钢铁材料前处理活化工艺及其活化机理研究

摘要

钢铁材料在使用过程中最重要的问题就是腐蚀。据统计,世界上每年因腐蚀而损失的钢铁材料占总产量的1/5。对现代工业造成了严重的破坏,甚至可以危及人民的生命和安全。因此,钢铁材料的防腐越来越受到人们的重视。在其抗腐蚀的研究过程中,人们逐渐意识到涂镀技术优于其它技术,是保护钢铁材料最重要、应用最广泛的一种技术。在世界钢铁产品总量中,涂镀产品约占1/10。而在钢铁材料涂镀过程中,表面前处理尤为重要,因为表面前处理的好坏直接影响着涂镀层的性能和涂镀层的结合强度。因此,需要一种简单、高效的钢铁预处理活化工艺。
　　NaNO3阳极活化能快速去掉基体表面的氧化膜和溶出物,使基体表面受到轻微的刻蚀,金属晶格充分显露,从而使表面处于活化状态。基体经合适的活化工艺处理后,涂镀层和基体之间可以具有良好的结合力。NaNO3阳极活化同时具有化学活化不具备的许多优点,如不易使基体产生氢脆现象和过度腐蚀,且装置简单、活化速度快、成本低及无污染等。本工作研究了NaNO3阳极活化退火45＃钢、淬火45＃钢和35CrMo合金钢表面的最佳工艺条件,用弯曲法和界面法评价了活化效果。在此基础上,根据活化后溶液pH值、基体表面组分及溶液颜色的变化,探究了NaNO3阳极活化碳素结构钢和合金钢的机理。具体工作如下:
　　1.退火45＃钢涂镀前处理NaNO3阳极活化工艺及机理研究
　　退火45＃钢的组织结构是铁素体相(F)和珠光体相(P)的混合,其中珠光体相是铁素体和渗碳体的机械混合物。由于铁素体相比渗碳体更易溶解,在不同的NaNO3溶液浓度、温度、时间、电流密度和pH条件下,基体表面活化后的相面积比、组分和形貌不同,从而影响镀层和基体间的结合力。由实验结果知,NaNO3阳极活化退火45＃钢的最佳工艺条件为:溶液浓度200～400g·dm-3,温度30～40℃,活化时间5~10min,阳极活化电流密度5~10A·dm-2,pH值6.00～10.00。在此活化工艺条件下基体表面晶格重新裸露出来,达到一个最佳的活化状态,同时基体表面具有一定的粗糙度,增强了镀层和基体之间的接触面积和铰链作用,从而使钨合金镀层和基体之间具有良好的结合力。根据实验结果分析提出一种新的结合力判断方法,为硬质合金涂镀其它基体材料结合力的判断提供依据。通过NaNO3阳极活化退火45＃钢溶液pH值的变化、基体表面的活化效果及组分的变化,来研究NaNO3阳极活化铁素体和珠光体相的机理。
　　2.淬火45＃钢前处理NaNO3阳极活化工艺及机理研究
　　45＃钢经淬火后,组织结构主要为板条状和针状马氏体,还有少量残余的奥氏体。实验发现淬火45＃钢在NaNO3溶液中更易活化,则在阳极活化退火45＃钢工艺条件基础上选定NaNO3溶液的浓度为300g·dm-3,研究溶液温度、活化时间、活化电流密度、初始pH值对其表面组分及活化形貌的影响。通过观察镀层和基体间界面来判断各工艺条件下的活化效果,得出最佳活化工艺条件为pH值6.00～10.00、活化时间5min、活化电流密度为5A·dm-2,溶液温度为30～40℃。分析了影响钨合金镀层和淬火45＃钢基体之间结合力的原因及NaNO3阳极活化马氏体的机理。
　　3.35CrMo合金钢前处理NaNO3阳极活化工艺及机理研究
　　35CrMo合金钢最常用的热处理方式是850℃淬火,580℃回火,经该种方式处理过的35CrMo金相组织为均匀的索氏体(铁素体基体中均匀分布着细粒状的渗碳体)。研究了该金相组织及合金元素在NaNO3阳极活化过程中的电化学反应。用弯曲法评价结合力来说明各工艺条件的活化效果,得出最佳工艺条件为浓度300～400g·dm-3,温度30℃,活化时间5min,阳极活化电流密度5~10A·dm-2,pH值6.00～10.00时。并根据溶液颜色和pH值变化、结合力情况探究其活化合金钢的机理。

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摘 要

英文摘要

目 录

第1章 绪 论

1.1 材料表面预处理研究概述

1.2 钢铁基体材料表面预处理的概述

1.3 材料表面涂镀层研究概述与结合力判定方法

1.4 论文构思

第2章 退火45#钢前处理NaNO3阳极活化工艺及其机理研究

2.1 前言

2.2 实验部分

2.3 结果与讨论

2.4 小结

第3章 淬火45#钢前处理NaNO3阳极活化工艺及其机理研究

3.1 前言

3.2 实验部分

3.3 结果与讨论

3.4 小结

第4章 35CrMo前处理NaNO3阳极活化工艺及其机理研究

4.1 前言

4.2 实验部分

4.3 结果与讨论

4.4小结

结 论

参考文献

附录A 本文作者相关论文题录

致谢