专利名称：钢工件表面钝化处理的方法
技术领域：
本发明涉及的是一种化学溶液处理钢工件表面使其钝化的方法。
传统钝化处理的方法是对金属铝、锌、镁、镉进行表面处理，其目的是为达到对金属表面起保护和装饰功能。这种工艺根据加工件大小都相应配有厂房、起重设备、供水系统、专用工具和夹具、仓库及污水处理设备，而这些厂房、设备的投资少则上百万元，多则数千万元。
随着机械应用的普及，机械运转速度提高，负荷的增加，连续运转时间的延长，机械零件精度的提高，人们为适应机械工业的发展，解决机械零件长期连续运转过程中钢工件发生粘结，以对相对运动的机械零件中的一个改为异性材料如轴与轴套配合，轴套采用粉末冶金或铜来制作；对采用相同材料的钢工件之一，采用对环境有污染的钢工件表面镀贵重金属；消耗大量能源的热处理(包括渗碳、渗氮)等，来改变相对运动的其中一个钢工件表面结构和性能，取得了丰硕的成果，近年来这方面又有了很大发展，开发了许多新工艺和新材料(包括复合材料)。但由于成本和对环境的影响等因素制约有些成果的推广。为此人们对有些机械不得不对它初始应用时采用让机械空转或控制负荷运转，使机械零件相对运动有一良好的磨合期。尽管如此，机械运转过程中机械零件发生粘结(抱死)情况娄见不鲜。如发动机汽缸的曲轴与轴瓦发生抱死；汽缸长期使用后，汽缸与缸套之间发生粘结，不易折卸。
钢热加工时其变形温度一般为1000-1250℃。其热加工工具对工件的变形力为几公斤—上万吨。由于热加工工具一般是都采用钢制作，而钢与被加工工件(除有色金属外)都属同类金属，所以在热加工过程中，工件时而发生“掉肉”被粘结到工具表面，粘结后的工具继续使用时，就会使工件成品表面造成凹坑、结疤等缺陷，严重时会使产品成为“树皮状”而无法使用。
在解决这一问题曾对工具表面作堆焊，工具表面强碱处理，工具自然锈蚀处理，工具中温氧化法处理等试验，但都受到某些条件限制。
申请发明人曾在《机械制造》85(2)介绍一种轧管机轧辊表面进行镀涂处理的方法，提出以多种铬酸盐及铬酐为侵蚀剂，再配合含硫，磷，氯，氟，溴离子的无机酸或无机酸盐组成的化合物作活化剂的水溶液，将工具浸渍于溶液中，使工具表面被侵蚀，吸附形成钝化膜。在热加工工具对工件进行热加工时，钝化膜(氧化铁)即起到隔离作用，阻止同类金属在高温、高压下直接接触，从而部分解决了由工件”掉肉”而引起的工具粘钢问题，延长了工具使用寿命。
本发明首要的目的是提供一种采用这种侵蚀原理的方法，使经本发明处理过的钢工件表面沉积一层钝化膜(氧化铁)，钝化膜在通风条件下对钢工件基体表面进行侵蚀，被侵蚀层的厚度是与被处理过的钢工件在通风条件下存放时间成正比，通过控制在通风条件下存放时间来控制钢工件表面钝化膜(氧化铁)的厚度。这样我们可以随意地根据钢工件在不同使用条件下，对被处理过的钢工件表面钝化膜的厚度提出设计要求，然后通过控制被处理钢工件在通风条件下存放时间来获得。
本发明的进一步目的是采用刷涂方法对钢工件表面进行处理，依靠存放或隔离被处理钢工件在通风条件时间来控制钢工件表面钝化膜的厚度。所以只对钢工件表面进行刷涂水处理溶液处理，不再进行清除水处理溶液处理。
本发明中使用的水处理溶液是铬的无机化合物为侵蚀剂。如重铬酸钾、铬酸钠等铬酸盐或铬酐等，在配合至少一种如硫、磷、氯、氟、溴等离子化合物(含硫酸亚铁)的水处理溶液以重量计的组份为1000份水；铬化物4-饱和；活化剂1-饱和(含1-20硫酸亚铁)。
使用上述水处理溶液对钢工件进行钝化处理，是在常温下将水处理溶液采用刷涂的方法涂敷到钢工件的表面，使该表面沉积一层钝化膜(氧化铁)。在通凤条件下存放1天以上，即可获得既保持钢工件原有的钢的性能、尺寸，其表面又有一层氧化铁特征的钢---氧化铁复合材料。
复合材料有以下特点-----沉积在钢工件表面的钝化膜，其活化剂在200℃以上时持续工作。钝化膜中的活化剂发生熔化，呈半液态状，降低了被处理钢工件在相对运动时表面的摩擦系数，当钝化膜破损时可以很快地修复。
----被处理的钢工件表面的多孔性腐蚀层(氧化铁)对润滑剂有良好的吸附作用和渗透，改善钢工件的润滑条件。在钢工件润滑系统发生故障时，腐蚀层中的润滑剂可以继续维持钢工件的工作。实际上，被处理的钢工件已含有润滑剂的功能。
----被处理的钢工件表面的多孔性腐蚀层(氧化铁)提高了工件自身的耐磨性，减少了工件工作运动的接触面，减少能量消耗和温升，缓解了工件的热疲劳。
----被处理的钢工件表面的多孔性腐蚀层(氧化铁)有良好的隔热、隔离作用，降低温度的传导，使被处理的钢工件温升减缓，缓解被处理钢工件热疲劳性，阻止被处理的钢工件在高温、高压下发生粘结。
----被处理的钢工件表面的多孔性腐蚀层(氧化铁)可以解决钢工件粘钢问题、替代部分热处理工序。使汽车、船舶的主要运转设备的钢工件达到作旧目的，取消设备磨合期；可提高机械运转速度，减少交通事故；使机械运行正常，减少停机时间；节约大量能源。
将本发明的方法处理钢工件之一热加工工具，其表面沉积一层钝化膜，钝化膜在通风条件下对工具表面进行侵蚀，产生多孔性的被侵蚀层---氧化铁层，达到一定厚度，此钝化膜与氧化铁层在1000-1250℃的热加工工具表面隔离同类金属直接接触，达到阻止同类金属在高温、高压下发生粘结，较好地解决工件表面的结疤、凹坑等缺陷，普遍提高了产品表面质量一个等级以上，减少停机修复工具的时间；氧化层硬度提高使热加工工具耐磨性提高，延长了工具使用寿命，提高了车间作业率。氧化铁层是多孔性的，具有良好的隔热作用，大大降低了热加工工具的温升，缓解热加工工具的热疲劳，大大减少热加工工具的“掉肉”情况。
由于本发明采用刷涂方法对钢工件表面进行处理。可以对任何可见表面进行，这样可以原一般工艺无法处理的内表面进行处理，由于可实施局部处理，这样大大减少工作量和降低处理成本，基本不需要投资。
经本发明处理的钢工件之一的钢制机械零件，其表面沉积一层钝化膜，钝化膜在通风条件下对机械零件表进行侵蚀，产生多孔性侵蚀层---氧化铁层，达到一定厚度后将其浸入或表面刷涂润滑剂，使其成为“含油类”机械零件，这样的机械零件可以在零件一开始使用时与相对运动的另一零件进入满负荷，高速、长时间运转，不再需要磨合期(这实际上是一种对机械零件表面的作旧)。
另外经处理后的钢制机械零件表面的氧化铁层另一个相对运动的钢制零件，由氧化铁层作隔离层，可避免两机械零件发生粘结(抱死)。经本实用新型发明方法处理的机械零件可替代目前正大量使用贵金属制造的部份零件和钢制机械零件采用有污染的钢表面镀贵重金属的工艺，如将本发明应用来对轴的轴颈部位进行局部处理改变轴颈表面的成分和性能，使与之配套的粉末冶金零件、铜套、铜瓦等改为用钢来制造，减少有色金属的消耗以降低成本；将本发明应用对钢制汽缸套的外表面进行处理，在涂上润滑脂，装入汽缸，待要更换汽缸套时可轻易取出。
本工艺使用刷涂钝化液的方法进行表面处理，钝化液可全部使用完，并不使用任何能源，对环境不造成污染。
以下介绍本发明应用的若干实例
例1在常温下，将铬酸钠160克，氟酸氢钠70克，硫酸亚铁10克放入1000克水中，制成钝化处理液，将这水处理液涂到热加工工具表面，工具表面被侵蚀，吸附形成钝化膜，在通风条件下存放10天，工具表面生成0.8丝钝化膜(氧化铁层)，即可将工具用来对金属进行热加工。
例2在常温下将重铬酸钾100克，硫酸亚铁20克，氯化亚铁100克溶于1000克水中制成钝化液，涂到钢制轴的工作部分，在通风条件下存放17天，钢制轴的工作部分的表面生成1.4丝钝化膜(氧化铁层)，再喷涂上抗磨节能剂，装上钢制轴套或轴瓦，就可以使用。
例3在常温下，将铬酐300克，硫酸亚铁15克，溴化钾30克溶于1000克水中，制成钝化液，将溶液涂到轴套内侧，在通风条件下存放25天后，轴套内侧表面生成2丝钝化膜(氧化铁层)，再涂上润滑脂装上轴即可运转使用。
例4在常温下，将铬酸钠250克，硫酸亚铁20克，氯化钾50克，溶于1000克水中制成钝化液，将这水处理液涂到钢制缸套外侧，在通风条件下存放50天后，钢制缸套外侧表面生成4丝钝化膜(氧化铁层)，涂上润滑脂装入汽缸内。
权利要求
1.一种钢工件表面处理的方法，采用至少一种含硫、磷、氯、氟、溴离子的无机酸和无机酸盐为铬酐、铬酸盐、重铬酸盐的活化剂的水处理溶液，侵蚀钢工件表面来实现，其特征在于水处理溶液组份(重量份)为水 1000份铬化物 4---饱和活化剂 1---饱和(含1-20硫酸亚铁)在常温下将水处理溶液，采用刷涂的方法涂敷到钢工件的表面，使该表面沉积一层钝化膜(氧化铁)，钝化膜在通风条件下对钢工件基体表面进行侵蚀，侵蚀层的厚度是与被处理过的钢工件在通风条件下存放时间成正比。被处理钢工件在通风条件下存放1天以上，通过控制被处理钢工件在通风条件下存放时间来控制被处理钢工件表面钝化膜(氧化铁)的厚度。达到既保持钢工件原有的钢的性能、尺寸，其表面又有一层氧化铁特征的钢---氧化铁的复合材料。
2.对采用权利要求1所述方法获得的钢工件基体为钢，有钢的基本性能，其表面为氧化铁，又有氧化铁性能的钢---氧化铁复合材料。这种钢工件具有良好的吸附能力，当接触润滑剂时，润滑剂会自然浸入氧化铁的孔隙中，使钢工件自身提供良好的润滑条件；隔离相对运动的钢工件直接接触，阻止被处理的钢工件在高温、高压下发生粘结。
3.根据权利要求1所述方法，本发明采用刷涂方法对钢工件表面进行处理。可以对任何可见表面进行局部处理。对原来一般处理工艺无法单独处理的钢工件内表面也可进行处理，达到对钢工件任何需要作旧的部位都作旧，同时大大减少工作量；基本不需要投资；；处理成本低；配制好的水处理溶液可完全使用，无污染；不消耗能源。
4.根据权利要求1所述方法，本发明采用刷涂方法对钢工件表面进行处理，依靠存放或隔离被处理钢工件在通风条件时间来控制钢工件表面钝化膜(氧化铁)的厚度。所以只对钢工件表面进行刷涂水处理溶液处理，不再进行清除水处理溶液处理。
5.根据权利要求1，钢工件表面钢---氧化铁复合材料，具有良好的隔热作用，大大降低了钢工件的温升，并隔离同类金属直接接触，阻止同类金属在高温、高压下发生粘结，较好地解决工件表面的拉伤、结疤和凹坑缺陷。
全文摘要
钢工件表面钝化处理的方法，在常温下采用至少一种含硫、磷、氯、氟、溴等离子的无机酸和无机酸盐为铬酐、铬酸盐、重铬酸盐的活化剂的水处理溶液，直接涂到钢制工件表面，使其表面沉积一层钝化膜(氧化铁层)，在通风条件下存放1天以上，其厚度与在通风条件下存放的天数成正比。经处理后的钢工件具有以钢工件性能为主体，表面又具有氧化铁性能的复合材料，广泛用来对钢工件表面做旧。使用本方法不造成对环境的污染；不使用任何能源。
文档编号C23C22/05GK1584115SQ20041002507
公开日2005年2月23日 申请日期2004年6月10日 优先权日2004年6月10日
发明者龚谱芳 申请人:龚谱芳