提高镍铝青铜耐腐蚀性的方法与流程

本发明涉及一种提高镍铝青铜耐腐蚀性的方法，属于表面处理技术领域。

背景技术：

镍铝青铜(NAB)合金因其所具有的良好的耐腐蚀性能和高的机械性能而被广泛应用于海洋环境中，如海水管道、舰船阀门和海上钻井平台设备等。铸态镍铝青铜组织较为复杂，主要包括粗大的富铜α相、残留马氏体β′相以及金属间化合物κ相(κⅠ，κⅡ，κⅢ，κⅣ)。由于各相在化学成分以及结构上的不同，导致各相腐蚀行为的差异，从而造成选相腐蚀的发生。研究发现，在中性腐蚀介质中，β′相以及共析组织α+κⅢ中的α相最先发生腐蚀，导致材料的失效。此外，铸态镍铝青铜存在着成分偏析、晶粒粗大、组织疏松等缺陷，在高腐蚀、高副交变载荷海洋环境下容易发生腐蚀疲劳及点蚀等现象，大大降低了材料的使用寿命，限制着人类海洋活动的发展。

目前，针对提高镍铝青铜材料耐蚀性能的方法主要有搅拌摩擦加工、热喷涂、表面激光熔覆及热处理等。但以上所述处理方法往往存在着处理温度较高、残余应力过大、无法避免选相腐蚀等一系列问题。

Cr作为一种耐蚀性元素往往被添加于各种合金中，但由于元素熔点的差异，很难在冶炼过程中将其加入到镍铝青铜材料中。离子注入技术是将离子加速后注入到金属表面，所注入离子不受扩散及固溶度的影响，可以获得优异的改性效果。本发明采用离子注入技术在镍铝青铜表面形成富Cr耐蚀层来提高材料的耐蚀性能的方法，目前还没有报道。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种提高镍铝青铜耐腐蚀性的方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明提供了一种提高镍铝青铜耐腐蚀性的方法，其包括如下步骤：

将镍铝青铜进行表面抛光后，清洗干净，在30～40kV的电压、1～2mA的电流下进行离子注入，在所述镍铝青铜的表面形成耐腐蚀层。

作为优选方案，所述离子注入的剂量为每平方厘米1×10¹⁶～5×10¹⁷。

作为优选方案，所述镍铝青铜为真空熔炼的铸态合金，成分为9～12wt％的铝、2～6wt％的镍、3～6wt％的铁、1～2wt％的锰，余量为铜。

作为优选方案，所述耐腐蚀层的厚度为40～100nm，注入元素在耐腐蚀层内呈类高斯分布。

作为优选方案，所述注入元素为Cr。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、改性效果明显，能够有效抑制镍铝青铜选相腐蚀的发生；

2、直接对镍铝青铜表面材料进行改性，表面耐蚀层与基体合金间为化学键结合，无需考虑结合力问题；

3、能够精确控制注入金属离子的种类和含量，实现对耐蚀层成分与厚度的调控；

4、离子注入过程中无需高温，不会引起镍铝青铜内部组织的相变，提高耐蚀性能的同时不牺牲其机械性能；

5、不会导致工件的变形和尺寸的改变。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明一个实施例的注入层内部各元素含量随着注入深度的变化图片；

图2为本发明实施例的铸态镍铝青铜与注入不同剂量Cr离子后的镍铝青铜在3.5％NaCl溶液中的极化曲线对比图；

图3为本发明实施例的铸态镍铝青铜与注入不同剂量Cr离子后的镍铝青铜在3.5％NaCl溶液中的电化学阻抗谱曲线对比图；

图4为本发明实施例的铸态镍铝青铜与注入不同剂量Cr离子后的镍铝青铜盐雾实验前后表面宏观照片对比图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

实施例1

本实例涉及一种离子注入提高镍铝青铜耐蚀性能的方法，所述方法包括如下步骤：

步骤一：将铸态镍铝青铜表面依次经400#—800#—1200#—2000#水砂纸机械打磨，然后用0.5μm的金刚石研磨膏将其抛光至镜面。将试样放于酒精溶液中超声15min，随后用去离子水冲洗干净，冷风吹干后备用；

步骤二：将处理好的镍铝青铜试样置于离子注入机真空室中，以40kV电压，1mA束流将Cr离子注入到试样表面，注入剂量为1×10¹⁶ion/cm²。

实施例2

本实例涉及一种离子注入提高镍铝青铜耐蚀性能的方法，所述方法包括如下步骤：

步骤一：将铸态镍铝青铜表面依次经400#—800#—1200#—2000#水砂纸机械打磨，然后用0.5μm的金刚石研磨膏将其抛光至镜面。将试样放于酒精溶液中超声15min，随后用去离子水冲洗干净，冷风吹干后备用；

步骤二：将处理好的镍铝青铜试样置于离子注入机真空室中，以30kV电压，2mA束流将Cr离子注入到试样表面，注入剂量为5×10¹⁷ion/cm²。

实施例2提供对表面改性耐蚀层内部元素分布的测试数据。用俄歇电子能谱对耐蚀层进行深度剖析，各元素含量随着注入深度的变化如图1所示。可知注入深度约为100nm，Cr呈类高斯分布，在40nm处达到峰值。

利用CHI660E电化学工作站，采用标准三电极体系分别对铸态镍铝青铜和注入不同剂量Cr离子(包含有Cr+,Cr²⁺,Cr³⁺和Cr⁴⁺中的一种或几种价态)(1×10¹⁶ion/cm²；5×10¹⁷ion/cm²)的镍铝青铜材料在3.5wt％NaCl溶液中进行电化学腐蚀性能测试，极化曲线对比结果如图2所示，电化学阻抗谱对比结果如图3所示。

将铸态镍铝青铜及注入Cr后的镍铝青铜试样一并放入盐雾箱中12天，观察并记录试样表面变化情况，如图4所示。

(a—铸态NAB；b—注入1×10¹⁶ion/cm²Cr；c—注入5×10¹⁷ion/cm²Cr；i-1—盐雾前初始形貌；i-2—盐雾12天后形貌，i＝a，b，c)

铸态NAB、注入1×10¹⁶ion/cm²Cr的NAB以及注入5×10¹⁷ion/cm²Cr的NAB盐雾前初始态形貌分别如图4a-1、4b-1和4c-1所示。可知注入Cr后NAB表面变化不大，颜色由黄色逐渐变为银白色。盐雾12天后表面形貌分别如图4a-2、4b-2和4c-2所示：铸态NAB盐雾腐蚀后表面覆盖一层黄色产物，并有绿色腐蚀物出现，腐蚀最为严重；注入1×10¹⁶ion/cm²Cr的NAB表面生成一层褐色腐蚀产物；而注入5×10¹⁷ion/cm²Cr的NAB表面依旧保持着原始的银白色，只有零星黄色产物出现，发生了轻微的腐蚀。由此可见，注入Cr提高了NAB的耐腐蚀性能，且注入剂量为5×10¹⁷ion/cm²的NAB耐蚀性能最好。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。