专利摘要

一种低温液相扩渗提高钢表面耐腐蚀性的方法，本发明涉及钢表面强化的方法。本发明是要解决现有的金属表面扩渗方法的温度高的技术问题。本发明的方法：一、钢表面纳米化；二、由无水硼砂、V2O5和铝粉制备温度为780～900℃的硼砂盐浴；三、将步骤一得到的活化后的钢放入到硼砂盐浴中保持2～4小时，在钢表面表面得到耐腐蚀膜层。该耐腐蚀膜层是由低温原位生长的纳米片构成，该薄膜与基体的结合力强，表面具备了疏水性，接触角为100°～115°，从而提高金属的耐腐蚀性能。可用于表面处理领域。

权利要求

1.一种低温液相扩渗提高钢表面耐腐蚀性的方法，其特征在于该方法按以下步骤进行：

一、将钢表面进行纳米化处理；

二、按质量百分比称取50％～65％的无水硼砂、15％～20％V₂O₅和20％～30％铝粉并加入到扩渗炉中，加热至780～900℃，得到硼砂盐浴；

三、将步骤一得到的纳米化处理后的钢放入到780～900℃的硼砂盐浴中保持2～4小时，洗净、干燥，在钢表面得到耐腐蚀膜层。

2.根据权利要求1所述的一种低温液相扩渗提高钢表面耐腐蚀性的方法，其特征在于步骤一中所述的纳米化处理为喷丸处理。

3.根据权利要求2所述的一种低温液相扩渗提高钢表面耐腐蚀性的方法，其特征在于喷丸处理是在喷丸机中在真空下进行机械振动式喷丸，弹丸的直径为0.5～3mm、机械振动的频率为50Hz，弹丸与钢表面距离10～15mm，处理时间为30～40min。

4.根据权利要求1、2或3所述的一种低温液相扩渗提高钢表面耐腐蚀性的方法，其特征在于步骤一所述的钢为钢为35号钢或H13号钢。

5.根据权利要求1、2或3所述的一种低温液相扩渗提高钢表面耐腐蚀性的方法，其特征在于步骤二中按质量百分比称取55％～60％的无水硼砂、16％～18％的V₂O₅和22％～29％的铝粉。

6.根据权利要求1、2或3所述的一种低温液相扩渗提高钢表面耐腐蚀性的方法，其特征在于步骤二中加热至790～830℃。

7.根据权利要求1、2或3所述的一种低温液相扩渗提高钢表面耐腐蚀性的方法，其特征在于步骤三中保持时间为2.5～3.5小时。

说明书

技术领域

本发明涉及钢表面强化的方法。

背景技术

钢铁的碳含量一般≥0.3wt.％，由于其本身易在空气中氧化而产生腐蚀，因此钢铁等金属表面强化与防护一直以来备受各界关注。其中扩渗方法是用加热扩散的方式使欲渗金属或非金属元素渗入金属材料或工件的表面，从而形成表面合金层，通过合金层来提高金属表面的耐腐蚀性、硬度等性能。

现有的金属表面扩渗方法是以硼砂作为基盐，碳素工具钢和合金工具钢在钒铁或V₂O₅及A1、Si、Ca等还原剂的温度为1000℃以上的硼砂盐浴中进行处理，在表面可以形成几微米的碳化钒覆层，提高金属表面的硬度。但该方法存在硼砂盐浴温度高，粘度大，流动性差，工件粘盐多，清洗困难及夹具严重腐蚀等缺点。

发明内容

本发明是要解决现有的金属表面扩渗方法的温度高的技术问题，而提供一种通过低温液相扩渗提高钢表面耐腐蚀性的方法。

本发明的低温液相扩渗提高钢表面耐腐蚀性的方法，按以下步骤进行：

一、将钢表面进行纳米化处理；

二、按质量百分比称取50％～65％的无水硼砂(Na₂B₄O₇)、15％～20％V₂O₅和20％～30％铝粉并加入到扩渗炉中，加热至780～900℃，得到硼砂盐浴；

三、将步骤一得到的纳米化处理后的钢放入到780～900℃的硼砂盐浴中保持2～4小时，洗净、干燥，在钢表面得到耐腐蚀膜层。

本发明先通过机械研磨或喷丸处理将钢表面纳米化，使钢基体的表层具有纳米晶结构而基体的主体仍保持原有的粗晶状态，从而提高材料的表面反应活性并为形成防腐结构做好准备；硼砂盐浴中加入了铝粉，使盐浴的渗透力提高，使本发明的钢表面有能力在低温下进行扩渗反应，在钢表面原位生长纳米片结构的薄膜，使表面具备了疏水性，从而大大提高金属的耐腐蚀性能。同时该薄膜与基体之间具有较强的结合力。

本发明的钢表面耐腐蚀膜层的水接触角为100°～115°，同时硼砂盐浴温度低，能耗低，可用于表面处理领域。

附图说明

图1是实施例1在35号钢表面得到的耐腐蚀膜层的XRD图；

图2是实施例1在纳米化后35号钢表面得到的耐腐蚀膜层的扫描电镜照片；

图3是实施例1在未纳米化化35号钢表面得到的膜层的扫描电镜照片；

图4是实施例1在纳米化后35号钢表面得到的耐腐蚀膜层的截面形貌及线扫描图；

图5是实施例1在未纳米化35号钢表面得到的膜层的截面形貌及线扫描图；

图6是实施例1在纳米化后35号钢表面得到的耐腐蚀膜层的接触角照片；

图7是对比试验1的在未纳米化35号钢表面得到的对比膜层的接触角照片；

图8是对比试验2的在纳米化后35号钢表面得到的对比膜层的疏水角照片；

图9是实施例2在纳米化后35号钢表面得到的耐腐蚀膜层的扫描电镜照片。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式的低温液相扩渗提高钢表面耐腐蚀性的方法，按以下步骤进行：

一、将钢表面进行纳米化处理；

二、按质量百分比称取50％～65％的无水硼砂(Na₂B₄O₇)、15％～20％V₂O₅和20％～30％铝粉并加入到扩渗炉中，加热至780～900℃，得到硼砂盐浴；

三、将步骤一得到的纳米化处理后的钢放入到780～900℃的硼砂盐浴中保持2～4小时，洗净、干燥，在钢表面得到耐腐蚀膜层。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤一中所述的纳米化处理为喷丸处理。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一不同的是方法喷丸处理是在喷丸机中，在真空下进行机械振动式喷丸，弹丸的直径为0.5～3mm、机械振动的频率为50Hz，弹丸与钢表面距离10～15mm，处理时间为30～40min。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是步骤一所述的钢为钢为35号钢。其它与具体实施方式一至三之一相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是步骤一所述的钢为钢为H13号钢。其它与具体实施方式一至三之一相同。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是步骤二中按质量百分比称取55％～60％的无水硼砂、16％～18％的V₂O₅和22％～29％的铝粉。其它与具体实施方式一至五之一相同。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是步骤二中加热至790～830℃。其它与具体实施方式一至六之一相同。

具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是步骤三中保持时间为2.5～3.5小时。其它与具体实施方式一至七之一相同。

用下面的实施例验证本发明的有益效果：

实施例1：本实施例的低温液相扩渗提高钢表面耐腐蚀性的方法，按以下步骤进行：

一、35号钢表面进行纳米化处理：将35号钢板放入喷丸机中，在0.7MPa真空下进行机械振动式喷丸，其中弹丸的直径为2mm、机械振动的频率为50Hz，弹丸与钢表面距离10mm，处理时间为30min，完成表面纳米化处理；

二、按质量百分比称取55％的无水硼砂、17％的V₂O₅和28％的铝粉混合均匀，再加入到扩渗炉中，加热至780℃，得到硼砂盐浴；

三、将步骤一得到的纳米化处理的35号钢板放入到780℃的硼砂盐浴中保持2.5小时，在纳米化处理35号钢表面得到耐腐蚀膜层。

对比试验1：本试验与实施例1不同的是35号钢板未做纳米化处理，其他与实施例1相同，得到做为对比的膜层。

本实施例在35号钢表面得到的耐腐蚀膜层的XRD图如图1所示，其中a为纳米化处理后的35号钢板表面膜层的XRD谱，b为未纳米化处理的35号钢板表面膜层的XRD谱，从图1可以看出，相对于未纳米化处理处理的，35号钢板经过纳米化处理后再进行扩渗，膜层中VC_X的衍射峰强度增强同时铁的峰下降，这表明基体纳米化后有利于成膜。

本实施例在纳米化处理后的35号钢表面得到的耐腐蚀膜层的扫描电镜照片如图2所示，从图2可以看出，该薄膜是由纳米片组装而成。而未纳米化处理的35号钢表面得到的作为对比的膜层的扫描电镜照片如图3所示，从图3可以看出，未经纳米化处理的35号钢表面的膜层与纳米化处理后的得到的膜层完全不同，未经纳米化处理的膜层没有形成纳米片组装结构。

本实施例在纳米化后的35号钢表面得到的耐腐蚀膜层的截面形貌图如图4所示，未纳米化的35号钢板表面的对比膜层的截面形貌图如图5所示，从图4可以看出，在基体钢表面明显形成了一定厚度的膜层，从图上的线扫描图可以看出，由内至外C、V含量增加，Fe的含量降低，说明C、V元素由外至内向钢内部扩渗，并且在图4中可以看到在距表面较深位置也能看到扩渗点，说明扩渗反应的活性高。从图5可以看出，钢表面没有明显的膜层，说明钢基体未经过纳米化处理时，再在780℃的低温条件下扩渗处理，钢表面很难成膜。

对本实施例在纳米化后的35号钢表面得到的耐腐蚀膜层进行疏水性测试，纳米化后的35号钢表面得到耐腐蚀膜层的接触角照片如图6所示，其接触角为114°，具备了很好的疏水性，可以大大提高材料的耐腐蚀性。未纳米化的35号钢表面得到对比膜层的接触角照片如图7所示，其接触角为36°，为亲水性表面，对材料的防腐耐蚀不利。

对比试验2：本试验与实施例1不同的是步骤二中的硼砂盐浴的温度为1000℃，其他与实施例1相同，得到做为对比的膜层。

对比试验2得到的对比膜层的疏水角照片如图8所示，为61°，为亲水性表面，对材料的防腐耐蚀不利。虽然35号钢表面进行纳米化处理，但是在高温下扩渗，难以形成纳米片状的疏水结构。

实施例2：本实施例的低温液相扩渗提高钢表面耐腐蚀性的方法，按以下步骤进行：

一、35号钢表面进行纳米化处理：将35号钢板放入喷丸机中，在0.5MPa真空下进行机械振动式喷丸，其中弹丸的直径为1mm、机械振动的频率为50Hz，弹丸与钢表面距离15mm，处理时间为30min，完成表面纳米化处理；

二、按质量百分比称取65％的无水硼砂、15％的V₂O₅和20％的铝粉并加入到扩渗炉中，加热至830℃，得到硼砂盐浴；

三、将步骤一得到的纳米化后的35号钢板放入到830℃的硼砂盐浴中保持3小时，在35号钢表面得到耐腐蚀膜层。

本实施例2在35号钢表面得到耐腐蚀膜层的扫描电镜照片如图9所示，从图9可以看出，35号钢表面的膜层是由纳米片组装而成。同时进行EDS能谱扫描，得到的元素组成如表1所示，

表1表面元素组成

对本实施例在活化后的35号钢表面得到耐腐蚀膜层进行疏水性测试，结果表明，活化后的35号钢表面得到耐腐蚀膜层的疏水角为102°，具备了较好的疏水性，可以大大提高材料的耐腐蚀性。

一种低温液相扩渗提高钢表面耐腐蚀性的方法专利购买费用说明

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2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。