专利名称：不锈钢稀土转化膜钝化处理方法
技术领域：
本发明属于不锈钢表面处理技术领域，涉及利用化学方法进行不锈钢表面的钝化处理，尤其是一种以硝酸铈、双氧水和柠檬酸为钝化液的主要组分实施不锈钢钝化处理的工艺方法。
背景技术：
不锈钢表面钝化处理是通过化学处理方法，在金属表面上生成的一层薄而致密、 覆盖性良好、附着力强的氧化物膜层来阻挡或减缓外界腐蚀介质的渗入和扩散，从而可以达到减缓不锈钢的腐蚀速度的有效方法。不锈钢由于本身的高耐蚀性的特点广泛应用于工业领域，但是这些不锈钢材料都存在发生点蚀的趋势，通常在有还原剂的情况下或由于介质温度和介质腐蚀性等原因，其表面往往会产生各种类型的点蚀，特别是在含有Cl—的溶液介质更能加速点蚀的发生，因此会严重影响不锈钢在生产、生活中的使用寿命，并且该腐蚀因隐蔽性极强、破坏性极大，被广泛重视和深入研究，而进行合理的钝化处理是提高各种不锈钢防腐蚀性能的常规技术手段，对普通不锈钢进行表面改性，使其耐蚀能力尤其是耐点蚀能力提高，这对延长设备的使用寿命降低生产成本有着十分重要的意义；另外，随着不锈钢的应用范围的日益扩大，对其表面色彩的要求也不断提高，并不断向装饰性和艺术性方向发展，以满足人们对材料的高档次及多样化装饰性要求。传统的不锈钢钝化大多采用硝酸、氢氟酸、铬酸盐等为主作为钝化液，通过控制钝化液的浓度、钝化温度、钝化时间和添加如促进剂或抑制剂等其它化学药品的方法实现钝化，虽然钝化工艺成熟，钝化效果稳定，但对工艺处理条件要求严格。同时，硝酸、氢氟酸和铬酸盐有剧毒，在钝化工艺过程中产生的气雾对工人健康有严重的危害，排出的废水严重污染环境。世界各国近年来已在环保法规中对铬酸盐的使用和废液排放作出严格的限制， 在金属表面处理领域中铬酸盐等处理最终将被禁止使用。为此，采用环境友好型的钝化工艺已迫在眉睫。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种工艺简单、无污染的提高不锈钢抗腐蚀能力的方法，通过在不同温度(2(T75°C )的范围内，改变钝化液的配方浓度，使不锈钢表面沉积完整的稀土转化膜。为解决上述技术问题，本发明采用下述技术方案以硝酸铈和双氧水作为钝化液的主要组分，适当的添加柠檬酸的含量，以达到稳定双氧水和减缓反应程度，同时在不同温度下对应不同浓度的柠檬酸含量。本发明提出的不锈钢化学转化膜钝化处理的方法，是一种适用一定温度范围的表面处理方法，具体步骤如下
将不锈钢试样进行机械抛光后清洁表面、去除油污，配置一定浓度比例的钝化液(硝酸铈浓度O. 01-0. 05mol/L、质量分数30%的双氧水的体积分数为30_70%、柠檬酸质量分数O. I- 4%)，然后将处理后的不锈钢的试样浸泡在配置好的钝化液中，温度控制在20-75°C， 对应钝化处理时间通过观察不锈钢基体表面颜色变化判断钝化是否完成，处理后在不锈钢基体表面得到金黄色的稀土转化膜。将处理后试样取出，用去离子水清洗试样表面，最后将试样放入干燥器中在室温下待干燥完全，在不锈钢表面得到致密、平整的金黄色稀土氧化物薄膜。对经过上述处理(55°C)后，配置I.5倍海水，人工配置IL海水所需药品及含量见表1，316L不锈钢材料在72°C的I. 5倍海水作为电解质溶液进行电化学测试，具体参数实施例1，结果如图I所示。结果表明，处理后316L不锈钢材料的点蚀电位由处理前的 168mv(SCE)提高到1061mv(SCE)，自腐蚀电位由处理前
的-169mv (SCE)提高到260mv (SCE)。以上结果表明，处理后316L不锈钢材料的抗点蚀能力得到了显著的提高。 表I人工配置IL海水所需药品及含量
成分IL海水中盐的克数，g成分IL海水中盐的克数，g氯化纳，NaCl36. 795氯化钾，KClI. 0425氯化镁，MgCl27.8碳酸氢钠，NaHCO3O. 3015无水硫酸纳，Na2SO46. 135溴化钾，KBrO. 1515无水氯化興，CaCl2I. 74合计52.225
图I为在55°C钝化液表面处理前后，316L不锈钢的极化曲线，其中实线为未处理的316L不锈钢的极化曲线，虚线为处理后316L不锈钢的极化曲线。图2为在70°C钝化液表面处理前后，316L不锈钢的极化曲线，其中实线为未处理的316L不锈钢的极化曲线，虚线为处理后316L不锈钢的极化曲线。
具体实施例方式本发明的优选实施结合附图详述如下
实施例一
对316L不锈钢进行55°C表面处理及极化曲线测试
对316L不锈钢按发明内容所述步骤进行处理将20mmX IOmmX5mm的316L不锈钢样品进行机械抛光，清洁表面、去除油污；钝化温度控制在55°C，钝化液加入O. 023mol/L硝酸铈和质量分数O. 4%的柠檬酸，以及体积比1:1的蒸馏水和双氧水(质量分数30%的双氧水)，处理一定的时间等试样表面颜色变为金黄色，得到均匀的稀土转化膜；然后取出试样， 用去离子水清洗，再放入干燥器中在室温下待干燥完全，在不锈钢表面得到致密的稀土氧化物薄膜。用环氧树脂装封非工作面，仅留出15mmX IOmm的表面并进行极化曲线测试。极化曲线测试具体条件为精确配置I. 5倍海水溶液，根据ASTM D 1141-98(2008)人工配制海水，总盐含量约为53g/L，溶液pH值用O. IN NaOH调至8. 2，IL海水中主要化学试剂的溶解量见表I ;实验前，不锈钢试样浸泡在介质溶液中，试样需要在72°C的I. 5倍海水中稳定 I小时，开始测试极化曲线。电化学采用的标准的三电极体系辅助电极采用金属钼电极; 参比电极体系由饱和甘汞电极(SCE)和盐桥组成。其测试结果如图I所示，其中图I中实线为处理前，图I中虚线为处理后的结果。
实施例二
对316L不锈钢进行70°C表面处理及极化曲线测试
对316L不锈钢按发明内容所述步骤进行处理将20mmX IOmmX5mm的316L不锈钢样品进行机械抛光，清洁表面、去除油污；钝化温度控制在70°C，钝化液加入O. 023mol/L硝酸铈和质量分数O. 5%的柠檬酸，以及体积比1:1的蒸馏水和双氧水(质量分数30%的双氧水)，处理一定的时间等试样表面颜色变为金黄色，得到均匀的稀土转化膜；然后取出试样， 用去离子水清洗，再放入干燥器中在室温下待干燥完全，在不锈钢表面得到致密的稀土氧化物薄膜。用环氧树脂装封非工作面，仅留出15mmX IOmm的表面并进行极化曲线测试。极化曲线测试具体条件为精确配置I. 5倍海水溶液，根据ASTM D 1141-98(2008)人工配制海水，总盐含量约为53g/L，溶液pH值用O. IN NaOH调至8. 2，IL海水中主要化学试剂的溶解量见表I ;实验前，不锈钢试样浸泡在介质溶液中，试样需要在72°C的I. 5倍海水中稳定 I小时，开始测试极化曲线。电化学采用的标准的三电极体系辅助电极采用金属钼电极； 参比电极体系由饱和甘汞电极(SCE)和盐桥组成。其测试结果如图2所示，其中图2中实线为处理前，图2中虚线为处理后的结果。
权利要求
1.不锈钢稀土转化膜钝化处理方法，用化学浸泡的方法对不锈钢进行钝化处理，其特征在于在较低温度范围内，不锈钢试样浸泡在适当浓度的硝酸铈、双氧水和柠檬酸的钝化液处理，钝化时间通过基体表面颜色变化判断，然后取出样品冷却干燥，在不锈钢表面得到致密、平整、金黄色的稀土氧化物薄膜。
2.根据权利要求I所述的方法，其特征在于硝酸铈浓度为O.01-0. 05mol/L，质量分数 30%的双氧水的体积分数为30-70%，柠檬酸质量分数为O. I- 4%。
3.根据权利要求I所述的方法，其特征在于钝化处理温度20-75°C。
全文摘要
本发明属于不锈钢表面处理技术领域，具体为一种不锈钢稀土转化膜钝化处理方法。其步骤在较低温度范围内，不锈钢试样浸泡在适当浓度的硝酸铈、双氧水和柠檬酸的钝化液处理，钝化时间通过基体表面颜色变化判断，然后取出样品冷却干燥，在不锈钢表面得到致密、平整、金黄色的稀土氧化物薄膜。其中，硝酸铈浓度为0.01-0.05mol/L，质量分数30%的双氧水的体积分数为30-70%，柠檬酸质量分数为0.1-4%；钝化处理温度20-75℃。该方法能有效提高不锈钢材料的抗点蚀能力，具有重要的价值。
文档编号C23C22/50GK102586773SQ201210078480
公开日2012年7月18日 申请日期2012年3月23日 优先权日2012年3月23日
发明者徐健, 李谋成, 辛森森 申请人:上海大学