本发明涉及金属表面腐蚀和防护技术领域，具体涉及一种金属表面耐腐蚀性处理方法。
背景技术：
为了提高金属产品的耐腐蚀性，既可以从金属冶金的角度研制新的钢种，也可以通过表面处理改善其耐蚀性。金属表面处理是通过物理或化学的方法对金属表面进行改性。核电厂设备材料种类繁多，如锆合金、奥氏体不锈钢、Ni基合金等，各设备结构复杂，主要依赖于出厂时产品表面处理状态，而出厂后的养护及后处理技术的差异往往导致设备表面性能差异，从而影响运行寿命。与此同时，目前针对主管道耐蚀性能基本采用无损检测技术进行测试，仅能检测其内在明显缺陷，却不能进行材料表面的性能差异。
技术实现要素：
本发明提供一种金属表面耐腐蚀性处理方法，使用该方法对金属表面进行耐腐蚀性能处理不仅效率高，而且处理效果好，可解决核电厂主管道在线处理困难的问题。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种金属表面耐腐蚀性处理方法，包括如下步骤：
(1)表面处理：采用机械抛光方法将主管道上的待处理部位加工到粗糙度为3.2～1.6，然后采用砂纸手动打磨平整；
(2)酸洗钝化处理：采用酸洗钝化液或/和酸洗钝化膏涂刷至所述步骤(1)中的处理区域，8～12min后采用去离子水反复擦拭，再采用NaHCO3溶液进行中和，最后采用去离子水擦拭，使处理区域的表面形成钝化膜；
(3)电化学处理：将待处理的主管道连接到整流器/恒电位仪的阳极上，将金属电刷连接到所述整流器/恒电位仪的阴极上，将所述整流器/恒电位仪的阳极连接电源的正极，所述整流器/恒电位仪的阴极连接所述电源的负极，采用8～10V的电压进行钝化膜平整化处理，处理过程中使金属电刷沾取所述酸洗钝化液，并在处理区域的表面反复刷涂进行再钝化。
进一步的，还包括步骤(4)，采用按阵列插设于板体上的多根电极与所述步骤(3)处理后的区域表面相贴触，所述板体具有与所述主管道相匹配的弧度，所述电极与多通道采集装置电连接，通过所述多通道采集装置采集的腐蚀电位进行表面电化学活性监测。
进一步的，所述步骤(2)中，当处理区域为管道周壁、弯头时，采用酸洗钝化液处理；当处理区域为焊缝、焊接变色部位、浸涂死角区域时，采用酸洗钝化膏处理。
进一步的，所述酸洗钝化液的组分按质量百分数计包括20％HNO3、10％HF和70％去离子水。
进一步的，所述酸洗钝化膏按质量百分数计包括硝酸8％～14％、氢氟酸10％～15％、皂土60％～75％，其余为去离子水。。
进一步的，所述步骤(2)中采用质量分数为8％～10％的所述NaHCO3溶液浸泡3～5min以实现中和。
进一步的，所述步骤(1)中，依次采用400目、600目、1000目和1200目的砂纸进行打磨，下一道砂纸的打磨方向垂直上一道砂纸的打磨方向，下一道砂纸打磨直至上一道砂纸打磨产生的划痕消失。
进一步的，所述步骤(3)中的电源为双相220V或三相380V。
采用以上技术方案后，本发明与现有技术相比具有如下优点：本发明的处理方法对金属表面进行耐腐蚀性能处理不仅效率高，而且处理效果好，可提高核电厂主管道的耐蚀性能，解决核电厂主管道在线处理困难的问题，保证设备及复杂零件的安全稳定运行，并且本发明的处理液对环境无污染。
附图说明
附图1为采用自然钝化方法所得到的试块经盐雾试验后其表面形态；
附图2为采用酸洗钝化方法所得到的试块经盐雾试验后其表面形态；
附图3为采用本发明的处理方法得到的试块经盐雾试验后其表面形态。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
一种金属表面耐腐蚀性处理方法，包括如下步骤：
(1)表面处理：采用机械抛光方法将主管道上的待处理部位加工到粗糙度为3.2～1.6，然后依次采用400目、600目、1000目和1200目的砂纸进行打磨，下一道砂纸的打磨方向垂直上一道砂纸的打磨方向，下一道砂纸打磨直至上一道砂纸打磨产生的划痕消失。
(2)酸洗钝化处理：采用酸洗钝化液或/和酸洗钝化膏涂刷至步骤(1)中的处理区域，8～12min后采用去离子水反复擦拭，采用质量分数为8％～10％的NaHCO3溶液浸泡3～5min进行中和，最后采用去离子水擦拭，使处理区域的表面形成钝化膜。其中，酸洗钝化液和酸洗钝化膏的作用是实现将氧化皮、高温氧化皮等表面缺陷去除并形成氧化物薄膜。
酸洗钝化液的组分按质量百分数计包括20％HNO3、10％HF和70％去离子水。酸洗钝化膏按质量百分数计：硝酸8％～14％、氢氟酸10％～15％、皂土60％～75％，其余为去离子水。
具体的，当处理区域为管道周壁、弯头时，采用酸洗钝化液处理；当处理区域为焊缝、焊接变色部位、浸涂死角区域时，采用酸洗钝化膏处理。通过配合使用酸洗钝化液和酸洗钝化膏，可以得到较好的酸洗钝化效果。
(3)电化学处理：将待处理的主管道连接到整流器/恒电位仪的阳极上，将金属电刷连接到整流器/恒电位仪的阴极上，将整流器/恒电位仪的阳极连接电源的正极，整流器/恒电位仪的阴极连接电源的负极。电源选用双相220V或三相380V，整流器或恒电位仪的空载电压为0～20V。采用8～10V的电压进行钝化膜平整化处理，处理过程中使金属电刷沾取酸洗钝化液，并在处理区域的表面反复刷涂进行再钝化。该步骤主要用于使钝化膜表层更平整化，提高钝化膜的耐腐蚀性能。
(4)采用按阵列插设于板体上的多根电极与步骤(3)处理后的区域表面相贴触，板体具有与主管道相匹配的弧度，电极与多通道采集装置电连接，通过多通道采集装置采集的腐蚀电位进行表面电化学活性监测，从而可监测钝化膜的形成效果。
实施例1
采用某核电管道用316L不锈钢管道分别加工成尺寸为50mm×30mm×12mm的1#试样、2#试样和3#试样，由于不锈钢表面粗糙度会影响钝化膜的耐蚀性能，不同不锈钢临界点蚀温度与表面粗糙度有相关性。为保证加工表面一致，采用机械加工方法处理不锈钢表面，水洗除油后，首先将1#试样、2#试样和3#试样的表面加工到粗糙度为3.2～1.6，然后依次采用400目、600目、1000目和1200目的砂纸进行打磨，下一道砂纸打磨直至上一道砂纸打磨产生的划痕消失，表面呈光亮状态待用。
将1#试样的表面通过自然钝化方法进行处理，具体为：将1#试样放置在不含氯离子的空气中若干小时，待表面变成银白色时取出。
将2#试样的表面通过酸洗钝化方法进行处理，包括如下步骤：水洗—酸洗—水洗—除挂灰—水洗—钝化—水洗—中和—水洗—干燥—除氢。具体为：
(1)将2#试样采用浸洗的方法浸洗酸洗钝化；
(2)为了去除不锈钢表面酸洗后残留的一层挂灰，采用电化学除挂灰法，即用电化学除油槽，进行阳极处理。阳极电流密度3～5A/dm2，时间5～10min；
(3)用热的蒸馏水清洗2～3次，再用热的20％～50％硫酸钠溶液浸洗；
(4)在空气循环炉内于180～200℃进行除氢处理2～3h，防止氢脆。
将3#试样的表面通过酸洗钝化方法进行处理，包括如下步骤：酸洗钝化处理—电化学处理，具体为：
(1)采用酸洗钝化液涂刷至3#试样表面，酸洗钝化液的组分按质量百分数计包括20％HNO3、10％HF和70％去离子水，10min后采用去离子水反复擦拭，再采用质量分数为10％的NaHCO3溶液浸泡4min进行中和，再采用去离子水擦拭。
(2)将3#试样连接到整流器/恒电位仪的阳极上，将金属电刷连接到整流器/恒电位仪的阴极上，将整流器/恒电位仪的阳极连接电源的正极，整流器/恒电位仪的阴极连接电源的负极，采用8～10V的电压进行钝化膜平整化处理，处理过程中使金属电刷沾取酸洗钝化液，并在3#试样表面反复刷涂进行再钝化处理。
将钝化处理后的1#试样、2#试样和3#试样分别加工成不同尺寸的试块并进行盐雾试验、不锈钢点蚀试验和缝隙腐蚀试验，同一试验所采用的截取自1#试样、2#试样和3#试样的试块尺寸相同。
盐雾试验的具体试验步骤为：将氯化钠溶于电导率不超过20μS/cm的去离子水中，浓度为50g/L±5g/L，相当于5％的氯化钠溶液，用酸度计测量氯化钠溶液的pH值，pH值在6.5～7.2之间；将试块放入盐雾箱内，试验面与垂直方向成20°角，试验周期为720h，持续喷雾。每种钝化处理方法采用3个平行试块，将腐蚀后的试块先用棉签清洗表面的腐蚀产物，然后用超声波清洗10分钟，再去离子水清洗。
采用自然钝化方法所得到的试块经盐雾试验后其表面形态参见附图1所示，采用酸洗钝化方法所得到的试块经盐雾试验后其表面形态参见附图2所示，采用本发明的处理方法得到的试块经盐雾试验后其表面形态参见附图3所示。由图1至图3可知，三组试块完成盐雾试验后，均发生不同程度的腐蚀，其中耐盐雾腐蚀性能最佳的处理工艺是本发明的处理方法，本发明的处理方法可有效的提高耐腐蚀性能。
点蚀电位是钝化膜开始发生击穿破坏的电位，是不锈钢重要的电化学性能指标。不锈钢点蚀试验方法为：使用动电位测量方法测量阳极极化曲线，采用三电极两回路体系，试验介质根据需要使用3.5％氯化钠溶液，参比电极为饱和甘汞电极(SCE)，辅助电极为表面积4cm2的贵金属铂片，研究电极为环氧树脂封装的圆形316L不锈钢试片，试片直径为11.3mm(表面积为1cm2)，用环氧树脂封装。扫描速率为20mV/min，当电流密度达到0.4mA/cm2时停止试验，以阳极极化曲线上对应电流密度10μA/cm2的电位中最正的电位值为点蚀电位。试验温度30±1℃，通过恒温水浴锅控制。
通过比较316L不锈钢在三种不同钝化条件的点蚀电位，从表1点蚀电位对比表中可看出，本发明处理方法的点蚀电位大于酸洗钝化工艺的点蚀电位和自然钝化的点蚀电位，说明本发明的处理方法得到的试块耐点蚀能力最优。
表1
缝隙腐蚀试验参考GBT 10127-2002《不锈钢三氯化铁缝隙试验方法》执行。试验采用6％FeCl3溶液，试验温度为35±1℃，将试样放到溶液中的支架上，连续浸泡24h取出，试验过程中容器要盖严，防止溶液蒸发。试验结束后，清除试样上的腐蚀产物，清洗烘干，晾置1天后，用分析天平称量失重后的试样质量。
表2为自然钝化、酸洗钝化、采用本发明的处理方法处理后的缝隙腐蚀试验后质量对比。从表2中可看出，采用本发明的处理方法得到的试块的缝隙腐蚀性优于酸洗钝化耐缝隙腐蚀性以及自然钝化耐缝隙腐蚀性。
表2
本发明的处理方法对金属表面进行耐腐蚀性能处理不仅效率高，而且处理效果好，可提高核电厂主管道的耐蚀性能，解决核电厂主管道在线处理困难的问题，保证设备及复杂零件的安全稳定运行，并且本发明的处理液对环境无污染。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。