一种重防腐螺栓的表面处理方法

文档序号:8376316阅读:545来源:国知局
一种重防腐螺栓的表面处理方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及重防腐处理工艺技术领域,具体指一种重防腐螺栓的表面处理方法。
【背景技术】
[0002] 在日常生活和工业生产制造中,螺栓是必不可少的机械零件,其被称为工业之米, 广泛应用于电子产品、机械产品、数码产品、电力设备、机电产品,船舶、车辆、水利工程,甚 至化学实验上中。螺栓在使用过程中,常因螺栓表面的腐蚀、摩擦、磨损等问题而导致失效 或破坏,从而影响螺栓的使用寿命,甚至带来更严重的安全隐患。尤其是在环境条件比较苛 刻的场合,对螺栓的防护提出了更高的要求。
[0003] 传统的表面防护技术是在工件表面利用电镀、化学镀方法镀覆防护薄膜,但是所 得到的薄膜与工件基体结合较差,并且镀覆过程中产生的废液会对造成环境严重污染。磁 控溅射是一种环境友好的物理气相沉积技术,是极具发展前景的薄膜制备方法之一,该技 术日益广泛应用于工件基体表面防护膜的制备领域中。利用磁控溅射技术制备的薄膜具有 以下优势:(1)无污染;(2)沉积得到的薄膜表面平整致密,厚度均匀、可控性好;(3)薄膜 与基体结合强度高。但是,由于受磁控溅射沉积过程中的阴影效应和低原子迀移能力限制, 磁控溅射沉积得到的薄膜常为具有较多晶间孔隙的柱状晶结构,而柱状晶间的空隙易成为 薄膜防护的薄弱位置,腐蚀液可通过这些空隙快速扩散到达基体,从而导致薄膜对基体的 腐蚀防护作用提前失效。
[0004] 因此,对于目前的重防腐螺栓的表面处理工艺,有待于做进一步的改进。

【发明内容】

[0005] 本发明所要解决的技术问题是针对上述的技术现状而提供一种重防腐螺栓的表 面处理方法,该工艺能在螺栓表面形成一层表面平整、致密度高、膜基结合力高的防护薄 月旲,有效提尚螺检的防腐性能。
[0006] 本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为:一种重防腐螺栓的表面处理方 法,其特征在于包括以下步骤:
[0007] (1)螺栓工件的预处理
[0008] a、把螺栓工件完全浸没在化学碱液中,加热至70~80°C后于超声波清洗器中清 洗20~60min ;取出螺栓工件,用纯净的水清洗去除螺栓工件表面的化学碱液;
[0009] b、把a处理后的螺栓工件完全浸没在质量浓度为5~15wt%的盐酸溶液中,室温 下于超声波清洗器中清洗5~15min ;取出螺栓工件,用纯净的水清洗去除螺栓工件表面的 盐酸溶液;
[0010] C、把b处理后的螺栓工件完全浸没在乙醇或丙酮中,室温下于超声波清洗器中清 洗20~30min,取出备用;
[0011] ⑵第一防护膜的构建
[0012] 采用磁控溅射技术在螺栓工件表面构建第一防护膜,具体步骤包括:
[0013] a、在真空室内安装纯度大于98%的铬靶,使铬靶头与水平面的角度在45°~ 90°之间;把螺栓工件置于真空室内的工件架上,抽真空,使得真空室内的真空度小于或等 于1 X l(T3Pa;采用惰性气体为工作气体,用离子源对工件表面进行清洗,调节离子源工作 的气压范围为2X1CT 2~7Xl(T2Pa,功率为100~150W,清洗时间为10~50min;
[0014] b、采用惰性气体为工作气体,对螺栓工件进行溅射沉积Cr膜,工作气压为0. 1~ 10Pa,单位靶溅射功率为1~5W/cm2,采用至少一个溅射钯对螺栓工件进行溅射沉积Cr膜, 溅射时间为100~1500s;
[0015] c、采用氮气和惰性气体的混合气体为工作气体,对螺栓工件进行溅射沉积Cr (N) 膜,工作气压为0. 1~l〇Pa,单位靶溅射功率为1~5W/cm2,采用至少一个溅射钯对螺栓工 件进行溅射沉积Cr(N)膜,溅射时间为100~1500s;
[0016] d、依次重复步骤b、步骤C 5~25次,使纯Cr层和Cr (N)层在螺栓工件表面交替 层叠形成周期排列的多层膜结构;
[0017] (3)螺栓工件的热处理
[0018] 将步骤(2)所得螺栓工件置于马弗炉中,设置升温速度为5~10°C /min,升温至 500~600 °C后保温1~3h,然后随炉冷却;
[0019] (4)第二防护膜的构建
[0020] 将步骤(3)所得螺栓工件浸泡在质量浓度为3~8%的甲基丙烯酸甲酯的甲醇溶 液中,并向该溶液中添加偶氮二异丁腈,使该偶氮二异丁腈的质量为甲基丙烯酸甲酯质量 的0. 1~0. 3%,然后于50~60°C下静置6~8h,取出烘干即可。
[0021] 作为本发明的进一步改进,步骤(1)中所述的化学碱液包括氢氧化钠、磷酸钠、硅 酸钠、磺酸类表面活性剂及去离子水,所述氢氧化钠、磷酸钠、硅酸钠、磺酸类表面活性剂的 浓度分别为10~15g/L、60~70g/L、10~15g/L、0. 1~0? 5wt%。其中,氢氧化钠是一种 强碱,具有很强的皂化能力,与皂化油反应能生成可溶于水的脂肪酸钠;磷酸钠具有较好的 除油效果和缓冲作用,其本身水洗性好,此外还有一定的乳化能力;硅酸钠具有较好的表面 活性和一定的皂化能力,是碱类化合物中最佳润湿剂、乳化剂和分散剂之一;表面活性剂可 以除去非皂化油,表面活性剂的分子结构中含有亲水基团和憎水基团,憎水基团吸附在油 与溶液的界面上,亲水基团与水相结合,在表面活性剂分子定向排列的作用下,油-溶液界 面的表面张力会降低,在溶液对流和搅拌等作用下,油污就可以容易的脱离零件表面。
[0022] 作为优选,所述的磺酸类表面活性剂为琥珀酸酯磺酸盐、烷基苯磺酸盐、烷基磺酸 盐、a-烯基磺酸盐中的一种。
[0023] 作为优选,所述的惰性气体为氦气、氖气、氩气、氪气中的一种。
[0024] 进一步改进,所述步骤(2)中a步骤结束之后、b步骤开始之前,调整挡板与铬靶 相对,开启铬靶对应的电源进行预溅射5~30min。采用这样的处理,可以将铬靶表面的杂 质及其他污染物溅射在挡板上,以提高溅射到螺栓工件基体表面的薄膜纯度。
[0025] 更进一步的,所述步骤(2)c步骤中氮气与惰性气体的流量比为4~6 : 10。在该 流量比下,镀层的主要成份为Cr2N,并含有少量纯Cr和CrN,从而在消除Cr层柱状晶结构 的基础上使Cr膜与Cr(N)膜有机结合,进一步增强螺栓工件的防腐性能。
[0026] 较好的,所述步骤(2)中利用离子源提供离子束辅助沉积,离子源工作电压为 140~160V,工作电流为0. 7~1. 2A;利用外加电源加热真空室,真空室内温度为50~ 300°C;利用外加电源在工件架与真空室间施加0~400V的偏压。
[0027] 在上述方案中,步骤(2)所得螺栓工件表面的第一防护膜厚度为4~15ym。
[0028] 与现有技术相比,本发明的优点在于:
[0029] (1)镀Cr膜对基体材料具有良好的黏附性,可有效提高基体材料的抗磨损、防腐 蚀性能,本发明采用磁控溅射的方法在螺栓工件表面镀有交替沉积而成的Cr膜和Cr(N) 膜,纯Cr膜具有密集的纤维状组织结构,而Cr (N)层具有较好的无空隙结构,不仅能阻缓纯 Cr膜柱状晶的生成,还可以较好的填补由于纯Cr层柱状晶结构而导致的空隙,形成一层表 面平整、致密度高、膜基结合力高的第一防护膜,初步提高了螺栓工件防腐蚀性能;
[0030] (2) Cr (N)膜的主要成份为Cr2N,并含有少量纯Cr和CrN,从而在消除Cr层柱状晶 结构的基础上使Cr膜与Cr(N)膜可以有机结合,进一步增强螺栓工件的防腐性能;
[0031] (3)通过磁控溅射在螺栓工件表面形成由Cr膜和Cr(N)膜构成的第一防护膜之 后,又在螺栓表面构建了更加细密的第二防护膜,由于聚合物单体甲基丙烯酸甲酯体积较 小,易于进入螺栓表面的缺陷、缝隙中,并且,通过偶氮二异丁腈的催化,甲基丙烯酸甲酯在 第一防护膜的缺陷、缝隙中聚合固化,将螺栓表面的缺陷、缝隙进行填补,更进一步确保了 螺栓工件具有较好的防腐性能;
[0032] (4)在构建第一防护膜之后、构建第二防护膜之前进行热处理,可以增加第一防护 膜与螺栓工件基体之间的结合力,提高第一防护膜的表面硬度和耐摩擦力,消除残余应力。
【具体实施方式】
[0033] 以下结合实施例对本发明作进一步详细描述。
[0034] 实施例1 :
[0035] 本实施例的重防腐螺栓的表面处理方法包括以下步骤:
[0036] (1)螺栓工件的预处理
[0037] a、把螺栓工件完全浸没在化学碱液中,加热至70°C后于超声波清洗器中清洗 60min ;取出螺栓工件,用纯净的水清洗去除螺栓工件表面的化学碱液;
[0038] 上述化学碱液包括氢氧化钠、磷酸钠、硅酸钠、烷基二苯基氧化物二磺酸盐 (DOWFAX 2A1)及去离子水,其中,氢氧化钠、磷酸钠、硅酸钠、烷基二苯基氧化物二磺酸盐 (DOWFAX 2A1)的浓度分别为 10g/L、60g/L、15g/L、0. lwt%;
[0039] b、把a处理后的螺栓工件完全浸没在质量浓度为10wt%的盐酸溶液中,室温下于 超声波清洗器中清洗l〇min;取出螺栓工件,用纯净的水清洗去除螺栓工件表面的盐酸溶 液;
[0040] C、把b处理后的螺栓工件完全浸没在乙醇或丙酮中,室温下于超声波清洗器中清 洗25min,取出备用;
[0041] (2)第一防护膜的构建
[0042] 采用磁控溅射技术在螺栓工件表面构建第一防护膜,具体步骤包括:
[0043] a、在真空室内安装纯度大于98%的铬靶,使铬靶头与水平面的角度在50°之 间;把螺栓工件置于真空室内的工件架上,抽真空,使得真空室内的真空度为IX l(T3Pa; 采用惰性气体为工作气体,用离子源对工件表面进行清洗,调节离子源工作的气压范围为 2 X 10_2Pa,功率为120W,
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