一种在低碳钢表面制备铜锌合金层的方法
【专利摘要】本发明属于钢铁表面合金化【技术领域】，特别是一种在低碳钢表面制备铜锌合金层的方法。本发明是通过球磨得到的纳米级锌粉涂覆到化学镀铜后低碳钢表面，利用氢气氛下高温环境在低碳钢表面实现铜锌合金化，从而达到通过复合简单工艺提高低碳钢表面耐腐蚀性能的目的。经过测试，处理后的试样耐蚀方面均有大幅度提高。
【专利说明】一种在低碳钢表面制备铜锌合金层的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于钢铁表面合金化【技术领域】，特别是一种在低碳钢表面制备铜锌合金层的方法。
【背景技术】
[0002]钢铁材料是我们所有运用材料中的基础性材料，是支柱性材料。铁及其合金就生产规模和利用数量来说，都在金属中占据着主导地位。此外，钢铁材料具有资源丰富、生产简单、加工容易、成本低廉、性能多样等特点，所以钢铁材料是应用量大、应用面广的材料。在可以预见的将来，还没有哪一种材料可以替代钢铁材料的作用。然而钢铁工程材料都有一定的使用寿命。这是由于它们在使用或者存放过程中受到了不同形式的损坏。其中腐蚀是最常见的一个因素。金属腐蚀是一个自发的破坏过程，给人们带来的损失和破坏是很惊人的。根据美国腐蚀工程学会(NACE International)报道，于1999年至2001年调查期间美国每年腐蚀损失已达到2760亿美元，约占美国国民生产总值⑶P的3.1%调查结果还表明:如果采取了有效的防腐蚀措施，其中至少20%的损失可以避免。在我国，根据中国工程院咨询项目“中国工业与自然环境腐蚀问题调查与对策”得出的调查结果:如果采用Hoar方法计算，每年仅化学工业、能源、交通、建筑、机械等行业的直接腐蚀损失就高达2288.43亿元。为此研究钢铁材料的耐腐蚀性能的提高是一项利国利民的重要研究，对各国经济社会的发展进步有着重要的作用。
[0003]在钢铁材料表面制得一层铜锌合金层，能够很好地改善钢铁材料的耐腐蚀性、硬度等性能。铜锌合金具有金黄色的、像金子的颜色。黄铜有较强的耐蚀、耐磨性能，无论在大气、淡水或蒸汽中都能保持很好的耐蚀性。因此，在钢铁材料表面制备一层铜锌合金具有深远的意义。
[0004]目前，金属表面合金化，按实现手段可分类如下:1改变金属表面的合金成分。2金属表面覆盖技术。3改善金属表面的金相组织，使表层组织强化。目前国内外这方面的研究较少。例如，中国专利200980117220.X提供一种铜锌合金电镀浴和使用其的镀法，该铜锌合金电镀浴不使用氰化物，能够在宽电流密度范围内形成具有目标组成的均匀的有光泽的镀层。
【发明内容】
[0005]针对现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提供一种在低碳钢表面制备铜锌合金层的方法。
[0006]为达到上述目的，本发明采用如下技术方案:
一种在低碳钢表面制备铜锌合金层的方法，具有以下工艺过程和步骤:
a.首先将普通冷轧低碳钢的表面打磨光滑，然后在200-300°C保温5-10小时进行时效处理，以稳定钢板的组织和尺寸；
b.将打磨好的低碳钢片在酸性硫酸镀铜液中化学镀铜l_20min，然后用去离子水洗净、干燥后待用；
C.将球磨好的纳米尺寸为50-100nm的锌粉喷覆于化学镀铜后的低碳钢表面，覆盖厚度为 0.1-1um ；
d.将上述处理好的低碳钢片置于氢气气氛炉内，升温速率控制在10-20°C /min，升温至400-600°C，保温时间2-6h，然后随炉冷却。
[0007]所述步骤b中的酸性镀铜液成分为:CuS04:300g/L, H2SO4:25mL/L, Ph=2.0。
[0008]所述步骤c中的球磨工艺参数为:按Ium锌粉:无水乙醇=15g:80mL,混合后球磨，转速为360r/min，时间48h。
[0009]与现有技术相比，本发明具有如下突出的实质性特点和显著的优点:
本发明方法操作方便，设备简单，并且整个实验过程无污染；在低碳钢表面形成的合金层与基体的结合力良好。通过本发明方法形成的合金层有良好的耐蚀性，显著地改善了基材使用过程的耐腐蚀性能。
【具体实施方式】
[0010]现将本发明的具体实施例叙述如下:
实施例1 1.首先将普通冷轧低碳钢的表面打磨光滑，然后在300°c保温8小时进行时效处理，以稳定钢板的组织和尺寸；
2.将打磨好的低碳钢片在酸性硫酸镀铜液中化学镀铜lmin，然后用去离子水洗净、干燥后待用。
[0011]3.将球磨好的纳米锌粉喷覆于化学镀铜后的低碳钢表面，覆盖厚度为0.lum。
[0012]4.将上述处理好的低碳钢片置于氢气气氛炉内，在此气氛下升温速率控制在IO0C /min，升温至400°C，保温时间2h，然后随炉冷却。
[0013]然后将处理后的钢板通过塔菲尔试验测其腐蚀性能。
[0014]实施例2
1.首先将普通冷轧低碳钢的表面打磨光滑，然后在300°C保温8小时进行时效处理，以稳定钢板的组织和尺寸；
2.将打磨好的低碳钢片在酸性硫酸镀铜液中化学镀铜5min，然后用去离子水洗净、干燥后待用。
[0015]3.将球磨好的纳米锌粉喷覆于化学镀铜后的低碳钢表面，覆盖厚度为0.5um。
[0016]4.将上述处理好的低碳钢片置于氢气气氛炉内，在此气氛下升温速率控制在IO0C /min，升温至400°C，保温时间4h，然后随炉冷却。
[0017]然后将处理后的钢板通过塔菲尔试验测其腐蚀性能。
[0018]实施例3
1.首先将普通冷轧低碳钢的表面打磨光滑，然后在300°C保温8小时进行时效处理，以稳定钢板的组织和尺寸；
2.将打磨好的低碳钢片在酸性硫酸镀铜液中化学镀铜lOmin，然后用去离子水洗净、干燥后待用。
[0019]3.将球磨好的纳米锌粉喷覆于化学镀铜后的低碳钢表面，覆盖厚度为0.6um。[0020]4.将上述处理好的低碳钢片置于氢气气氛炉内，在此气氛下升温速率控制在IO0C /min，升温至500°C，保温时间6h，然后随炉冷却。
[0021]然后将处理后的钢板通过塔菲尔试验测其腐蚀性能。
[0022]实施例4
1.首先将普通冷轧低碳钢的表面打磨光滑，然后在300°C保温8小时进行时效处理，以稳定钢板的组织和尺寸 ；
2.将打磨好的低碳钢片在酸性硫酸镀铜液中化学镀铜15min，然后用去离子水洗净、干燥后待用。
[0023]3.将球磨好的纳米锌粉喷覆于化学镀铜后的低碳钢表面，覆盖厚度为0.Sum。
[0024]4.将上述处理好的低碳钢片置于氢气气氛炉内，在此气氛下升温速率控制在IO0C /min，升温至500°C，保温时间2h，然后随炉冷却。
[0025]然后将处理后的钢板通过塔菲尔试验测其腐蚀性能。
[0026]实施例5
1.首先将普通冷轧低碳钢的表面打磨光滑，然后在300°C保温8小时进行时效处理，以稳定钢板的组织和尺寸；
2.将打磨好的低碳钢片在酸性硫酸镀铜液中化学镀铜20min，然后用去离子水洗净、干燥后待用。
[0027]3.将球磨好的纳米锌粉喷覆于化学镀铜后的低碳钢表面，覆盖厚度为0.9um。
[0028]4.将上述处理好的低碳钢片置于氢气气氛炉内，在此气氛下升温速率控制在IO0C /min，升温至600°C，保温时间4h，然后随炉冷却。
[0029]然后将处理后的钢板通过塔菲尔试验测其腐蚀性能。
[0030]实施例6
1.首先将普通冷轧低碳钢的表面打磨光滑，然后在300°C保温8小时进行时效处理，以稳定钢板的组织和尺寸；
2.将打磨好的低碳钢片在酸性硫酸镀铜液中化学镀铜20min，然后用去离子水洗净、干燥后待用。
[0031]3.将球磨好的纳米锌粉喷覆于化学镀铜后的低碳钢表面，覆盖厚度为lum。
[0032]4.将上述处理好的低碳钢片置于氢气气氛炉内，在此气氛下升温速率控制在IO0C /min，升温至600°C，保温时间6h，然后随炉冷却。
[0033]然后将处理后的钢板通过塔菲尔试验测其腐蚀性能。
【权利要求】
1.一种在低碳钢表面制备铜锌合金层的方法，其特征在于，具有以下工艺过程和步骤: a.首先将普通冷轧低碳钢的表面打磨光滑，然后在200-300°C保温5-10小时进行时效处理，以稳定钢板的组织和尺寸； b.将打磨好的低碳钢片在酸性硫酸镀铜液中化学镀铜l_20min，然后用去离子水洗净、干燥后待用； c.将球磨好的纳米尺寸为50-100nm的锌粉喷覆于化学镀铜后的低碳钢表面，覆盖厚度为 0.1-1um ； d.将上述处理好的低碳钢片置于氢气气氛炉内，升温速率控制在10-20°C/min，升温至400-600°C，保温时间2-6h，然后随炉冷却。
2.根据权利要求1所述的一种在低碳钢表面制备铜锌合金层的方法，其特征在于，所述步骤b中的酸性镀铜液成分为=CuSO4:300g/L, H2SO4:25mL/L, Ph=2.0。
3.根据权利要求1所述的一种在低碳钢表面制备铜锌合金层的方法，其特征在于，所述步骤c中的球磨工艺参数为:按Ium锌粉:无水乙醇=15g:80mL,混合后球磨，转速为360r/min,时间 48h。
【文档编号】C23C26/00GK103540932SQ201310471156
【公开日】2014年1月29日 申请日期:2013年10月11日 优先权日:2013年10月11日
【发明者】钟庆东, 钟齐军, 郁利彬, 王毅, 勒霞文, 顾帅帅 申请人:上海大学