一种耐腐蚀钢铁材料及其制备方法和应用

本发明属于微纳加工，具体涉及一种耐腐蚀钢铁材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、随着海洋工程的迅速发展，钢铁作为船舶与海洋工程的主要结构，逐渐成为海洋工程材料中的最主要部分。海洋工程钢铁材料(简称“海工钢”)虽然具有高强度、高韧性的优点，但腐蚀电位较低，在服役过程中，面对环境恶劣、复杂的海洋环境时易发生腐蚀，从而导致使用寿命缩短，甚至引发工程灾难。在海洋腐蚀环境中，最典型、最严重的腐蚀来自于海水中的氯离子(cl-)。由于氯离子半径小，只有水分子的1/4，而且氯离子的穿透力很强，在竞争吸附过程中，能够优先吸附到海工钢表面，从而造成腐蚀。目前，针对海工钢腐蚀的防护方式主要包括钢结构涂层技术、金属喷涂技术、有机复层包覆技术和钢结构阴极保护技术，然而，上述防护方式得到的海工钢的腐蚀电流大，腐蚀电压低，耐腐蚀效果差。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明目的在于提供一种耐腐蚀钢铁材料及其制备方法和应用，本发明提供的耐腐蚀钢铁材料的耐腐蚀效果好。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、本发明提供了一种耐腐蚀钢铁材料的制备方法，包括以下步骤：

4、将钢铁材料进行除氧化层处理，得到预处理钢铁材料；

5、将所述预处理钢铁材料进行皮秒激光处理，得到表面有若干凹坑的耐腐蚀钢铁材料；所述凹坑的直径为40～60μm。

6、优选的，所述皮秒激光处理的脉宽为1～2μm，激光波长为1030～1064nm，激光束的光斑直径为40～60μm。

7、优选的，所述凹坑呈点阵式分布；相邻两个凹坑的中心间距为30～70μm。

8、优选的，所述凹坑的深度为5～20μm。

9、优选的，所述皮秒激光处理的温度为10～30℃。

10、优选的，所述除氧化层处理包括依次进行打磨、清洗和干燥。

11、优选的，所述打磨包括采用砂纸进行打磨；所述砂纸的目数为1000～1500目。

12、本发明提供了上述技术方案所述制备方法制得的耐腐蚀钢铁材料，所述耐腐蚀钢铁材料的表面具有若干凹坑，所述凹坑的直径为40～60μm。

13、优选的，所述耐腐蚀钢铁材料的表面水接触角为90～150°，腐蚀电压≥-0.684v，腐蚀电流≤1.154×10-5a/cm2。

14、本发明提供了上述技术方案所述的耐腐蚀钢铁材料在海洋工程中的应用。

15、本发明提供了一种耐腐蚀钢铁材料的制备方法。本发明将钢铁材料进行打磨后去除氧化层，得到预处理钢铁材料；然后将所述预处理钢铁材料进行皮秒激光处理，使耐腐蚀钢铁材料表面出现凹坑，并通过控制制备得到的耐腐蚀钢铁材料表面凹坑的直径为40～60μm(海水都是以水滴的形式存在，其直径通常在100μm以上，凹坑直径大于40～60μm时，水中的氯离子会附着在耐腐蚀钢铁材料表面，无法起到防腐蚀的效果；凹坑直径小于40～60μm时，孔径过小，金属结构之间的电子能够贯穿，金属电子容易从一个凹坑边缘转移到相邻凹坑边缘，增加了电子转移，减弱了防腐蚀效果)，海水水滴会覆盖在凹坑上，形成一层空气膜，使耐腐蚀钢铁材料形成疏水表面，防止腐蚀离子的进入，耐腐蚀钢铁材料的表面水接触角为90～150°，腐蚀电压≥-0.684v，腐蚀电流≤1.154×10-5a/cm2，耐腐蚀效果好。而且，本发明提供的制备方法操作简单，无需额外施加外接电路或包覆防腐蚀材料，成本低，适宜工业化生产。

技术特征：

1.一种耐腐蚀钢铁材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述皮秒激光处理的脉宽为1～2μm，激光波长为1030～1064nm，激光束的光斑直径为40～60μm。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述凹坑呈点阵式分布；相邻两个凹坑的中心间距为30～70μm。

4.根据权利要求1或3所述的制备方法，其特征在于，所述凹坑的深度为5～20μm。

5.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述皮秒激光处理的温度为10～30℃。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述除氧化层处理包括依次进行打磨、清洗和干燥。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述打磨包括采用砂纸进行打磨；所述砂纸的目数为1000～1500目。

8.权利要求1～7任一项所述制备方法制得的耐腐蚀钢铁材料，其特征在于，所述耐腐蚀钢铁材料的表面具有若干凹坑，所述凹坑的直径为40～60μm。

9.根据权利要求8所述的耐腐蚀钢铁材料，其特征在于，所述耐腐蚀钢铁材料的表面水接触角为90～150°，腐蚀电压≥-0.684v，腐蚀电流≤1.154×10-5a/cm2。

10.权利要求8或9所述的耐腐蚀钢铁材料在海洋工程中的应用。

技术总结
本发明提供了一种耐腐蚀钢铁材料及其制备方法和应用，涉及微纳加工技术领域。本发明将钢铁材料进行打磨后去除氧化层，得到预处理钢铁材料；然后将所述预处理钢铁材料进行皮秒激光处理，使耐腐蚀钢铁材料表面出现凹坑，并通过控制制备得到的耐腐蚀钢铁材料表面凹坑的直径为40～60μm，海水水滴会覆盖在凹坑上，形成一层空气膜，使耐腐蚀钢铁材料形成疏水表面，防止腐蚀离子的进入，耐腐蚀钢铁材料的表面水接触角为90～150°，腐蚀电压≥‑0.684V，腐蚀电流≤1.154×10<supgt;‑5</supgt;A/cm<supgt;2</supgt;，耐腐蚀效果好。

技术研发人员：黄江,罗方焰,赵阳,师文庆
受保护的技术使用者：广东海洋大学
技术研发日：
技术公布日：2024/5/16