本发明属于不锈钢加工技术，具体涉及一种具有表面绝缘层的不锈钢材料的制备方法。
背景技术：
不锈钢材料耐候性、耐弱腐蚀介质能力佳，在现代社会中已经应用到各领域的方方面面。不锈钢材料成型性能好，表面处理方式多样化，在消费类电子行业、医疗器械行业等领域得到了非常广泛的应用。
随着科技的进步以及人们对科技领域中材料的要求越来越高，在一些特殊应用的场合，不仅要求不锈钢拥有高强度和良好的成型性能，还希望其能够适应性的拥有其他特性。如，在消费类电子领域，由于不锈钢制成的制件或者外壳在使用的过程中易积聚静电，所以如果不锈钢材料不导电则能够满足上述需求。再如，许多电子电气设备制件或者外壳都采用不锈钢材料制成，如果不锈钢材料不导电，则会增加其安全性。目前，常采用的让不锈钢材料表面形成绝缘层的方法多采用喷涂的方法，即常规的在不锈钢材料表面喷涂一层绝缘的漆膜以达到目的。该方法尽管便利可行，但是喷涂工艺一方面增加了许多成本，另一方面涂料在制备及使用的过程中也易造成环境污染。
技术实现要素：
针对现有技术中在不锈钢材料表面制备一层绝缘层采用喷涂方法的缺点，本发明中提供了一种在不锈钢材料表面制备绝缘层的新的工艺方法，该方法能够在不锈钢材料表面制备一层绝缘层，而且制备方法简单易操作，对环境友好无污染。
本发明所要解决的技术问题通过以下步骤予以实现：
一种具有表面绝缘层的不锈钢材料的制备方法，包括如下步骤：
A、将不锈钢材料表面进行喷砂，使不锈钢表面粗糙度Ra为9-15μm
B、在经过步骤A处理的不锈钢材料表面热喷涂铝粉，冷却后得到表面附着有铝层的不锈钢材料；
C、将经过步骤B处理的不锈钢材料浸入碱洗液中，使不锈钢材料表面的铝层表面形成侵蚀孔，然后将该不锈钢材料用去离子水冲淋洗净后烘干待用；
D、将经过步骤C处理的不锈钢材料浸入包含有纳米蒙脱石微粉的二氧化硅胶体溶液中，浸入3-5分钟后以0.2-0.4厘米/秒的速度垂直将不锈钢材料提拉出来，然后在65-85℃条件下悬挂烘干至表面干透，然后在460-520℃条件下烧结30-75分钟，在低于烧结温度80-100℃条件下保温20-30分钟，冷却。
步骤A中利用喷砂一方面去除不锈钢材料表面的杂质和氧化钝化膜，另一方面增加不锈钢材料表面的粗糙度，并使表面粗糙度较为均匀，便于后续热喷涂铝粉工艺中铝层能够更为牢固的附着于不锈钢基材上。粗糙度须严格进行控制，过小则没有效果，超过范围则会直接影响不锈钢材料的外观，导致产品不良。
步骤B中热喷涂铝粉采用电弧喷涂、等离子喷涂或者超音速火焰喷涂中的一种，步骤B中不锈钢材料表面附着的铝层厚度控制为0.5-1mm为宜。铝层厚度也需精确控制，过薄则无法完成步骤C，过厚则影响不锈钢材料整体的厚度。
进一步地，步骤C中使用的碱洗液成分为氢氧化钠20-50g/L、碳酸钠15-20 g/L、碳酸氢钠5-10 g/L、偏磷酸钠5-12 g/L、乙二醇5-8 g/L、三乙醇胺2-5 g/L、二丙酮醇0.5-0.8 g/L，余量为水。步骤C的关键技术要点在于要在铝层上腐蚀出均匀的侵蚀孔，纯粹使用包含有氢氧化钠的碱液进行腐蚀在实际操作过程中容易导致铝层上的孔洞不均匀，从而导致后续吸附溶胶不均匀。本发明中采用的碱洗液中利用偏磷酸钠、乙二醇、三乙醇胺和水性流平剂二丙酮醇共同作用，使铝层表面腐蚀过程发生的温和且均匀。该步骤中产生的均匀侵蚀孔不仅均匀分布而且深度较高，且空内部结构无序度高，吸附溶胶的能力非常强。
步骤C中碱洗的时间为0.1-0.5小时，碱洗温度为20-45℃。
步骤D中将表面具有吸附孔铝层的不锈钢材料浸入含有纳米蒙脱石微粉的二氧化硅胶体溶液中，烧结后形成坚固的绝缘层。本发明中采用的二氧化硅胶体溶液中含有纳米蒙脱石粉能够增加绝缘层的绝缘性能，同时也能够增进烧结性能，提升烧结以后绝缘层的坚固程度。
步骤D中包含有纳米蒙脱石微粉的二氧化硅胶体溶液的制备方法为：将正硅酸乙酯、无水乙醇、去离子水、盐酸以摩尔比1:5.8-6.2:3.2-3.5:0.055进行配比，首先将正硅酸乙酯与无水乙醇在反应容器内充分混合，然后在600-800r/min搅拌速度下逐滴加入去离子水和盐酸，滴加完毕后在45-55℃条件下搅拌回流1-2小时，然后加入上述反应体系总质量3-8%的纳米蒙脱石微粉，在1200-1500r/min搅拌速度下搅拌15-20分钟，待制得的溶胶冷却后滴加上述反应体系总质量0.5-0.9%的二甲基甲酰胺，在600-800r/min搅拌速度下继续搅拌15-20分钟，自然冷却后得到所需胶体溶液。
进一步地，上述制备方法中纳米蒙脱石微粉颗粒粒度范围为30-120nm，进一步优选地，所述纳米蒙脱石微粉颗粒粒度范围为60nm。
本发明具有如下有益效果：
1、本发明中提供了一种在不锈钢材料表面制备一层绝缘层的新的工艺方法，采用该方法在不锈钢材料表面制备出的绝缘层绝缘性能好、坚固耐用。
2、本发明提供的方法在不锈钢材料表面制备出的绝缘层可有效保护不锈钢基体材料不受外界腐蚀，可作为一种不锈钢防腐工艺进行使用。
3、本发明中提供的在不锈钢材料表面制备绝缘层的方法，操作简单易行，对环境友好无污染，适合工业化生产。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明的内容进行进一步的描述。
实施例1
步骤1：不锈钢试片的制备
选用厚度为2mm的牌号为304不锈钢板材，机械加工成10×35mm的试片。将上述不锈钢试片用无水乙醇擦拭干净以后烘干，烘干后对不锈钢试片进行喷砂处理，使其表面粗糙度为9μm。
步骤2：热喷涂铝粉
将经过步骤1处理后的不锈钢试片通过电弧喷涂在表面喷涂一层铝层。喷涂工艺中的送粉速率为150/min，热喷涂的喷涂源到不锈钢基材表面的喷涂距离为280mm，且采用的铝粉颗粒粒径为25μm，铝粉纯度高于99wt%。
热喷涂的铝层厚度为0.5mm。
步骤3：碱液浸蚀
将经过步骤2处理后的不锈钢试片浸入碱洗液中，碱洗液成分为氢氧化钠4g/L、碳酸钠15L、碳酸氢钠10g/L、偏磷酸钠12g/L、乙二醇8g/L、三乙醇胺4g/L、二丙酮醇0.8 g/L，余量为水。碱洗的时间为0.2小时，碱洗温度为25℃。
将处理后的不锈钢棒用去离子水冲淋洗净后烘干待用。
步骤4：浸胶
经过步骤3处理的不锈钢试片浸入包含有纳米蒙脱石微粉的二氧化硅胶体溶液中，浸入5分钟后以0.2厘米/秒的速度垂直将不锈钢材料提拉出来，然后在70℃条件下悬挂烘干至表面干透，然后在465℃条件下烧结60分钟，在低于烧结温度85℃条件下保温20分钟，冷却后得到所需表面具有绝缘层的不锈钢试片。
步骤4中使用的包含有纳米蒙脱石微粉的二氧化硅胶体溶液的制备方法为：将正硅酸乙酯、无水乙醇、去离子水、盐酸以摩尔比1:6:3.5:0.055进行配比，首先将正硅酸乙酯与无水乙醇在反应容器内充分混合，然后在600r/min搅拌速度下逐滴加入去离子水和盐酸，滴加完毕后在50℃条件下搅拌回流1.5小时，然后加入上述反应体系总质量6%的纳米蒙脱石微粉，在1200r/min搅拌速度下搅拌15分钟，待制得的溶胶冷却后滴加上述反应体系总质量0.7%的二甲基甲酰胺，在600r/min搅拌速度下继续搅拌20分钟，自然冷却后得到所需胶体溶液。
实施例2
本实施例与实施例1不同之处在于：
步骤1中喷砂得到的不锈钢试片表面粗糙度为10.5μm；
步骤2中铝层厚度为0.55mm；
步骤3中碱洗的时间为0.2小时，碱洗温度为20℃。
步骤4中浸胶时间为5分钟，提拉速度为0.2厘米/秒，悬挂烘干温度为80℃，烧结温度为475℃，烧结时间为65分钟，在低于烧结温度100℃条件下保温时间为25分钟。
实施例3：
本实施例与实施例1不同之处在于：
步骤1中喷砂得到的不锈钢试片表面粗糙度为12μm；
步骤2中热喷涂铝的方法为等离子喷涂，铝层厚度为0.7mm。
步骤3中碱洗的时间为0.4小时，碱洗温度为35℃。
步骤4中浸胶时间为5分钟，提拉速度为0.3厘米/秒，悬挂烘干温度为78℃，烧结温度为500℃，烧结时间为45分钟，在低于烧结温度80℃条件下保温时间为20分钟。
实施例4：
本实施例与实施例1不同之处在于：
步骤1中喷砂得到的不锈钢试片表面粗糙度为13.8μm；
步骤2中热喷涂铝的方法为等离子喷涂，铝层厚度为0.9mm。
步骤3中碱洗的时间为0.5小时，碱洗温度为35℃。
步骤4中浸胶时间为5分钟，提拉速度为0.4厘米/秒，悬挂烘干温度为85℃，烧结温度为510℃，烧结时间为55分钟，在低于烧结温度92℃条件下保温时间为30分钟。
实施例5
本实施例与实施例1不同之处在于：
步骤1中喷砂得到的不锈钢试片表面粗糙度为15μm；
步骤2中热喷涂铝的方法为超音速火焰喷涂，铝层厚度为1.0mm。
步骤3中碱洗的时间为0.5小时，碱洗温度为45℃。
步骤4中浸胶时间为5分钟，提拉速度为0.2厘米/秒，悬挂烘干温度为85℃，烧结温度为520℃，烧结时间为50分钟，在低于烧结温度100℃条件下保温时间为30分钟。
上述实施例中植被得到的具有表面绝缘层的不锈钢试片绝缘能力好，绝缘层硬度高，具有非常好的实用价值。
最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明实施例的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明实施例进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解依然可以对本发明实施例的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明实施例技术方案的范围。