[发明专利]钢的抗腐蚀及氧化着色复合表面处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种钢的抗腐蚀及氧化着色复合表面处理方法，属金属材料表面处理技术领域。

背景技术

钢铁材料或钢铁零部件表面的改性处理有多种方法，其目的主要是为了提高钢铁材料的耐磨性和耐蚀性。常用的处理技术有：发蓝、磷化、表面镀铬法、盐浴氮化或氮碳共渗法、气体渗氮法等。发蓝、磷化等属于传统的表面处理技术，主要靠氧化形成的多孔Fe₃O₄膜来提供抗腐蚀及耐磨性能，但其对钢铁性能的提高有限，不能满足人们对钢铁性能日益提高的要求。镀铬法分为镀硬铬和装饰镀铬法两种，镀硬铬法主要是用来提高零件的耐磨性，而装饰镀铬则是为了获得外型美观、耐蚀性能优良的钢铁零件，是目前广泛应用的表面处理技术。目前常用的镀铬工艺都使用Cr⁶⁺进行电镀，而含Cr⁶⁺的废液、废气、废渣均属于高毒性、可致癌物质，将给环境带来严重污染。在美国、加拿大、欧盟等发达国家现已明文规定禁止使用Cr⁶⁺，而我国也在推行“中国ROHS”计划，限制Cr⁶⁺的使用。

盐浴氮化及气体氮化或氮碳共渗法的原理都是通过化学热处理的方法，在钢铁表面形成一层厚约10～50微米的氮化或氮碳共渗物或碳氮化或氮碳共渗合物(俗称白亮层)，经过处理后的表面具有硬度高、疲劳性能和耐蚀性能优异、形变小的优点。同时，盐浴氮化和气体氮化或氮碳共渗法主要使用尿素、氨气、氮气、乙醇等低污染物质，其在生产过程产生的废料如碳酸钠、氨气等对环境的污染也很低。

两者相比，盐浴氮化具有生产效率高、工艺流程短、质量稳定、成本低的优势，但其工作环境相对恶劣，由于使用了氰酸钠等有毒物质，盐浴氮化法对环境的污染比气体氮化或氮碳共渗法要高，同时盐浴氮化法获得的白亮层通常在15～25微米之间，厚度再大的话性能无法保证。而气体氮化或氮碳共渗法由于只使用氮气、氨气等气体，其生产过程对环境几乎没有影响，同时用气体氮化或氮碳共渗法可以获得更厚的白亮层，满足更高性能的需求，但其工艺流程比盐浴氮化或氮碳共渗长，渗层厚度的均匀性亦不如前者。目前，这两种工艺在国内均以得到广泛应用，对其工艺技术的进一步开发也是当前的热点。

盐浴氮化或氮碳共渗法及气体氮化或氮碳共渗法虽然可以获得优异的耐磨及抗腐蚀性能，但是其处理后的表面颜色单一，装饰性差，同时产品的抗腐蚀性能也需要进一步提高，这是制约其大规模应用的主要原因之一。

发明内容

本发明的目的是提出一种钢的抗腐蚀及氧化着色复合表面处理方法，以用于对普通碳钢或合金钢进行着色，降低材料成本，并增加产品着色性能。

本发明提出的钢的抗腐蚀及氧化着色复合表面处理方法，包括以下步骤：

(1)除锈和抛光：将金属坯料浸入一定浓度的稀盐酸溶液中，浸泡5～10分钟，或使用砂轮、砂带清除表面的锈斑，使表面粗糙度小于Ra3.2；将上述处理过的坯料进行抛光，使粗糙度小于Ra0.8；

(2)预氧化：将上述处理好的坯料在320～380℃下预热10-30分钟；

(3)氮碳共渗：将上述预热的坯料放入盐浴炉中反应，温度为560～580℃，反应时间为1.5～2小时，反应结束后用水冷却，然后用水温为40～80℃的温水对坯料进行清洗，洗去表面残留的共渗盐；

或气体氮化：将上述预热的坯料放入气氛炉中反应，反应气氛由氨气及乙醇构成，氨气流量为0.6～1.6立方米/小时，乙醇滴量为80滴/分钟，反应温度为550～650℃，反应时间为0.6～4小时，反应结束后用水冷却；

(4)精抛：将上述共渗处理的坯料振动抛光5～10分钟，用麻轮和布轮先后抛光，使表面粗糙度小于Ra0.4，然后清除表面的抛光蜡或油脂；

(5)氧化着色：将上述抛光后的坯料放入回火气氛中，在氮气和氧气的混合气体中，200～450℃反应5～10分钟，氮气和氧气的混合体积比为：氮气∶氧气＝0～10∶1；

或将上述抛光后的坯料浸入氢氧化钠及亚硝酸钠的水溶液中反应，水溶液的浓度为：每1000克水中含有100～700克氢氧化钠和100～250克亚硝酸钠，100～200℃，反应5～120分钟：

(6)封闭处理：将上述氧化着色后的坯料放入pH值为7～8.5、温度为80～90℃、容积浓度为30～50克/升的肥皂水中皂化5～10分钟，封闭着色的坯料表面。

本发明提出的钢的抗腐蚀及氧化着色复合表面处理方法，其优点是：

1、利用本发明方法对钢的表面进行着色处理后，钢表面的复合膜具有良好的耐磨性和抗腐蚀性能；