会耽误部分时间，但这确是检验你所合作的商家专业性及后续服务能否及时到位非常的关键。
3、约定出水执行标准
很多单位在购买不锈钢一体化污水处理设备时对污水处理达标标准没在合同中注明，在后期环保要求提高前提下，会导致纠纷。因为排放标准在一定程度影响了验收和价格，污水处理成本存在着一定的差异。排放标准具有有以下几种：
《污水综合排放标准》GB8978-1996
《医疗机构水污染物排放标准》GB18466-2005
《广东省地方水污染排放限值》DB44 26-2001
《城市污水再生利用城市杂用水水质》标准GB/T18920-2002
《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB/T18918-20024、安装调试验收的前、中、后期工作细致了解及时沟通
不锈钢表面处理 第6篇
关键词：不锈钢制品,抛光,表面粗糙度,耐蚀性能,不锈钢抛光表面开放度参数
0 引言
不锈钢制品因其色泽光亮、具有良好的耐蚀性能以及易于清洗等优点而迅速成为人们日常生活用品,但是不锈钢制品在加工、运输以及使用过程(尤其在氯离子环境)中容易出现白斑、锈斑、蚀孔等腐蚀缺陷,造成品质下降,因此不锈钢制品的表观质量问题是一个研究热点。现有研究表明,金属材料的微观结构、表面加工状态对其耐蚀性能具有重要影响[1,2,3],材料表面质量越好,其腐蚀电位正移,亚稳态或稳态孔蚀就变得困难,表面状态的改善会减少表面缺陷,能提高材料的耐蚀性能[4,5,6]。Burstein等[7]认为,表面孔蚀活性点的“开放度”对亚稳态小孔形核和生长均有影响,并且发现表面越光滑、粗糙度越小,表面活性点越少,亚稳态孔的形核数目越小。
抛光是不锈钢制品加工的最后一道工序,不同的抛光工艺直接决定了不锈钢制品表面粗糙度及其状态,从而影响其耐蚀性能。为了优化不锈钢制品抛光工艺,控制加工成本,需要研究表面粗糙度对不锈钢制品耐蚀性能的影响。本文通过对不锈钢制品抛光工艺的分析,制备了不同表面粗糙度的304不锈钢试样,采用化学浸泡法和动电位极化曲线测量法研究了不锈钢表面加工质量对其腐蚀性能的影响。
1 试验方法
1.1 试样制作
不锈钢制品由不锈钢板材经塑性成形加工而成,选择不锈钢制品常用的304不锈钢材料制作试样,从不锈钢制品坯体上线切割出25mm×25mm×1.6mm和10mm×10mm×1.6mm两种规格试样(分别用于化学浸泡和动电位极化试验)。试样非工作面在焊接铜导线后用环氧树脂固封,分别露出6.25cm2、1cm2工作面积,参照不锈钢制品实际抛光加工工艺,用100#、260#、600#、1000#砂纸单向打磨工作表面,得到不同的表面粗糙度,采用Mahr XT20粗糙度轮廓仪垂直于打磨方向测量其表面粗糙度,将每个试样6个不同位置表面粗糙度的平均值作为该试样的粗糙度。
1.2 化学浸泡试验
根据国家标准《不锈钢三氯化铁点腐蚀试验方法》[8],化学浸泡试验的腐蚀介质采用质量分数为6%的FeCl3溶液,腐蚀温度为50℃恒温,连续浸泡24h。腐蚀结束后,清除样本上的腐蚀产物并洗净烘干,以用于后续的形貌观察和分析。用VHX600超景深数码显微系统和OLS4000激光共聚焦显微镜观察腐蚀前后的表面形貌,对腐蚀坑的大小、数目、深度及分布情况进行观察分析,用S-3400N(Ⅱ)扫描电镜观察腐蚀表面微观形貌以深入研究表面粗糙度对304不锈钢耐蚀性能的影响。
1.3 极化曲线测定
动电位极化测试采用Zahner IM6电化学综合测试仪及三电极体系进行,参比电极为饱和甘汞电极(SCE),辅助电极为铂电极,研究电极为工作面积为1cm2的方形试样。腐蚀液为质量分数为3.5%的NaCl溶液,于试验前充氮除氧,测试温度为25℃。试样浸入腐蚀液10min后,从自然电位开始,以20mV/min的电位扫描速度进行阳极极化,直到出现稳定点蚀为止。
2 结果讨论
2.1 腐蚀前试样的表面形貌
经不同粒度金刚石砂纸打磨后试样的光学照片如图1所示,表面形貌参数见表1。从图1可以看出,100#砂纸打磨后的不锈钢表面最粗糙,沟壑深度、宽度均较大,表面粗糙度Ra=0.41μm,单峰平均间距为20.91μm(表1);1000#砂纸打磨的表面最光滑,表面粗糙度Ra、Rz和单峰平均间距S比100#分别降低了75%、75.7%、25.6%。因此,经不同粒度砂纸打磨后的304不锈钢表面的粗糙度不同,表面形貌特征相差很大。
2.2 腐蚀后试样表面的形貌特征分析
各试样经化学浸泡24h、去除腐蚀产物后的不锈钢表面激光共聚焦形貌如图2所示。100#、260#和600#砂纸打磨试样的表面产生了一些明显的宏观腐蚀孔洞(呈不规则椭圆形),蚀孔面积在0.18～0.30mm2之间,但600#砂纸打磨试样表面的宏观蚀孔明显较前两者要少。经1000#砂纸打磨后的试样没有发现宏观腐蚀孔洞。同时,所有试样表面都出现了少量的较小尺寸微观点蚀孔,蚀孔面积在0.012～0.031mm2之间,分布较为分散,但1000#砂纸打磨后的试样4表面上的宏观点蚀孔较少,且其蚀孔面积、深度都相对较小。由此可见,表面粗糙度越小,蚀孔数量和面积都越小,说明在氯离子环境中的抗点蚀能力越强。
为了深入分析表面粗糙度与不锈钢耐腐蚀性能之间的关系,根据国家标准《金属和合金的腐蚀-点蚀评定方法》[9]测量了腐蚀后试样表面蚀孔的最大深度D、平均最大蚀孔面积
为了更好地分析试样表面粗糙度对耐腐蚀性能的影响,利用不锈钢表面砂纸打磨的微沟槽的深度d和宽度w定义了不锈钢抛光表面开放度参数δ=w/d。将表面粗糙度测量中的微观不平度10点平均高度Rz和单峰平均间距S分别代表沟槽的平均深度d和宽度w来计算不锈钢抛光表面开放度参数。显然,不锈钢抛光表面开放度参数δ越大,表面微沟槽深度越小而宽度越大,微沟槽的张开角度越大,说明表面越平坦和光滑,不锈钢抛光表面开放度参数δ越小则表明微沟槽窄而深。根据表1中试样表面的测量数据,可以计算出试样1～4的不锈钢抛光表面开放度参数δ,依次为5.87、8.21、16.29、17.95,表面粗糙度越小,不锈钢抛光表面开放度参数δ越大,表面越趋于平坦。
图4所示为蚀孔深度和面积与不锈钢抛光开放度参数δ的关系曲线。从图4可以发现,蚀孔的最大深度、平均最大深度和平均最大面积均与不锈钢抛光表面开放度参数δ近似成负线性关系,且蚀孔深度和大小都随不锈钢抛光表面开放度参数δ的增大而减小,不锈钢抛光表面开放度参数δ相差越大,蚀孔深度和大小也相差越大。通过对比对应试样的表面粗糙度差值和不锈钢抛光表面开放度参数值差值发现,表面粗糙度之间的差值较小,但不锈钢抛光表面开放度参数相差较大,如试样3和试样4表面粗糙度Ra的差值只有0.0208μm,但它们的不锈钢抛光表面开放度δ的差值为1.66,也就是说,不锈钢抛光表面开放度参数从数值上也放大了不同样本表面微观不平度的差异。这说明,不锈钢抛光表面开放度参数δ比表面粗糙度更能直观、简单地反映不锈钢表面微观形貌与耐蚀性能的关系。陈捷等[10]研究发现,金属腐蚀首先产生于表面微小轮廓谷处和裂纹处,继而逐渐向金属内部侵蚀,轮廓谷、峰越深与越陡峭的金属表面腐蚀越快,轮廓峰、谷形状比较圆滑的表面则不易腐蚀。
2.3 极化曲线测定
不同表面粗糙度试样在质量分数为3.5%NaCl溶液中的动电位极化曲线如图5所示。从图5可以看出:与100#砂纸打磨的试样1和260#砂纸打磨的试样2相比,600#砂纸打磨的试样3和1000#砂纸打磨的试样4的击穿电位Eb相对较高,而电流密度Jpass却相对较小,表明不锈钢表面粗糙度越小,其钝化膜的稳定性能越好,耐腐蚀性能越好。已有研究表明,当合金进入亚稳孔蚀和稳定孔蚀阶段,随表面粗糙度增大,亚稳态孔蚀电位和稳定孔蚀电位都近似以线性方式负移,钝化膜稳定性变差[11]。结合吸附理论与不锈钢抛光表面开放度参数δ可以对这种结果进行分析:Cl-1破坏钝化膜的根本原因是因为它具有很强的可被金属吸附的能力。过渡金属Fe、Ni、Cr等表面吸附Cl-1比吸附O2-更容易,因而Cl-1被优先吸附,并从金属表面把氧原子排挤掉,而Cl-1和CrO2-4竞争吸附作用的结果导致金属钝态遭到局部破坏。不锈钢抛光表面开放度δ较小时,一方面,在尖峰和谷底处形成的钝化膜比平缓处钝化膜的厚度要小;另一方面,窄而深处的表面活性点较多,闭塞程度较大,溶液处于滞留状态,腐蚀过程中更容易降低局部溶液的pH值并使活性阴离子富集,从而导致钝化膜的稳定性变差,降低钝化膜的自我修复能力,这样就使得击穿电位负移,维持钝化状态所需的阳极电流密度加大。这也进一步说明表面粗糙度对不锈钢制品最终耐蚀性能具有决定性影响。
1.1000#砂纸打磨试样 2.600#砂纸打磨试样 3.260#砂纸打磨试样 4.100#砂纸打磨试样
3 结论
(1)随着表面粗糙度的增大,腐蚀环境中不锈钢表面平均最大蚀孔深度、平均最大蚀孔面积急剧增大;表面粗糙度差异越大,蚀孔深度和蚀孔面积差异越大。表面粗糙度Ra在0.2～0.4μm内变化时,表面粗糙度值增大1倍能导致平均最大蚀孔深度与平均最大蚀孔面积增大十倍乃至数十倍。表面粗糙度Ra约为0.1μm时,具有较为稳定的耐蚀性能。
(2)不锈钢抛光表面开放度参数与试件表面蚀孔深度和面积成近似负线性关系,采用不锈钢抛光表面开放度参数δ可以更直观、简单地描述不锈钢表面的耐腐蚀性能。δ越大,表面粗糙度越小,平均蚀孔深度和面积也越小,耐蚀性能越好。
(3)不同表面粗糙度试样在质量分数为3.5%Nacl溶液中的动电位极化曲线表明,表面粗糙度越小,不锈钢抛光表面开放度越大,击穿电位Eb相对越高,电流密度相对越小,钝化膜的稳定性越好,耐腐蚀性能越好。
参考文献
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[10]陈捷,毕林丽,姜莉.铸造表面粗糙度[M].北京:机械工业出版社,2002.
不锈钢表面处理 第7篇
关键词：不锈钢,电沉积,氧化石墨烯
0前言
石墨烯为目前已知的最薄二维晶体结构, 独特的结构使其具有大量的优异性能, 由于机械性能强, 表面积大, 化学稳定性高, 热力学稳定等优良特性, 在传感器, 超级电容器, 燃料电池, 耐蚀涂层等领域引起了人们的广泛关注。
石墨烯能够有效阻止腐蚀液的渗透并且可以对基体形成完整的覆盖所以石墨烯被称谓理想的耐蚀涂层[1]。Wenting He等人在Nd Fe B表面用电沉积方法制备了氧化石墨烯涂层对Nd Fe B的腐蚀起到了很好的抑制作用[2], N.T.Kirkland等人在铜和镍表面化学气相沉积了石墨烯涂层, 减慢了镍的阳极氧化反应, 也减慢了铜的阴极还原反应[3], Jow-Lay Huang等人在镍表面化学气相沉积了石墨烯涂层, 有效的阻止了镍在空气中的腐蚀[4]。由于石墨烯的不渗透性, 阻止了氧气和水的扩散, 在短时间内对基体均起到了一定的保护效果。
本文利用电沉积方法在不锈钢基体表面沉积氧化石墨烯膜层, 通过电化学测试测试其防腐蚀性能, 并通过扫描电镜观察其表面形貌。
1 实验过程
将304不锈钢板材切割成10mm×10mm×2mm的试样, 进行打磨抛光, 分别用丙酮、无水乙醇、去离子水超声清洗5分钟。氮气吹干后用电烙铁焊在长约15cm的铜导线上。
所用氧化石墨烯由改进的Hummers方法制备。取适量氧化石墨烯, 加入到一定量去离子水中, 并进行超声分散, 得到氧化石墨烯溶液, 待用。以预处理后的304不锈钢为正极, 铂电极为对负极, 在上述配置溶液中进行沉积成膜300秒, 取出后吹干, 并进行固化, 不锈钢表面即沉积得到氧化石墨烯膜层。
2 表征测试
以不锈钢试样为工作电极, 饱和甘汞电极为参比电极, 铂电极为对电极组成三电极体系, 利用Autolab电化学工作站对试样在质量分数为3.5%的Na Cl溶液中进行电化学阻抗和动电位极化测试。选用S-4800场发射扫描电镜对膜层进行扫描并对形貌进行分析。
3 结果分析
3.1 电化学阻抗分析
图1-a为Nyquist图谱, 其中插入图为高频区的放大图。各电压下沉积的氧化石墨烯膜层的Nyquist图谱均为半圆状的阻抗弧, 有膜层保护的试样容抗弧半径增大, 对不锈钢基体起到了一定的保护作用, 且当沉积电压为4V时容抗弧的半径最大, 对基体的保护作用最好。
图1-b为bode图, 高频区表示膜层对腐蚀溶液渗透的阻力, 数值越大表示膜层的致密性越好。中频区代表膜层的电容性, 中频区成线性关系说明电容性好, 膜层比较完整, 没有受到严重的腐蚀破坏。低频区代表膜层整体的抗腐蚀阻力, 低频区数值越高, 膜层的抗腐蚀性能越好。当沉积电压为4V时低频区阻抗值达到最高, 即当沉积电压为4V时沉积的氧化石墨烯膜层的抗腐蚀性能最好。
在图1-c相位角图中, 沉积有氧化石墨烯膜层后相位角在中频区较大的范围内会维持一个较高值, 且当沉积电压为4V时, 相位角在中频区最高且跨度最大, 说明沉积电压为4V时沉积的氧化石墨烯膜层有更好的抗腐蚀性能。
由电化学阻抗图谱可知氧化石墨烯在不锈钢基体表面的最佳沉积电压为4V。
3.2 动电位极化曲线分析
图2动电位极化曲线中显示出, 沉积有氧化石墨烯膜层后的试样, 较裸样相比阳极分支的腐蚀电流密度在下降, 腐蚀电位正移。不同沉积电压下沉积的氧化石墨烯膜层进行对比可以看出, 阳极曲线对应的腐蚀电流密度随沉积电压增大表现出先降低后增大的趋势, 腐蚀电位先正移而后负移。且在沉积电压为4V时阳极分支腐蚀电流密度最低, 腐蚀电位最大。说明当沉积电压为4V时沉积的氧化石墨烯膜层对金属基体起到了最好的保护作用。
将图2对应的动电位极化曲线进行拟合, 所得数据列于表1中, 可以更加直观的观察出不同电压下沉积的氧化石墨烯膜层的抗腐蚀性能。
腐蚀电位Ecorr代表发生腐蚀的难易程度, 通过比较发现, 样品表面在沉积上氧化石墨烯膜层后, 腐蚀电位均较裸样发生正移, 在4V沉积电压下沉积的膜层腐蚀电位正移最大, 与裸样相比正移接近200m V, 抗腐蚀能力提高很大。腐蚀电流密度Icorr表示发生腐蚀后腐蚀的快慢程度, 进行对比可知在4V沉积电压下沉积的膜层对应的腐蚀电流密度与裸样相比下降了近一个数量级, 说明此条件下沉积的氧化石墨烯膜层发生腐蚀后腐蚀速率最低。
分析表中的保护效率ηP, 可知先增大后减小, 在沉积电压为4V时沉积的氧化石墨烯膜层对应的保护效率最大, 达到91.6%。分析动电位极化曲线也可以得出当沉积电压为4V时沉积的氧化石墨烯膜层对基体的保护作用最好, 与电化学阻抗图谱所得结论一致。
3.3 扫描电镜分析
图3为4V沉积电压下不锈钢表面氧化石墨烯膜层在不同放大倍数下的扫描电镜图, 不同放大倍数下氧化石墨烯膜层均可以看出, 氧化石墨烯均匀地平铺在不锈钢基体上面, 且有层层的褶皱存在。
4 机理分析
氧化石墨烯有很多含氧官能团存在, 片层表面存在大量的羟基和环氧基团, 边缘位置存在大量的羧基和羰基[5]。在氧化石墨烯溶液中, 由于羧基的去质子化使氧化石墨烯片层带负电, 因此在电沉积过程中会向阳极移动, 当含有一个单电子的羧基与阳极接触时, 电子会脱离氧化石墨烯片层, 使羧基反生氧化反应, 所有含未成对电子的基团会通过科尔贝-施密特反应生成二氧化碳, 未成对电子会与另外未成对电子形成共价键, 两个相邻片层即通过共价键结合在一起[6], 在不锈钢基体表面形成致密的氧化石墨烯膜层。
不锈钢基体表面覆盖的致密氧化石墨烯膜层可以有效的隔绝腐蚀性离子的渗透, 起到了物理性隔绝的作用。当电压在一定范围内增加时, 氧化石墨烯片层会层层的叠加在一起, 膜层更加致密且厚度不断增加, 所起到的抗腐蚀性能不断提高;当电压超过一定范围继续增加时, 氧化石墨烯片层之间反应加快, 片层之间杂乱无章使沉积的氧化石墨烯膜层存在一定的缺陷故膜层对不锈钢金属基体的保护作用下降。
适当的电压可以使氧化石墨烯膜层更加致密且能达到一定厚度, 形成不锈钢基体的物理性的阻挡保护屏障, 对不锈钢基体起到良好的保护作用。
5 结论
通过电沉积方法在不锈钢基体上面沉积的氧化石墨烯膜层, 通过电化学阻抗谱和动电位极化曲线均可以看出氧化石墨烯膜层起到了良好的保护作用, 且当沉积电压为4V时起到的保护作用最好。通过扫描电镜可以看出, 氧化石墨烯均匀的沉积在了不锈钢基体的表面。
参考文献
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不锈钢表面处理 第8篇
1 管道原始施工、返修情况
1.1 原始施工情况
该区域不锈钢高压管道材质为TP321。施工前施工单位项目部编制了管道施工方案和试压方案，进行了焊接工艺评定，编制了焊接作业指导书，并报监理、业主批准后实施。
管道DN≥50mm的管焊接为氩电联焊，TP321焊材为H0Cr20Ni10Nb+A132。不锈钢高压管道在施工单位生产基地厂房内预制，安装时根据环境和气候情况在现场搭设临时设施防风、雨、雪。焊道坡口表面经PT检验合格后施焊，焊道经100%无损检测合格（射线探伤及部分焊道为超声波探伤）。管道安装合格后进行水压试验，试验用水经水质检验合格。由于冬季试压，试验用水经升温处理达到规范要求后用于试验，所有管道均经水压试验合格。
1.2 返修措施
为保证返修焊接质量，编制了返修技术方案、焊接作业指导书、热处理方案等技术文件，并经业主、监理审查通过，在返修过程中，针对实际效果业主、监理、施工单位多次召开专业会，改进技术措施，指导现场施工。
具体措施：对要求检查的所有焊缝作PT和UT，查出裂纹位置，由检测人员对焊缝的缺陷标位，指导打磨返修。对管径大于DN400的焊缝，当打磨深度小于4 mm时，采用打磨圆滑过渡后再PT、UT、RT检查，管径小于DN40的焊缝，当打磨深度小于2mm时，采用打磨圆滑过渡后再PT检查。确认裂纹消除后补焊处理，裂纹打磨方向：由裂纹两侧向裂纹中心打磨。裂纹深度由检测人员测厚确定。再整口RT检查。切除更换配件的部位需将原焊缝全部打磨干净，再PT检查，合格后严格按工艺焊接。焊后PT、UT、RT检查。严格执行焊接工艺，控制层间温度；对每道焊口做好标识及记录；每个焊道焊前去氢处理，去氢处理温度390℃，恒温5h。需稳定化处理的焊缝及时处理。对打磨位置、长度、深度，去氢处理，焊缝层间温度做好记录，确保可追溯性。打磨用的砂轮片用不锈钢专用的，严格控制施工机具材料中的[Cl-]含量。在现场设专职质检员和技术员，对所有工序进行检查记录，确保质量受控。所有焊缝补焊前的去氢处理曲线符合要求，对去氢处理后不能及时焊接，时间超过12h的重新去氢处理。稳定化处理及时并符合要求。
1.3 返修后检测情况
着色检验：按工序要求对每个焊缝进行去氢前、去氢后、焊接后的PT检查，全部合格，对7道切除焊缝氩弧焊封底完后分层PT检查，全部合格，7月11日对全部焊缝再次PT检查，发现已经射线检查合格的焊缝（Φ508×50）有长约300mm深32mm的裂纹。
超声波检验：对管径大于150的焊缝100%做超声波（UT）检测，由于不锈钢焊缝的特殊性，仅能对焊缝的熔合线位置进行超声波探伤，结果全部合格。
射线探伤：对所有焊缝100%射线探伤，共需要拍片362张，约需要探伤时间600 h，由于受各方条件限制，目前共对18道焊缝拍片，拍片数量82张，全部合格，其中部分焊缝没有整口拍片。部分打磨较长、较深的返修焊缝没有拍片。
2 管道焊缝裂纹产生原因分析
根据对现场焊缝裂纹发生的部位，形状,对部分裂纹所作的金相分析（裂纹沿晶分布，见图2）；以及当时施工记录判断，该类焊缝裂纹主要是奥氏体不锈钢焊接接头的热裂纹。该部分高压管道在现场焊接时，正值隆冬季节，气温低，且有雨雪天；虽也采取防护措施，但还是不到位。由于进口管材到货迟，赶工期，现场管理不到位，部分焊工没有严格按照焊接工艺卡的要求进行焊接，存在电流过大，焊条作横向摆动；多层焊时，层间温度控制不当，未等上道焊层冷到100℃以下再焊下一层。与其它不锈钢相比，奥氏体不锈钢具有较高的热裂纹敏感性，在焊缝及近缝区都有产生热裂纹的可能。热裂纹通常可分为凝固裂纹，液化裂纹和高温失塑裂纹三大类，由于裂纹均在焊接过程的高温区发生，因此又称高温裂纹。凝固裂纹主要发生在焊缝区，最常见的弧坑裂纹就是凝固裂纹。液化裂纹多出现在靠近熔合线的近逢区。在多层多道焊缝中，层道间也有可能出现液化裂纹。对于高温失塑裂纹，通常发生在焊缝金属凝固结晶完了的高温区。[1]
分析结果:奥氏体+δ铁素体组织,裂纹沿晶分布。
产生热裂纹的基本原因：奥氏体不锈钢的物理特性是热导小，线膨胀系数大，因此在焊接的局部加热和冷却条件下，焊接接头部位的高温停留时间较长，焊缝金属及近缝区在高温承受较高的拉伸应力与拉伸应变，这是产生热裂纹的基本条件之一。[1]
对于奥氏体不锈钢焊缝，通常联生结晶形成方向性很强的粗大柱状晶组织，在凝固结晶过程中，一些杂质元素及合金元素，如S、P、Sn、Sb、B、Nb易于在晶间形成低熔点的液态膜，因此造成焊接凝固裂纹，对于奥氏体不锈钢母材，当上述杂质元素的含量较高时，将易产生近缝区的液化裂纹。[1]
3 存在问题
本次返修过程中下列问题影响焊缝质量的正确判断：焊缝做表面PT检查，焊缝内部缺陷不能查出；UT不能对奥氏体焊缝精确检查，判断缺陷的准确性不高；由于时间和环境条件的限制，焊缝不能100%拍片，未拍片焊缝是否存在缺陷无法确定，且γ射线探伤的分辨率低，如本次γ射射线检验合格的焊缝后经PT检验出长约300mm深32mm的裂纹。由于以上原因，只能对PT检查出的裂纹进行返修，对埋藏在焊缝深处的缺陷无法查出，因此不能排除有未发现的裂纹，对这种高压不锈钢厚壁管每种检验手段都有局限性，都难以准确诊断焊缝缺陷。这方面有待进一步研究。
本次焊缝返修中，现场已经使用可以实现的各种手段对焊缝进行了检测，发现的裂纹已全部消除。鉴于每种检测方法用于高压不锈钢厚壁管的局限性及现场条件的限制，仍不能完全排除存在缺限的可能，建议加强对高压管道的实时监控。
4 结论
通过本次检修初始发现一道裂纹开始，对所有高压管道焊缝逐一检查，经PT检查发共发现91道焊缝有裂纹，其中经打磨合格的有23道，其余68道都不同程度补焊（其中7道切除重焊），确保装置安全运行。经过半个多月的返修，对发现的裂纹已全部处理，并通过PT,RT,UT进行检验，目前该装置已安全运行半年多。
奥氏体不锈钢焊接工艺成熟，但如果不严格按照焊接作业指导书进行焊接，焊缝就容易产生热裂纹。因此要严格焊接的过程管理，确保质量受控，同时合理安排工期，在恶劣天气条件下施焊，防护措施必须到位。
由于该加氢裂化装置已经正常运行三年多，在高温高压临氢状态下，管道组成件溶解了大量氢，为降低钢中扩散氢含量，防止焊缝切割打磨过程中产生新的裂纹，降低焊接接头硬度，提高冲击韧度，避免产生延迟裂纹，因此须对原裂纹及热影响区进行严格的消氢处理,且对消氢处理后不能及时焊接，时间超过12 h的重新进行消氢处理，消氢处理的质量直接关系到焊缝返修成功与否。
摘要：高温高压临氢管道运行一段时间发现多道焊缝裂纹,较为罕见。文章叙述了高温高压临氢管道焊缝裂纹现象,重点介绍了裂纹的检查检测方法,产生原因及修复检验方案;并对高压不锈钢管道焊接如何避免焊接热焊缝提出了建议。
关键词：高温高压,临氢管道,焊缝裂纹,焊缝返修
参考文献
不锈钢表面处理 第9篇
奥氏体不锈钢是指在常温下具有奥氏体组织的不锈钢。钢中含Cr约18%、含Ni 8%—10%、C约0.1%时,具有稳定的奥氏体组织。奥氏体不锈钢无磁性而且具有高韧性和塑性,但强度较低,不可能通过相变使之强化,仅能通过冷加工进行强化。如加入S,Ca,Se,等元素,则具有良好的易切削性。此类钢除耐氧化性、酸介质腐蚀外,如果含有Mo、Cu等元素还能耐硫酸、磷酸以及甲酸、醋酸等的腐蚀。此类钢中的含碳量若低于0.03%或含Ti、N,就可显著提高其耐晶间腐蚀性能。由于奥氏体不锈钢具有全面的和良好的综合性能,在各行各业中获得了广泛的应用[1—5]。
304奥氏体不锈钢作为一种用途广泛的钢,具有良好的腐蚀性、耐热性、低温强度和机械性能;冲压、弯曲等热加工性好,无热处理硬化现象,无磁性。用于家庭用品(餐具、橱柜、锅炉、热水器),汽车配件,医疗器具,建材,化学,食品工业,船舶部件。根据不同的要求,其常用的热处理工艺主要有:固溶处理、稳定化处理和去应力处理等[6,7],由于其应用的广泛性,其热处理工艺的研究对生产有很好的指导意义。
1实验方法
实验原材料为304奥氏体不锈钢(国内牌号为0Cr18Ni9)化学成分为碳≤0.08%,硅≤1.00%,锰≤2.00%,磷≤0.045%,硫0.03%,镍8.0%—10.5%,铬18%—20%。原材料通过热轧而成,切割成直径20 mm,高20 mm的圆柱体试样。对试样分别在1 050℃,保温30 min空冷和水冷进行固溶处理,在650℃并保温1 h段后空冷和800℃并保温1 h空冷至室温,进行敏化处理。对原材料和热处理试样采用洛氏硬度计和金相显微镜进行硬度和金相组织分析。
2 实验结果与讨论
2.1 原材料夹杂物的测定结果
按照国标《GB/T 10561—2005钢中非金属夹杂物含量的测定》实验方法,对原材料非金属夹杂物如图1所示,在100倍下与标准图对比,可以得出原材料含有两类夹杂物。沿轧制方向排成一列为氧化铝类(B类),从粒度粗细和长度可以判断是细系,1.5级。形态比小,成黑色无规则分布的颗粒为球状氧化物类(D类),从粒度和数量可以判断是细系,1.5级。所以测定结果为细系B1.5,细系D1.5。因此,夹杂物等级符合国家标准。
2.2 原材料的金相组织及力学性能分析
原材料金相组织如图2所示。浸蚀方法为高氯化铁5 g,盐酸10 mL,酒精500 mL混合液,浸蚀10 min。奥氏体晶粒均匀细小,根据《GB/T 6394—2002 金属平均晶粒度测定法》,晶粒度可评定为5.5级。另外,晶粒中伴有孪晶,黑点为非金属夹杂物。从金相图片可看出此原材料已经经过固溶处理。原材料各种硬度测量如表1所示,硬度分布比较均匀,平均值为HB187左右。
2.3 热处理工艺对组织及性能的影响
2.3.1 固溶处理对组织的影响
将304奥氏体不锈钢原材料加热到1 050 ℃,保温30 min,通过快冷至室温,进行重新固溶处理。固溶处理后的组织如图3,图4所示。图3为空冷后的试样金相组织,图4为水冷后的试样金相组织。浸蚀方法为高氯化铁5 g,盐酸10 mL,酒精500 mL混合液,浸蚀10 min。
从金相组织照片可以看出,固溶处理后的金相试样比较难腐蚀,晶界不是很明显。此金相组织为奥氏体晶粒,晶粒比较均匀细小,并伴有孪晶,黑点为碳化物。根据《GB/T 6394—2002 金属平均晶粒度测定法》进行评级,空冷后晶粒度为5.5级左右,与原材料晶粒度相比变化不大,因此也可以推知原材料的固溶处理时也是进行空冷的。水冷后晶粒度有所增大,为6.5级左右。
2.3.2 固溶处理对力学性能的影响
固溶处理时空冷和水冷所得的各种硬度值如表2所示。从表2可以看出,当冷却速率提高时,奥氏体不锈钢的硬度也相应地增加。奥氏体不锈钢在冷却时并没有组织的变化,而硬度却升高了。这是由于奥氏体不锈钢在快速冷却时,外层受急冷收缩而变硬,内部温度仍然高而软,由于外层之收缩而受塑性压缩变形。如同受到冲床加工,上下收缩而横向膨胀。由于外冷内热,继续冷却到室温则内部之收缩较外层多。由于内部的收缩在外层产生压缩应力,这种热应力使其表面有极大压应力,促使奥氏体不锈钢表面抗疲劳强度增加,硬度也增加[8]。由于这种残余压应力对材料的力学性能产生好的作用。因此,在奥氏体不锈钢固溶处理时用水冷比用空冷好。
(A、B分别为650℃处理时的不同倍数下 的组织;C、D分别为800℃处理时的不同倍数下的组织)
2.3.3 敏化处理
敏化处理是指已经过固溶处理的奥氏体不锈钢,在500—850℃度加热,将铬原子从奥氏体中以Cr23C6碳化物的形式沿晶界析出,造成奥氏体不锈钢的晶界腐蚀敏感性增强,这就是敏化处理。工艺1:将304奥氏体不锈钢加热到650 ℃,并保温60 min,然后出炉空冷到室温。敏化后在不同倍率下看到的金相组织如图6中A、B图所示。工艺2:将304奥氏体不锈钢加热到800 ℃,并保温1 h,然后出炉空冷到室温。敏化后在不同倍率下看到的金相组织如图6中C、D所示。浸蚀方法均为高氯化铁5 g,盐酸10 mL,酒精500 mL混合液,浸蚀时间均为10 min。从金相组织可以看出,在同样的浸蚀条件下,650 ℃保温60 min敏化时组织的晶界腐蚀不明显。而800 ℃保温60 min敏化时组织的晶界腐蚀比较明显。主要原因是在敏化温度区间(一般为500—900 ℃)较高温度时,晶界附近的奥氏体中的铬元素更容易以Cr23C6的形式沿晶界析出,造成了晶界附近奥氏体中的铬元素减少,使得此处的电位降低,使得此处更容易被腐蚀。当敏化温度不是很高,而且敏化保温时间不够长时,Cr23C6析出并没有聚集在晶界上,而以点蚀的形式分散在晶粒里,因此金相照片中的晶粒上有着弥散的Cr23C6析出物。
3 结论
通过对304奥氏体不锈钢热处理工艺的研究,得出了结论如下:
(1) 固溶处理后的奥氏体不锈钢有更好的耐腐蚀性能,固溶后水冷比空冷获得的表面硬度更高,而且表面是残余压应力,对其他力学性能也有利。
(2) 可以得出敏化后的奥氏体不锈钢十分容易被腐蚀。而且,敏化温度越高,敏化时间越长,敏化后的晶间腐蚀倾向越大。因此,奥氏体不锈钢热处理时一定避免在敏化区间内进行。
摘要：研究了不同热处理工艺对304奥氏体不锈钢组织和性能的影响。304奥氏体不锈钢试块进行1 050℃保温30 min固溶处理,分别在水中和在空气中冷却。结果发现得出组织均为单相奥氏体,水中冷却不锈钢硬度更高,说明水冷后获得更大的内应力。原材料进行650℃保温60 min敏化处理和800℃保温60 min敏化处理,对比得出在800℃保温60 min时更容易发生晶间腐蚀。因此,304不锈钢热处理时应避免在敏化温度区间内较高温度停留较长的时间。
关键词：奥氏体不锈钢,晶间腐蚀,固溶处理,敏化处理
参考文献
[1]杜存臣.奥氏体不锈钢在工业中的应用.化工设备与管道,2003;(2):4—8
[2]熊云龙,娄延春,刘新峰.不锈钢材料研究的新进展.热加工工艺,2005;(5):20
[3]耿炳玺.谈我国不锈钢发展中的几个问题.冶金管理,2006;(4):35—37
[4]徐爱东.不锈钢市场展望Heinzer Parizer公司的观点.中国金属通报,2004;(26):2
[5] Yan M F.Study on absorption and transport of carbon in steel duringgas carburizing with rare earthaddition Mater Chem Phy,2001;70(2):242—245
[6]程鹏辉,贺东风,田乃媛.我国不锈钢发展现状及展望.特殊钢,2007;28(03):50—52
[7] Benedetti M.Influence of shot peening on bending tooth fatigue limitof case hardened gears.Interational Journal of Fatigue,2002;24(50):1127—1136
不锈钢表面处理 第10篇
关键词：奥氏体不锈钢,焊缝,应力腐蚀开裂,分析,预防措施
1 概况
某石化公司生产厂SA104中和罐, 2013年5月首次投用, 2016年3月首次检验时, 发现上封头与筒体对接环焊缝区域存在两处表面微裂纹。 (设备主要技术参数:操作压力为0.1MPa;操作温度为150℃;主体材质为316 (0Cr17Ni12Mo2) ;主体厚度为12mm;容器高度为3200mm;封头型式为椭圆形, 支座形式为支腿式, 工作介质为醇醚) 。
2 检验情况
该罐因生产原因停车未退料, 人孔无法打开, 无法进入内部检验, 决定拆除外绝热层实施检验, 由于该罐长期暴露于大气环境下, 并且发现保温铁皮有严重锈蚀现象, 怀疑有雨水渗入, 加之材质为奥氏体不锈钢, 所以优先选择进行渗透无损检测项目。其次考虑进行壁厚测定、宏观检查、几何尺寸检查等项目。
2.1 渗透无损检测
对露出部位焊缝进行100%渗透检测。渗透探伤剂选用的型号为DPT-5, 渗透检测方法为溶剂去除型, 渗透时间为12分钟, 显像时间为8分钟, 渗透结果发现上封头与筒体连接处的的焊缝区域存在两处表面微裂纹, 用5~10倍放大镜观察, 这些裂纹都为横向裂纹, 垂直于焊缝, 缺陷形状及尺寸见图1和图2。
2.2 其他项目检查
对上下封头和筒体部位进行壁厚测定, 封头实测最小壁厚为12.1mm, 筒体实测最小壁厚为11.8mm, 未见有减薄迹象, 宏观检查及几何尺寸检查均合格。
2.3 缺陷处理:
用砂轮将表面微裂纹打磨消除, 再次进行渗透探伤, 未见异常。
3 缺陷原因分析
3.1 腐蚀环境
容器外壁有绝热层, 上方无遮雨棚, 长期处于露天的大气环境中, 绝热层破损进入雨水后不易干燥, 会使容器的外表面处于氯离子的环境中, 随着氯离子的浓度不断增加, 使该罐的外表面局部就处于氯离子的腐蚀环境中。
3.2 应力腐蚀开裂
应力腐蚀开裂必须具备一定条件才能产生, 敏感的金属、特定的介质环境和处于应力状态下, 三个要素缺一不可。在腐蚀介质不存在的条件下, 只有当作用于金属上的应力超过其抗拉强度时, 金属才会断裂。反之, 在应力不存在的条件下, 只有当金属与腐蚀性很强的介质接触时, 金属才会在较短的时间内受到严重腐蚀, 从而破坏, 但是, 当应力和腐蚀介质共同作用时, 就会出现截然不同的情况。金属的应力腐蚀开裂往往在应力远低于抗拉强度而介质腐蚀性又很轻微的环境下发生。根据封头焊缝裂纹出现的部位、裂纹的分布规律、裂纹的形态特征, 不难判断该不锈钢中和罐焊缝产生的裂纹, 属应力腐蚀开裂。焊缝在残余应力的作用下, 又与腐蚀介质相接触时, 经过一段时间后残余应力及腐蚀介质的双向作用下扩展, 引起应力腐蚀开裂。这种应力腐蚀, 是由特定的材料, 在特定的环境下及拉应力共同作用所引起的。奥氏体不锈钢应力腐蚀敏感性很高, 尤其以氯离子最为敏感, 氯离子使不锈钢表面的钝化膜受到破坏, 在拉伸应力的作用下, 钝化膜被破坏的区域就会受腐蚀而产生裂纹, 成为腐蚀电池的阳极区, 连续不断的电化学腐蚀, 就可能最终导致金属材料的断裂。
4 预防措施
4.1 采用热处理, 降低焊接残余应力
热处理时, 还应考虑奥氏体不锈钢敏化温度450~850℃, 考虑耐晶间腐蚀的要求, 通过热处理来降低残余应力热处理温度常常要高到850~900℃以上才有一定效果。在650℃左右热处理时, 即使加热时间较长, 消除残余应力的效果是很小的, 而提高到900℃以上则可基本上可以消除应力。高温消除应力热处理, 以缓冷为宜, 但这易于促使析出铬碳化物, 因而不利于耐晶间腐蚀或耐晶间形式的应力腐蚀开裂。
4.2 重新进行隔热层防护, 搭设遮雨棚
奥氏体钢由于导热性差和线胀系数大, 在约束焊接变形时会残留较大的焊接应力, 而从根本上消除拉伸应力又是不可能的。在不便于改换耐蚀材料时, 只能力求从人为选取新隔热层和搭设遮雨棚等手段着手, 勿让雨水再次通过隔热层渗入设备直接与其本体接触。这样会最大限度的降低应力腐蚀开裂的发生。
参考文献
[1]残余应力的产生和对策, 机械工业出版社, 1983.10.
[2]压力容器检验, 中国锅炉压力容器检验协会, 2005.
[3]旋压封头残余应力的试验研究, 压力容器, 1993. (1) .