钢构件的耐腐蚀性和耐擦伤性的制作方法

本发明一般地涉及实现钢构件的耐腐蚀性和耐擦伤性的方法。

背景技术：

在单一涂层中很难发现深黑色的、良好的耐刮擦性的、良好的耐腐蚀性的、均匀覆盖低硅钢和高硅钢的低污迹水平的、且光滑或粗糙的表面。

技术实现要素：

本发明涉及一种通过在涂敷磷酸盐涂层之前借助中温工艺产生黑色四氧化三铁锈层完成面来改善钢构件的耐腐蚀性和耐擦伤性的方法。

附图说明

为了便于理解要求保护的主题，在附图中示出了其实施例，通过审阅这些实施例，当结合以下描述考虑时，要求保护的主题、其构造和操作以及许多优点应该很容易理解和领会。

图1是根据本发明一实施例的方法的流程图；

图2是经图1的方法处理过的构件的透视图；

图3是经中温黑色氧化方法处理过的构件的透视图；以及

图4是在滚筒工艺中完成的磷酸盐涂层的图像。

具体实施方式

虽然本发明可以有多种不同形式的实施例，但是在附图中示出并且将在本文中详细描述的本发明的优选实施例应作如下理解，即本公开将被看作是本发明的原理性示例，而不旨在将本发明的广泛方面限制于所描述的实施例。如本文中所用，术语“本发明”不旨在限制所要求保护的发明的范围，而是仅为了解释的目的而用于讨论本发明的示例性实施例的术语。

本发明涉及一种通过在涂敷磷酸盐涂层之前借助中温工艺形成黑色四氧化三铁锈层完成面来改善钢构件的耐腐蚀性和耐擦伤性的方法。

图1示出了根据本发明的方法100的流程图。在步骤102中，对钢构件进行苛性清洗以从钢构件除去颗粒和/或油。例如，可以在约105°f下将钢构件浸入苛性清洗溶液中约5分钟。该清洗溶液可以是具有表面活性剂渗透作用和污垢分散能力以除去钢构件上的灰尘和油脂的任何苛性水溶液。在步骤104中，冲洗钢构件以除去来自步骤102的钢构件上的任何苛性膜。例如，可以在环境温度下将钢构件浸入水中约0.5分钟。

在步骤106中，对钢构件进行酸性表面处理以促使表面酸洗/活化从而促使化学反应。例如，可以在环境温度下将钢构件浸入酸或酸性溶液中约4.5至5分钟。可以使用能够在待用钢上提供良好的除垢性能的任何酸性化合物。在步骤108中，冲洗钢构件以除去来自步骤106的钢构件上的任何酸。例如，可以在环境温度下将钢构件浸入水中约0.5分钟。

在步骤110中，对钢构件进行黑色氧化处理以促使在钢构件的表面上形成转化层。该反应使得能够在钢构件的表面上形成四氧化三铁锈层(fe3o4)。该层约1微米深或厚，从而在滚筒中移动时发生的化学反应过程中提供对表面磨损的机械阻力。例如，可以在约210-220°f下将钢构件浸入黑色氧化物中约10分钟。该黑色氧化物是含有约7％-13％的硝酸钠和约1％-5％的氢氧化钠的水溶液。在步骤112中，冲洗钢构件以除去残留在来自步骤110的钢构件上的化学物质。例如，可以在环境温度下将钢构件浸入水中约2分钟。

在步骤114中，对钢构件进行晶粒细化处理以促进细晶磷酸锰涂层的形成(在下面的步骤116中描述)。例如，可以在约86°f下将钢构件浸入含有一种或多种活化剂的晶粒细化溶液中约2分钟。该晶粒细化溶液可以是浓度为每100加仑水约2.5磅的焦磷酸四钠和浓度为每100加仑水约0.4磅-2.5磅的三乙醇胺的组合。在步骤116中，对钢构件进行磷酸锰处理。例如，可以在约180°f下将钢构件浸入磷化溶液中约15分钟。该磷化溶液可以是约3％-4％的磷酸二氢锰、约0.7％-1.4％的磷酸、约0.1％-0.7％的硝酸锰和约0.1％的硝酸镍的组合。酸与钢构件表面上的铁反应，在表面局部析出磷酸盐。

在步骤118中，冲洗钢构件以除去来自上述步骤的钢构件上的先前的化学物质/化学作用。例如，可以在环境温度下将钢构件浸入水中约2分钟。在步骤120中，对钢构件进行防锈剂处理以便为钢构件提供额外的腐蚀防护和光亮的外观。例如，可以在环境温度下将钢构件浸入一种或多种防锈剂中约1分钟。防锈剂可以是提供腐蚀防护和深黑色外观的基于加氢处理的石油馏分的任何油。油中的不同添加剂可以提供增强的性能，例如，增强的腐蚀防护或更光亮的外观。

图2示出了根据图1的方法的成品构件200的外观。成品构件200的最终外观具有由步骤110给予的深黑色以及由步骤116给予的按重量计为每平方英尺400-2000毫克的磷酸盐涂层。最终层符合军用详细规范mil-dtl-16232gm型(militarydetailspecificationmil-dtl-16232gtypem)和商用项目说明a-a-59267m型(commercialitemdescriptiona-a-59267typem)的要求。

在一实施例中，可以使用旋转滚筒通过图1的方法来转变钢构件。例如，可将一个或多个钢构件放入滚筒中(通常将滚筒填充约1/3满)。然后可将滚筒浸入一个或多个化学槽和冲洗槽中，在其中旋转滚筒以实现钢构件的改善的耐腐蚀性和耐擦伤性。

在另一实施例中，可以使用机架或其他固定装置来固定一个或多个钢构件以进行图1的方法。然后可以通过使用机架/固定装置进行图1的方法来转变构件。

以上关于图1所描述的方法提供了一种钢的改善的转化层，在不影响生产率的情况下，通过组合改变钢表面的两种化学方法解决了其他方法存在的问题：铁的氧化产生深的耐刮擦黑色外观，以及通过在氧化物的顶部生长磷酸盐层来提供腐蚀防护。

例如，使用中温黑色氧化处理需要使用昂贵的防锈剂以及更换/返修已被腐蚀的零件。此外，高污迹导致在处理过程中包装和外皮变黑。图3示出了根据该方法的构件300在暴露于盐溶液24小时后的外观。在另一个示例中，使用高温黑色氧化处理提供了与中温黑色氧化处理类似的腐蚀防护。然而，这会导致在高硅钢上产生红色外观。此外，当在滚筒中加工时，普通磷酸盐涂层由于在高灵敏度的中间黑化过程中发生刮擦而具有较差的外观。图4示出了根据该方法的构件400的外观。

如上参照图1和图2所述，本发明提供了一种形成钢的改善的转化层的方法，该方法在不影响生产率的情况下解决了与中温和高温黑色氧化处理相关的问题。本发明通过消除污迹来组合中温下形成的四氧化三铁锈层和随后的磷酸盐层这两个转化层，以改善实际状态以及市场上可获得的替代方法；(本发明)通过改善表面上的保油率但仍然显示出干燥/哑光外观，改善了外观，使其具有深黑色和高耐擦伤性以及优异的耐腐蚀性。

如本文中所用，术语“连接”及其功能性等同物并不意在一定限于两个或更多个构件的直接机械连接。相反，术语“连接”及其功能性等同物意在指两个或多个物体、特征、工件和/或环境元素之间的任何直接或间接的机械、电气或化学连接。在一些示例中，“连接”也意指一个物体与另一物体成一体化。如本文中所用，除非另有特别说明，否则术语“一”或“一个”可包括一项或多项。

前面的描述和附图中阐述的主题是仅通过说明的方式而不是作为限制而提供的。虽然已经展示和描述了特定实施例，但是对于本领域技术人员来说显而易见的是，在不脱离发明人的贡献的更广泛方面的情况下可以进行改变和修改。当基于现有技术从适当角度考虑时，所要求保护的实际范围意在由以下权利要求限定。