一种三氧化二铬修饰低合金钢及其制备方法与应用技术

本发明专利技术涉及一种三氧化二铬修饰低合金钢及其制备方法与应用，所述三氧化二铬修饰低合金钢包括低合金钢以及包覆于所述低合金钢表面的三氧化二铬氧化层。本发明专利技术提供的三氧化二铬修饰低合金钢具有较耐蚀性能的三氧化二铬氧化层，该氧化层在碱性环境下会进一步与基体腐蚀产物三氧化二铁结合形成更耐碱腐蚀的铁铬尖晶石，进一步提高了耐蚀性能，同时镀层缺陷也会通过形成的铁铬尖晶石而实现自修复，进而降低了其对后续耐蚀层性能的影响。而降低了其对后续耐蚀层性能的影响。

【技术实现步骤摘要】
一种三氧化二铬修饰低合金钢及其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及材料加工
，具体涉及一种三氧化二铬修饰低合金钢及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]低合金钢是一种工业上常用的具有良好力学性能的工程材料，在中性环境中具有良好的耐蚀性能，可以应用于化工、石化等领域，但其在一定浓度碱性环境中的耐碱腐蚀性能较差，而作为化工设备材料时，其带来的设备腐蚀不仅影响生产进程，产生高额的维修费用，甚至会引发安全事故威胁人身安全。
[0003]通常提高低合金钢材料耐蚀性能的方法主要包括加入合金元素、电镀耐蚀层、电化学保护等。CN 105316593A公开了一种耐腐蚀的低合金钢，其化学成分及其质量百分比为：碳：0.2
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0.30％；硅：0.08
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0.15％；锰：0.45
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0.65％；磷：≤0.03％；硫：≤0.015％；铬：1.4
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1.9％；镍：1.28
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1.40％，钛0.005％
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0.05％，其余为铁和不可避免的杂质组成。该专利技术通过加入合金元素得到具有优良的热处理性能和耐腐蚀性能的低合金钢，但可能会在提高材料耐蚀性的同时影响材料的力学性能，且需从原材料进行严格控制，过程较为复杂。
[0004]CN 113122109A公开了一种海上风电螺栓杆用高硬度耐腐蚀合金钢及其制备方法。该专利技术中的聚苯胺复合物可以释放出阴离子，与金属中的基体进行螯合，生成钝化膜，形成阳极保护，而且在腐蚀基体时，可以将阴极反应转移到聚苯胺复合物表面，发生阴极抑制，同时，加入磁性氧化石墨烯，提高了聚苯胺的电化学活性，提高了在pH较高时的防腐性能。但该专利技术采用的电化学保护法对设备要求较高且价格昂贵，不适用于大规模工业化生产。
[0005]电镀耐蚀层是一种工艺简单且可以大幅提高材料耐蚀性能的方法。CN107740802A公开了一种十字槽盘头自攻螺钉，包括：螺钉体、位于所述螺钉体一端的盘头，所述螺钉体是采用高强度低合金钢制成的，且在所述高强度低合金钢螺钉体的外表面镀有耐腐蚀锌合金层。但在一定浓度强碱性环境中，镀层仍会产生一定缺陷，逐渐降低材料的耐蚀性能。
[0006]针对现有技术的不足，需要提供一种耐强碱腐蚀性强、制备工艺简单且成本低的镀层修饰低合金钢。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提供一种三氧化二铬修饰低合金钢及其制备方法与应用，以常见的低合金钢作为基材，利用电镀铬处理及后续表面氧化处理的方法，显著提高了低合金钢的耐强碱腐蚀性能，制备工艺简单且应用前景广阔。
[0008]为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0009]第一方面，本专利技术提供了一种三氧化二铬修饰低合金钢，所述三氧化二铬修饰低合金钢包括低合金钢以及包覆于所述低合金钢表面的三氧化二铬氧化层。
[0010]本专利技术提供的三氧化二铬修饰低合金钢，在一定浓度的碱性环境下其表面包覆的
三氧化二铬氧化层会进一步与低合金钢的基体腐蚀产物三氧化二铁结合，形成更耐碱腐蚀的铁铬尖晶石，同时镀层缺陷也会通过形成的铁铬尖晶石而实现自修复，进而降低了其对后续耐蚀层性能的影响；经测试，在50℃、20％的NaOH溶液中的腐蚀速率低至0.308mm/y，具有较高的耐强碱腐蚀性能。
[0011]优选地，所述低合金钢的牌号包括Q295、Q345、Q390、Q420或Q490中的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制性的组合包括Q295与Q345的组合，Q390、Q420与Q49的组合，或Q295、Q345、Q390、Q420与Q49的组合。
[0012]第二方面，本专利技术提供了一种如第一方面所述的三氧化二铬修饰低合金钢的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
[0013](1)低合金钢依次经表面预处理与镀铬处理，得到镀铬低合金钢；
[0014](2)步骤(1)所得镀铬低合金钢经氧化处理，得到所述三氧化二铬修饰低合金钢。
[0015]本专利技术提供的制备方法，通过将低合金钢进行镀铬处理与氧化处理，在低合金钢的表面会生成三氧化二铬的镀层产物，在一定浓度的碱性环境中，三氧化二铬可以提高低合金钢的耐蚀性能，同时，该镀层产物会进一步与基体腐蚀产物三氧化二铁结合形成更耐碱腐蚀的铁铬尖晶石，进一步提高耐蚀性能。
[0016]优选地，步骤(1)所述表面预处理包括依次进行的打磨处理、除油处理以及酸洗活化处理。
[0017]所述打磨处理可以除去低合金钢表面的氧化皮，平整材料表面，进一步提升电镀质量。
[0018]优选地，所述打磨处理、除油处理以及酸洗活化处理中相邻两个步骤间还包括水洗处理的步骤。
[0019]优选地，所述水洗处理包括依次进行的5
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10℃流动水清洗1
‑
2min与40
‑
60℃水清洗1
‑
2min。
[0020]所述流动水的温度为5
‑
10℃，例如可以是5℃、6℃、8℃、9℃或10℃，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
[0021]所述流动水清洗的时间为1
‑
2min，例如可以是1min、1.2min、1.5min、1.8min或2min，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
[0022]所述水的温度为40
‑
60℃，例如可以是40℃、45℃、50℃、55℃或60℃，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
[0023]所述水清洗的时间为1
‑
2min，例如可以是1min、1.2min、1.5min、1.8min或2min，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
[0024]优选地，所述打磨处理至低合金钢的表面粗糙度≤0.5μm，例如可以是0.5μm、0.45μm、0.4μm、0.3μm或0.2μm，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
[0025]优选地，所述除油处理包括超声波除油与电解除油。
[0026]优选地，所述超声波除油所用洗液包括有机溶剂。
[0027]优选地，所述有机溶剂包括丙酮和/或乙醇。
[0028]优选地，所述超声波除油的时间为2
‑
5min，例如可以是2min、2.5min、3min、4min或5min，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
[0029]优选地，所述超声波除油在室温下进行。
[0030]优选地，所述电解除油所用洗液包括氢氧化钾溶液。
[0031]优选地，所述氢氧化钾溶液的浓度为10
‑
30g/L，例如可以是10g/L、15g/L、20g/L、25g/L或30g/L，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
[0032]优选地，所述氢本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三氧化二铬修饰低合金钢，其特征在于，所述三氧化二铬修饰低合金钢包括低合金钢以及包覆于所述低合金钢表面的三氧化二铬氧化层。2.根据权利要求1所述的三氧化二铬修饰低合金钢，其特征在于，所述低合金钢的牌号包括Q295、Q345、Q390、Q420或Q490中的任意一种或至少两种的组合。3.一种如权利要求1或2所述的三氧化二铬修饰低合金钢的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：(1)低合金钢依次经表面预处理与镀铬处理，得到镀铬低合金钢；(2)步骤(1)所得镀铬低合金钢经氧化处理，得到所述三氧化二铬修饰低合金钢。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述表面预处理包括依次进行的打磨处理、除油处理以及酸洗活化处理；优选地，所述打磨处理、除油处理以及酸洗活化处理中相邻两个步骤间还包括水洗处理的步骤；优选地，所述水洗处理包括依次进行的5
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10℃流动水清洗1
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2min与40
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60℃水清洗1
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2min。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述打磨处理至低合金钢的表面粗糙度≤0.5μm；优选地，所述除油处理包括超声波除油与电解除油；优选地，所述超声波除油所用洗液包括有机溶剂；优选地，所述有机溶剂包括丙酮和/或乙醇；优选地，所述超声波除油的时间为2
‑
5min；优选地，所述电解除油所用洗液包括氢氧化钾溶液；优选地，所述氢氧化钾溶液的浓度为10
‑
30g/L；优选地，所述氢氧化钾溶液的温度为50
‑
60℃；优选地，所述电解除油的电流密度为5
‑
10A/dm2。6.根据权利要求4或5所述的制备方法，其特征在于，所述酸洗活化处理所用洗液包括硫酸水溶液；优选地，所述硫酸水溶液的浓度为10
‑
20g/L；优选地，所述硫酸水溶液的温度为20
‑
30℃；优选地，所述酸洗活化处理的电流密度为5
‑
10A/dm2；优选地，所述酸洗活化处理的时间为1
‑
2min。7.根据权利要求3
‑
6任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述镀铬处理的方式包括电镀；优选地，以质量浓度计，步骤(1)所述镀铬处理所用镀铬液的组分包括：硫酸铬160
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180g/L，硫酸钠100
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150g/L，硼酸35
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55g/L，草酸60
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90g/L，十二烷基硫酸钠0.03
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0.05g/L；优选地，所述镀铬液的pH值为2
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3.5；优选地，所述电镀的温度为40
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60℃；优选地，所述电镀的电流密度为15
‑
20A/dm2；优选地，...

【专利技术属性】
技术研发人员：周鹏，蔡再华，高逸桉，侯礼强，张红玲，郭小峰，徐红彬，石义赟，苏晓亮，
申请(专利权)人：中国科学院过程工程研究所，
类型：发明
国别省市：