一种钢铁表面直接生成黑色耐蚀微弧氧化膜层的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及钢铁表面强化处理技术，具体涉及一种钢铁材料表面陶瓷涂层的制备 新工艺，特指一种钢铁表面直接生成黑色耐磨耐蚀微弧氧化膜层的方法。
【背景技术】
[0002] 钢铁材料因其高强度、高韧性、容易加工、成本低等优点而成为工业用量最大的一 类金属材料，但其易锈蚀和磨损；选用特种优质耐蚀、耐磨钢材可以有效解决其锈蚀和磨损 问题，但往往研制周期较长；对钢铁材料进行表面强化处理，尤其是表面陶瓷化能有效提高 其耐磨防腐性能。
[0003] 微弧氧化技术，又称等离子体电解氧化，作为一项近几年发展起来的表面处理技 术，在材料表面尤其是金属表面改性取得了很大成功，成为材料研宄领域的热点，尤其是在 所谓阀金属及其合金表面处理上获得了应用，尤其Al、Mg、Ti及其合金，大大提高了上述金 属的性能；同时，由于应用需要，各种着色的陶瓷膜层也被开发出来，制备具有一定颜色的 陶瓷膜成膜微弧氧化技术的一个热点，其中，黑色由于具有适应性广泛的特点成为焦点，如 铝合金的黑色微弧氧化陶瓷膜等；但是传统的黑色陶瓷膜电解液体系中往往含有有毒元素 或环境有害元素如铬等。
[0004] 但是，微弧氧化技术在钢铁材料表面的应用一直效果不佳，长期以来业界一直认 为不能直接在钢铁材料表面应用此技术，因此，在金属领域，长期以来研宄者也一直致力于 该技术在钢铁材料表面的研宄，出现了如钢铁表面热浸镀铝、热喷涂铝等再进行微弧氧化 的方法，但是这些间接的方法，使得工艺过程复杂化；一些研宄如中国专利CN1737211A提 出了一种具体的不锈钢表面微弧氧化的方法，并把该方法直接用于不锈钢不粘锅的制造 (见中国专利CN1919118A)，提高了不锈钢的防护性能和应用领域；中国专利CN1721578A提 出了碱性条件下普通碳钢微弧氧化方法，电解液体系包括磷酸盐、碳酸盐、硫酸盐或硅酸盐 体系等。
[0005] 目前，对于钢铁表面微弧氧化陶瓷膜颜色的研宄和探讨未见专门报道，这一方面 是由于钢铁表面直接微弧氧化工艺较困难，另一方面是由于环境友好型的黑色微弧氧化膜 及其电解液配方、工艺的实现也较为困难，因此，直接生成黑色、耐磨耐蚀陶瓷膜的还未见 报道。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是提供一种在钢铁表面直接生成黑色、氧化物陶瓷膜制备方法，是 一项在金属表面生长氧化物陶瓷的新技术；该方法能通过改变电解的成分，在钢铁材料表 面直接形成氧化物黑色耐磨耐蚀陶瓷膜，既提高了基体金属的耐蚀性能、又实现了黑色这 一广泛性和普适性颜色的制备，基体金属是应用非常广泛钢铁材料，适用于各种各种普通 碳钢、铸铁、合金钢等，不包括不锈钢。
[0007] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案按照下述步骤进行： (1)首先对钢铁表面进行机械抛光，然后进行除油去污清洗。
[0008] (2)将钢铁置于电解质溶液中作为阳极，进行微弧氧化处理。
[0009] (3)将表面生成了黑色氧化膜的钢铁进行简单清洗和干燥。
[0010] 本发明微弧氧化工艺可以采用双向或单向脉冲电源，电压为300-680V，电流密度 在5_20A/dm2之间，处理15-30分钟；米用的电解质溶液中含有适量浓度的下列组分： 电解液体系的基本组分为铝酸钠6-32g/1，硅酸钠2-96g/1，磷酸二氢钠0.05-10g/ 1 ;为调整耐蚀性能和颜色深浅，还可以适量加入焦磷酸钠（2-10g/1)、钼酸钠（2-15g/1)、 钒酸钠（2-10g/1)和硫酸钠（0.5 -5g/l)中的一种或两种以上。
[0011] 电解液各组分的机理和作用： 在上述电解液体系实现微弧氧化在钢铁上的实现，并且生成了黑色的化合物，使膜层 呈现黑色。
[0012] 本发明使用钢铁范围： 本发明适用于各种普通碳钢、铸铁、合金钢等，不适用于不锈钢等；由于不锈钢表面一 般具有Cr、Ni等的氧化膜，具有钝化租用，难以实现微弧氧化过程，而普通碳钢、铸铁、合金 钢等，表面没有类似膜层，微弧氧化电解过程可以基体可以参与反应，并实现微弧放电，因 此本发明适用于各种普通碳钢、铸铁、合金钢等。
[0013] 电解液的配制方法： 在不断搅拌的情况下，依次将适量铝酸盐、硅酸盐，磷酸二氢盐溶解在适量去离子水， 加入适量焦磷酸钠、钼酸钠、钒酸钠和硫酸钠中的一种或两种以上并不断搅拌，待用。
[0014] 本发明的独到之处和有益效果是： (1)实现了钢铁的微弧氧化，扩大了传统微弧氧化的应用范围，传统微弧氧化一般较多 的应用于有色金属。
[0015] (2)带有陶瓷膜层的钢铁材料具有比无膜层的具有更好的耐腐蚀性能。
[0016] (3)本发明的工艺稳定可靠，采用的设备简单，反应在常温下进行，操作方便。
【附图说明】
[0017] 图1为Q235碳钢表面微弧氧化膜层的截面图和表面图。
[0018] 图2为Q235碳钢表面微弧氧化膜层的极化曲线图。
【具体实施方式】
[0019] 实施例1 1.对Q235碳钢制品表面进行机械抛光，然后进行除油去污清洗。
[0020] 2?配置如下电解液：错酸钠6-20g/l，磷酸二氢钠2-5g/1，硅酸钠3-20g/1，钒 酸钠 6-10g/1，硫酸钠 0.5 -2g/l。
[0021] 3.将Q235碳钢置于溶液中作为阳极进行微弧氧化处理，电压400-600V，电流密度 10-20A/dm2,处理 15-30 分钟。
[0022] 4.将表面生成了氧化膜的制品进行清洗、干燥。
[0023]对带有膜层的钢铁试样进行表征和测试，如图1和图2,微弧氧化膜层截面厚度 约为50微米，表面呈黑色；用Tafel极化曲线测量并比较膜层和基体的耐腐蚀性，膜层的腐 蚀电流比基体降低100倍(膜层9. 365X1(T7A/cm2,基体6. 794Xl(T5A/cm2)，腐蚀电位增比 基体提尚〇. 11V，车父大的提尚了耐蚀性能。
[0024] 表1 Q235碳钢表面微弧氧化膜层的腐蚀数据
【主权项】
1. 一种钢铁表面直接生成黑色耐磨耐蚀微弧氧化膜层的方法，首先对钢铁表面进行机 械抛光，然后进行除油去污清洗；将钢铁置于电解质溶液中作为阳极，进行微弧氧化处理； 将表面生成了黑色氧化膜的钢铁进行简单清洗和干燥，其特征在于：电解质溶液的基本组 分为铝酸钠6-32 g/Ι，硅酸钠2-96 g/Ι，磷酸二氢钠 (λ 05-10 g/1。
2. 如权利要求1所述的一种钢铁表面直接生成黑色耐磨耐蚀微弧氧化膜层的方法，其 特征在于：微弧氧化处理采用双向或单向脉冲电源，电压为300-680V，电流密度在5-20A/ dm2之间，处理15-30分钟。
3. 如权利要求1所述的一种钢铁表面直接生成黑色耐磨耐蚀微弧氧化膜层的方法，其 特征在于：为调整耐蚀性能和颜色深浅，电解质溶液还加入焦磷酸钠2-10 g/Ι、钼酸钠2-15 g/l、li酸钠2-10 g/Ι和硫酸钠0. 5 -5g/l中的一种或两种以上。
4. 如权利要求3所述的一种钢铁表面直接生成黑色耐磨耐蚀微弧氧化膜层的方法，其 特征在于电解质溶液含有以下浓度的组分：铝酸钠8-20g/l，磷酸二氢钠 l-3g/ 1，硅酸钠 28-60 g/Ι，钼酸钠 2-8 g/1。
5. 如权利要求3所述的一种钢铁表面直接生成黑色耐磨耐蚀微弧氧化膜层的方法，其 特征在于电解质溶液含有以下浓度的组分：铝酸钠15_30g/l，磷酸二氢钠5-10 g/Ι，硅 酸钠56-96g/l，硫酸钠0. 5-1 g/Ι，钼酸钠2-8 g/Ι、焦磷酸钠4-8g/l。
6. 如权利要求3所述的一种钢铁表面直接生成黑色耐磨耐蚀微弧氧化膜层的方法，其 特征在于电解质溶液含有以下浓度的组分：铝酸钠6-20g/l，磷酸二氢钠2-5 g/Ι，硅酸钠 3-20 g/Ι，钒酸钠 6-10 g/Ι，硫酸钠 0.5 -2g/l。
【专利摘要】本发明涉及钢铁表面强化处理技术，特指一种钢铁表面直接生成黑色耐磨耐蚀微弧氧化膜层的方法。首先对钢铁表面进行机械抛光，然后进行除油去污清洗；将钢铁置于电解质溶液中作为阳极，进行微弧氧化处理；将表面生成了黑色氧化膜的钢铁进行简单清洗和干燥，其特征在于：电解质溶液的基本组分为铝酸钠6-32g/l，硅酸钠2-96g/l，磷酸二氢钠0.05-10g/l。本发明在钢铁表面直接生成黑色、氧化物陶瓷膜。
【IPC分类】C25D11-34
【公开号】CN104831332
【申请号】CN201510182678
【发明人】王云龙, 王淼, 朱林中, 张琪, 李明良, 汪浩
【申请人】江苏大学
【公开日】2015年8月12日
【申请日】2015年4月17日