專利名稱：一種基于納米技術在低碳鋼表面制備不銹鋼涂層的方法
技術領域：
本發明涉及一種基于納米技術在低碳鋼表面制備不銹鋼涂層的方法，屬于納米技術及金屬表面處理技術領域。
背景技術：
納米技術是近年來發展起來的材料改性的新方法。自20世紀80年代提出納米技術的概念，現已廣泛應用于納米材料的制備以及材料的改性。大約在20世紀90年代就有人開始利用納米技術對金屬表面改性，然而當時只是在其表面制備了一些Ti02、Al2O3和SiO2單一涂層，并對它們的應用進行了廣泛的研究，結果被證實這些涂層具有良好的抗高溫、耐腐蝕的能力，但是仍然具有一定的局限性，主要表現在氧化物薄膜連續性和致密性不夠，材料的耐腐蝕性能也較差，且熱穩定性不足。為了提高這些性能，人們就開始了多組分薄膜的制備，甚至在金屬表面利用粉末冶金技術進行表面合金化。納米科學是20世紀80年代末誕生并正在迅猛發展的前沿性、交叉性的高科技新興學科領域。納米尺寸的金屬顆粒由于具有小尺寸效應、量子尺子效應、表面效應和宏觀量子隧道效應等特殊的性質，因而具有不同于相應塊體材料的光學、電磁學及化學性能，與常規材料相比，它在材料科學、信息科學、催化及生命科學等領域具有無可比擬的優越性，在實際應用和理論上都具有極大的研究價值。此外，隨著技術的不斷發展，納米粉體及納米薄膜的制備、研究及應用也越來越廣泛。金屬表面合金化就是利用各種手段在金屬表面生成一種成分、性能不同于基體金屬的合金層，使得材料的硬度、耐磨性、耐腐蝕性能和抗高溫氧化性能提高，這是一種重要的提高金屬機械性能的方法?；谇叭说难芯砍晒?，本發明綜合了納米制備方法、金屬涂層的表面處理技術及鋼板表面合金化等熱點研究領域。通過機械研磨法和超聲處理等技術相結合制備納米Fe2O3-Cr-Ni2O3粉 體，在氬氣環境中將制得的納米粉體均勻地噴涂于處理好的低碳鋼表面，并在管式電阻爐中全H2氣氛下進行熱處理。在高溫H2還原氣氛下，納米Fe2O3和納米Ni2O3被H2還原生成具有較高的活性的Fe原子和Ni原子。它們部分與納米Cr發生反應在金屬表面生成新Fe-Cr-Ni相，即為不銹鋼涂層。運用納米技術得到的不銹鋼涂層致密度和均勻性都很高，顯著提高了低碳鋼的耐腐蝕性能，甚至優于一般的不銹鋼；而另一部分被還原出的Fe原子、Ni原子溶入基體中，增強了不銹鋼涂層與基體的結合力，從而對低碳鋼表面進行了改性。

發明內容
針對現有技術存在的缺陷，本發明的目的是提出一種基于納米技術在低碳鋼表面制備不銹鋼涂層的方法，是一種納米粉末在該高溫H2氣氛下熱處理獲得結構致密均勻、耐腐蝕性強的不銹鋼涂層的制備方法。既保證了材料具有低碳鋼的強度又保證材料具備了不銹鋼的耐腐蝕性能，這有效解決了低碳鋼在使用過程中因大量被腐蝕而導致材料失效的問題。
為達到上述目的，本發明采用如下技術方案:
一種基于納米技術在低碳鋼表面制備不銹鋼涂層的方法，具有以下的制備過程和步
驟:
a.將低碳鋼板欲處理的工作面經金相砂紙打磨，然后用無水乙醇、丙酮和去離子水依次超聲清洗，干燥后備用；
b.納米粉體的制備:將市售Cr粉與分析純Fe2O3粉末、分析純Ni2O3粉末按一定摩爾比均勻混合后放入真空球磨罐中，加入一定量的無水乙醇控制一定的液固比，球磨罐內采用氬氣保護，用高能球磨機球磨18小時；制備工藝參數如下:
Cr粉2 3g ；Fe203粉末10 12g ；Ni203粉末I 2g ;乙醇:粉體的質量比為80:15 ；
球磨后將溶液真空干燥，得到納米Fe2O3-Cr-Ni2O3粉體；
c.在氬氣環境中將制得的納米Fe2O3-Cr-Ni2O3粉體均勻地噴涂于處理好的低碳鋼表面，自然干燥后，在管式電阻爐中全H2氣氛下進行熱處理，其工藝參數如下:
熱處理溫度:800°C ~1200°C ；
升溫梯度:10°c /min ；
熱處理時間:2tT6h ；
升溫梯度:隨爐冷卻；
H2 氣流量:180mL/min。與現有技術相比，本發明具有如下的突出的實質性特點和顯著的優點:
本發明基于納米技術在低碳鋼表面制備不銹鋼涂層，在高溫H2還原氣氛下，納米Fe2O3和納米Ni2O3被H2還原生成具有較高的活性的Fe原子和Ni原子。它們部分與納米Cr發生反應在金屬表面生成新Fe-Cr-Ni相，即為不銹鋼涂層，該不銹鋼涂層致密度和均勻性都很高，顯著提高了低碳鋼的耐腐蝕性能，甚至優于一般的不銹鋼；而另一部分被還原出的Fe原子、Ni原子溶入基體中，增強了不銹鋼涂層與基體的結合力，從而對低碳鋼表面進行了改性。制得的這種特殊材料既具有低碳鋼的強度又具備了不銹鋼的耐腐蝕性能，這有效解決了低碳鋼在使用過程中因大量被腐蝕而導致材料失效的問題。
具體實施例方式本發明的具體實施例敘述于下:
實施例1
取低碳鋼板IOX IOX 1.6mm若干片，將其工作面用金相砂紙打磨，經無水乙醇、丙酮和去離子水依次清洗數分鐘后，干燥，放置于干燥箱中備用。在無水乙醇介質中，加入Cr粉2g、Fe2O3粉末10g、Ni2O3粉末lg，調整液固比為80:15,配料完成后裝入真空罐中，注入氬氣，在高能球磨機上球磨18h，制得納米Fe2O3-Cr-Ni2O3粉體。超聲分散IOmin后均勻噴涂到低碳鋼板工作表面，真空干燥，然后于管式電阻爐中全4氣氛下進行熱處理，其熱處理工藝參數為:溫度為800°C，升溫速率為IO0C /min，保溫時間為2h，降溫梯度為爐冷。H2氣流量為180mL/min。將表面獲得不銹鋼涂層的低碳鋼進行力學性能及耐蝕性測試。實施例2
按照實施例1的方法制備冷軋低碳鋼板樣品。
在無水乙醇介質中，加入Cr粉3g、Fe2O3粉末12g、Ni2O3粉末2g，調整液固比為80:15,配料完成后裝入真空罐中，注入氬氣，在高能球磨機上球磨18h，制得納米Fe2O3-Cr-Ni2O3粉體。超聲分散IOmin后均勻噴涂到低碳鋼板工作表面，真空干燥，然后于管式電阻爐中全4氣氛下進行熱處理，其熱處理工藝參數為:溫度為800°C，升溫速率為IO0C /min，保溫時間為2h，降溫梯度為爐冷。H2氣流量為180mL/min。將表面獲得不銹鋼涂層的低碳鋼進行力學性能及耐蝕性測試。實施例3
按照實施例1的方法制備冷軋低碳鋼板樣品。在無水乙醇介質中，加入Cr粉2g、Fe2O3粉末10g、Ni2O3粉末lg，調整液固比為80:15,配料完成后裝入真空罐中，注入氬氣，在高能球磨機上球磨18h，制得納米Fe2O3-Cr-Ni2O3粉體。超聲分散IOmin后均勻噴涂到低碳鋼板工作表面，真空干燥，然后于管式電阻爐中全4氣氛下進行熱處理，其熱處理工藝參數為:溫度為1200°C，升溫速率為IO0C /min，保溫時間為2h，降溫梯度為爐冷。H2氣流量為180mL/min。將表面獲得不銹鋼涂層的低碳鋼進行力學性能及耐蝕性測試。實施例4
按照實施例1的方法制備冷軋低碳鋼板樣品。在無水乙醇介質中，加入Cr粉3g、Fe2O3粉末12g、Ni2O3粉末2g，調整液固比為80:15,配料完成后裝入真空罐中，注入氬氣，在高能球磨機上球磨18h，制得納米Fe2O3-Cr-Ni2O3粉體。超聲分散IOmin后均勻噴涂到低碳鋼板工作表面，真空干燥，然后于管式電阻爐中全4氣氛下進行熱處理，其熱處理工藝參數為:溫度為1200°C，升溫速率為IO0C /min，保溫時間為6h，降溫`梯度為爐冷。H2氣流量為180mL/min。將表面獲得不銹鋼涂層的低碳鋼進行力學性能及耐蝕性測試。實施例5
按照實施例1的方法制備冷軋低碳鋼板樣品。在無水乙醇介質中，加入Cr粉2.2g、Fe2O3粉末11.2g、Ni2O3粉末1.6g，調整液固比為80:15,配料完成后裝入真空罐中，注入氬氣，在高能球磨機上球磨18h，制得納米Fe2O3-Cr-Ni2O3粉體。超聲分散IOmin后均勻噴涂到低碳鋼板工作表面，真空干燥，然后于管式電阻爐中全4氣氛下進行熱處理，其熱處理工藝參數為:溫度為800°C，升溫速率為IO0C /min，保溫時間為2h，降溫梯度為爐冷。H2氣流量為180mL/min。將表面獲得不銹鋼涂層的低碳鋼進行力學性能及耐蝕性測試。實施例6
按照實施例1的方法制備冷軋低碳鋼板樣品。在無水乙醇介質中，加入Cr粉2.2g、Fe2O3粉末11.2g、Ni2O3粉末1.6g，調整液固比為80:15,配料完成后裝入真空罐中，注入氬氣，在高能球磨機上球磨18h，制得納米Fe2O3-Cr-Ni2O3粉體。超聲分散IOmin后均勻噴涂到低碳鋼板工作表面，真空干燥，然后于管式電阻爐中全4氣氛下進行熱處理，其熱處理工藝參數為:溫度為1200°C，升溫速率為IO0C /min，保溫時間為6h，降溫梯度為爐冷。H2氣流量為180mL/min。將表面獲得不銹鋼涂層的低碳鋼進行力學性能及耐蝕性測試。對不銹鋼涂層進行電學性能測試，結果列于表I中。
權利要求
1.一種基于納米技術在低碳鋼表面制備不銹鋼涂層的方法，其特征在于，具有以下的制備過程和步驟 a.將低碳鋼板欲處理的工作面經金相砂紙打磨，然后用無水乙醇、丙酮和去離子水依次超聲清洗，干燥后備用； b.納米粉體的制備將市售Cr粉與分析純Fe2O3粉末、分析純Ni2O3粉末按一定摩爾比均勻混合后放入真空球磨罐中，加入一定量的無水乙醇控制一定的液固比，球磨罐內采用氬氣保護，用高能球磨機球磨18小時；制備工藝參數如下 Cr粉2 3g ；Fe203粉末10 12g ；Ni203粉末I 2g ;乙醇粉體的質量比為80 15 ； 球磨后將溶液真空干燥，得到納米Fe2O3-Cr-Ni2O3粉體； c.在氬氣環境中將制得的納米Fe2O3-Cr-Ni2O3粉體均勻地噴涂于處理好的低碳鋼表面，自然干燥后，在管式電阻爐中全H2氣氛下進行熱處理，其工藝參數如下 熱處理溫度800°C ^1200°C ； 升溫梯度10°c /min ； 熱處理時間2tT6h ； 升溫梯度隨爐冷卻； H2 氣流量180mL/min。
全文摘要
本發明涉及基于納米技術在低碳鋼表面制備不銹鋼涂層的方法，綜合了金屬涂層的表面處理技術、納米制備方法及鋼板表面合金化等熱點研究領域。通過機械研磨法制備納米Fe2O3-Cr-Ni2O3粉體，在氬氣環境中將制得的納米粉體均勻地噴涂于處理好的低碳鋼表面，并在全H2氣氛下進行熱處理。在高溫H2氣氛下，納米Fe2O3和納米Ni2O3被H2還原生成具有較高的活性的Fe、Ni原子。它們與納米Cr發生反應在金屬表面生成新Fe-Cr-Ni相，即為不銹鋼涂層。運用納米技術得到的不銹鋼涂層致密度和均勻性都很高，顯著提高了低碳鋼的耐腐蝕性能。本發明得到的這種特殊材料既具有低碳鋼的強度又具備了不銹鋼的耐腐蝕性能，這有效解決了低碳鋼在使用過程中因大量被腐蝕而導致材料失效的問題。
文檔編號C23C24/00GK103255409SQ20131017352
公開日2013年8月21日 申請日期2013年5月13日 優先權日2013年5月13日
發明者鐘慶東, 郁利彬, 鐘齊軍, 周瓊宇, 勒霞文 申請人:上海大學