一种用于制备合金钢中碳化物的腐蚀剂及其制备方法、碳化物的制备方法

摘要

本发明涉及一种用于制备合金钢中碳化物的腐蚀剂及其制备方法、碳化物的制备方法，属于钢中碳化物制备技术领域。本发明的用于制备合金钢中碳化物的腐蚀剂，由包括表面活性剂和以下体积份数的原料制成：盐酸6‑12份，硝酸1‑5份，葡萄糖酸1‑3份，所述表面活性剂与盐酸的质量比为0.5～2:6.9～13.8。本发明用于制备合金钢中碳化物的腐蚀剂，成分简单，相对稳定，重现性好，既能够有效腐蚀钢基体，又能够减弱对钢中碳化物的腐蚀，可实现快速制备合金钢中的碳化物。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于制备合金钢中碳化物的腐蚀剂及其制备方法、碳化物的制备方法，属于钢中碳化物制备技术领域。

背景技术

随着工业技术不断进步，模具主要向大型、复杂、精密、高寿命、高效率方向发展，这使得其服役环境变得越来越苛刻，也对模具钢提出了更高的性能要求。研究表明细小、弥散分布的碳化物颗粒对模具钢的高温硬度、高温强度、回火稳定性、抗热疲劳性起决定性作用，即析出的细小弥散碳化物是热作模具钢的主强化相。如何获得钢中细小碳化物以及质量分数是研发高性能模具钢的主要途径之一。

目前钢中碳化物的获取方法一般通过电解方法。例如，2009年宋雯雯等在材料热处理学报第30卷第5期发表的H13钢中的碳化物分析及其演变规律研究报道了电解法萃取H13钢中的碳化物。吴晓春等2011年在钢铁研究学报第23 卷第6期报道了新型奥氏体热作模具钢6Mn14Cr3Mo2V2的强韧化机制，针对 H13热作模具钢采取电解法，选择3％FeSO₄+1％NaCl+1％酒石酸作为电解液，电流密度为0.025A/cm²，电解时间6h获取一定量的碳化物。何明锭等2015年在上海金属第37卷第4期发表了热作模具钢SDCM热稳定性研究，采用KIMC的方法电解萃取制备钢中碳化物，电解液为每100ml水15g柠檬酸钠、1.2g溴化钾、>

申请公布号为CN101915773A的中国发明专利公开了一种对9％Cr钢Laves 相进行非破坏性检测的方法，该方法包括碳化物的制备：以氯化钾、柠檬酸、水配制电解液，保持电解液pH＝3～4，温度在+5℃以下，电流密度控制在 0.02～0.03cm²，电解90～120min，将电解下的粉末收集，用蒸馏水及酒精漂洗3>

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于制备合金钢中碳化物的腐蚀剂，能够快速实现合金钢中碳化物的制备。

本发明第二个目的在于提供一种上述用于制备合金钢中碳化物的腐蚀剂的制备方法。

本发明第三个目的在于提供一种合金钢中碳化物的制备方法，该方法简单易行且所需时间较短。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种用于制备合金钢中碳化物的腐蚀剂，由包括表面活性剂和以下体积份数的原料制成：盐酸6-12份，硝酸1-5份，葡萄糖酸1-3份，所述表面活性剂与盐酸的质量比为0.5～2:6.9～13.8。

上述用于制备合金钢中碳化物的腐蚀剂，还包括80～92份水。所述水为去离子水或蒸馏水。

所述盐酸的质量分数≥36％；所述硝酸的质量分数≥62％；所述葡萄糖酸的质量分数≥60％。

所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、脂肪醇醚硫酸钠、月桂醇硫酸钠、十二氨基苯甲酸钠中的任意一种。

所述葡萄糖酸作为防腐剂可减弱硝酸对钢中碳化物的腐蚀，同时不断提供H 离子进一步加强对钢基体的腐蚀。盐酸和硝酸有协同作用，可强化硝酸对钢基体元素的腐蚀，加快腐蚀反应速率。表面活性剂能够对腐蚀后的产物进行有效去除，避免腐蚀后的产物碳化物残留在试样基体上。在盐酸、硝酸、葡萄糖酸、表面活性剂的协同作用下可实现钢中碳化物的快速制备。

上述用于制备合金钢中碳化物的腐蚀剂的制备方法，包括以下步骤：

按配方量取各原料，将硝酸、盐酸、葡萄糖酸和表面活性剂依次加入水中，混合均匀即可。

上述用于制备合金钢中碳化物的腐蚀剂的制备方法，包括以下步骤：

按配方量取各原料，将质量分数≥62％的硝酸、质量分数≥36％的盐酸、质量分数≥60％的葡萄糖酸、表面活性剂依次加入80～92份水中，混合均匀即可。

一种合金钢中碳化物的制备方法，包括以下步骤：

将上述腐蚀剂升温至50-100℃，然后放入合金钢样品，腐蚀5-10min，之后震荡1～2min，然后静置，沉淀出所述碳化物。

所述合金钢样品为Cr12MoV、4Cr5MoSiV1或W6MoCr4V2Al。

所述震荡1～2min后，继续升温至50-100℃腐蚀5～10min，然后震荡1～2min。

所述升温采用集热式恒温加热磁力搅拌器升温，所述集热式恒温加热磁力搅拌器的功率为1～10kW。

所述腐蚀在磁力搅拌下进行。由于实验用钢具有磁性，在磁力搅拌器作用下试样会在溶液中旋转，可及时补充合金钢附近消耗掉的H离子，加速腐蚀剂对钢基体的腐蚀。

所述腐蚀剂中的盐酸和硝酸属于易挥发性物质，因此在腐蚀过程中需在腐蚀体系外加盖防止酸挥发的装置，进而防止酸挥发影响腐蚀剂的pH。

所述震荡为超声震荡，所述超声震荡的功率为500～5000W。

所述静置时间为10min以上。

上述合金钢中碳化物的制备方法，还包括以下步骤：沉淀出碳化物之后加入中性试剂稀释腐蚀剂，之后通过定性滤纸过滤、干燥；所述中性试剂为酒精、丙酮或去离子水。

上述加入中性试剂后静置10min以上。

重复上述加入中性试剂、静置步骤2-3遍。

所述干燥为常温自然干燥或60-80℃加热1-2min干燥。

所述碳化物为合金钢中合金元素与碳形成的Cr₇C₃、Cr₂₃C₆、VC、Mo₂C等碳化物。

本发明用于制备合金钢中碳化物的腐蚀剂，成分简单，相对稳定，重现性好，既能够有效腐蚀钢基体，又能够减弱对钢中碳化物的腐蚀。

本发明用于制备合金钢中碳化物的腐蚀剂尤其适用于碳化物含量较高的模具钢Cr12MoV，4Cr5MoSiV1或W6Mo5Cr4V2Al等钢。

本发明用于制备合金钢中碳化物的腐蚀剂的制备方法，简单可行，适合批量生产。

本发明合金钢中碳化物的制备方法，将钢样品浸入腐蚀剂中，腐蚀5-10min，震荡1～2min，静置，即可沉淀出碳化物，反应速度适中，所需腐蚀时间易于掌控，无需进行电解，即可实现合金钢中碳化物的快速制备，操作简便易行，具有好的应用前景。

附图说明

图1为实施例1中所得碳化物的SEM图；

图2为实施例1中所得碳化物的TEM图；

图3为实施例1中所得碳化物的XRD图；

图4为实施例3中所得碳化物的TEM图；

图5为实施例3中所得Cr₂₃C₆碳化物的TEM图及其衍射花样标定。

具体实施方式

实施例1

本实施例的用于制备合金钢中碳化物的腐蚀剂，由0.5g十二烷基苯磺酸钠和以下体积的原料制成：

盐酸10mL、硝酸5mL、葡萄糖酸2mL、去离子水83mL；其中，盐酸的质量分数≥36％；硝酸的质量分数≥62％；葡萄糖酸的质量分数≥60％。

本实施例的用于制备合金钢中碳化物的腐蚀剂的制备方法，包括以下步骤：按配方量取上述各原料，搅拌均匀即得。

本实施例的合金钢中碳化物的制备方法，包括以下步骤：

1)将上述腐蚀剂放入功率为3kW的DS-101S集热式恒温加热磁力搅拌器中，将腐蚀剂升温至50℃；然后将线切割得到尺寸为30×30×2mm的4Cr5MoSiV1模具钢浸入盛放上述腐蚀剂的烧杯中，在磁力搅拌条件下腐蚀10min，然后将腐蚀剂连同未腐蚀的合金钢放入超声波振荡器中以1kW的功率超声振荡2min，之后取出再次放入功率为3kw的DS-101S集热式恒温加热磁力搅拌器中，升温至50℃，腐蚀10min，然后超声振荡2min，取出；

2)将取出物静置20min，沉淀出碳化物；将上层不含碳化物的腐蚀剂倒出，在剩余的含有碳化物和腐蚀剂混合物中加入乙醇溶液，在功率为1kW的超声波振荡器中超声振荡，清洗至中性，取出后静置20min，后采用定性滤纸过滤，常温下自然干燥即得。

对实施例1所得碳化物分别进行SEM测试、TEM测试、XRD测试，结果分别如图1、图2、图3所示。

由图1可知，实施例1所得碳化物大小不一，尺寸从nm级到μm级；图2 为取少量萃取后的碳化物放入酒精中超声震荡，分散碳化物后，用铜栅网捞取部分碳化物，干燥后再进行的TEM测试，观察碳化物的形貌。图3为所得碳化物的XRD图，可观察到Cr₇C₃，VC，Cr₂₃C₆，和Mo₂C等碳化物的存在，更好的证明了本发明的腐蚀剂对钢基体腐蚀效果较好，而对钢中碳化物不进行腐蚀。

实施例2

本实施例的用于制备合金钢中碳化物的腐蚀剂，由1.5g脂肪醇醚硫酸钠及以下体积的原料制成：

盐酸6mL、硝酸3mL、葡萄糖酸3mL、去离子水88mL。其中，盐酸的质量分数≥36％；硝酸的质量分数≥62％；葡萄糖酸的质量分数≥60％。

本实施例用于制备合金钢中碳化物的腐蚀剂的制备方法，包括以下步骤：

按配方量取上述各原料，将硝酸、盐酸、葡萄糖酸和脂肪醇醚硫酸钠依次加入去离子水中，混合均匀即可。

本实施例合金钢中碳化物的制备方法，包括以下步骤：

1)将上述腐蚀剂放入功率为1kW的DS-101S集热式恒温加热磁力搅拌器中，将腐蚀剂升温至60℃；然后将线切割得到尺寸为30×30×2mm的W6Mo5Cr4V2Al 工具钢浸入盛放上述腐蚀剂的烧杯中，在磁力搅拌条件下腐蚀5min，然后将腐蚀剂连同未腐蚀的合金钢放入超声波振荡器中以500W的功率超声振荡2min，之后取出再次放入功率为1kW的DS-101S集热式恒温加热磁力搅拌器中，升温至 60℃，腐蚀时间5min，然后超声振荡2min，取出；

2)将取出物静置30min，沉淀出碳化物；将上层不含碳化物的腐蚀剂倒出，在剩余的含有碳化物和腐蚀剂混合物中加入丙酮，在功率为500W的超声波振荡器中超声振荡，清洗至中性，取出后静置30min，后采用定性滤纸过滤，60℃烘干2min，即得。

实施例3

本实施例的用于制备合金钢中碳化物的腐蚀剂，由2g月桂醇硫酸钠及以下体积的原料制成：

盐酸12mL、硝酸5mL、葡萄糖酸3mL、蒸馏水80mL；其中，盐酸的质量分数≥36％；硝酸的质量分数≥62％；葡萄糖酸的质量分数≥60％。

本实施例用于制备合金钢中碳化物的腐蚀剂的制备方法，包括以下步骤：

按配方量取上述各原料，将硝酸、盐酸、葡萄糖酸和月桂醇硫酸钠依次加入蒸馏水中，搅拌均匀即可。

本实施例的合金钢中碳化物的制备方法，包括以下步骤：

1)将上述腐蚀剂放入功率为10kW的DS-101S集热式恒温加热磁力搅拌器中，将腐蚀剂升温至80℃；然后将线切割得到尺寸为30×30×2mm的Cr12MoV模具钢浸入盛放上述腐蚀剂的烧杯中，在磁力搅拌条件下腐蚀8min，然后将腐蚀剂连同未腐蚀的合金钢放入超声波振荡器中以5000W的功率超声振荡2min，之后取出再次放入功率为10kW的DS-101S集热式恒温加热磁力搅拌器中，升温至80℃，腐蚀时间8min，然后超声振荡2min，取出；

2)将取出物静置30min，沉淀出碳化物；将上层不含碳化物的腐蚀剂倒出，在剩余的含有碳化物和腐蚀剂混合物中加入去离子水，在功率为5000W的超声波振荡器中超声振荡，清洗至中性，取出后静置10min，后采用定性滤纸过滤， 80℃烘干1min，即得。

对实施例3所得碳化物进行TEM测试，结果分别如图4所示，图5为实施例3所得Cr₂₃C₆碳化物的TEM照片及其衍射花样标定。由图5可知该碳化物尺寸为400nm，即本发明腐蚀剂对钢基体进行腐蚀，而对钢中纳米级的小碳化物颗粒不进行腐蚀，效果良好。

实施例4

本实施例的用于制备合金钢中碳化物的腐蚀剂，由1g十二氨基苯甲酸钠及以下体积的原料制成：

盐酸6mL、硝酸1mL、葡萄糖酸1mL、去离子水92mL；其中，盐酸的质量分数≥36％；硝酸的质量分数≥62％；葡萄糖酸的质量分数≥60％。

本实施例用于制备合金钢中碳化物的腐蚀剂的制备方法，包括以下步骤：

按配方量取上述各原料，搅拌均匀即得。

本实施例合金钢中碳化物的制备方法，包括以下步骤：

1)将上述腐蚀剂放入功率为5kW的DS-101S集热式恒温加热磁力搅拌器中，将腐蚀剂升温至100℃；然后将线切割得到尺寸为30×30×2mm的4Cr5MoSiV1模具钢浸入盛放上述腐蚀剂的烧杯中，在磁力搅拌条件下腐蚀5min，然后将腐蚀剂连同未腐蚀的合金钢放入超声波振荡器中以2000W的功率超声振荡2min，之后取出再次放入功率为5kW的DS-101S集热式恒温加热磁力搅拌器中，升温至100℃，腐蚀时间5min，然后超声振荡2min，取出；

2)将取出物静置30min，沉淀出碳化物；将上层不含碳化物的腐蚀剂倒出，在剩余的含有碳化物和腐蚀剂混合物中加入中性试剂去离子水，在功率为2000W 的超声波振荡器中超声振荡，清洗至中性，取出后静置30min，重复步骤2)中加入中性试剂、超声震荡、静置步骤2次，然后采用定性滤纸过滤，常温自然干燥，即得。