本發(fā)明涉及材料表面改性領域，特別是涉及一種碳鋼管材耐腐蝕涂層的制備方法。

背景技術：

1、碳鋼在實際應用過程中，特別是在接觸含氯離子介質(zhì)(如海水)時，極易銹蝕、產(chǎn)生嚴重的腐蝕問題，損害結(jié)構完整性并且?guī)順O大的安全風險。具體而言，碳鋼在潮濕的環(huán)境下，表面極易生成水膜形成原電池，溶解氧和表面鐵元素就會生成氫氧根離子和亞鐵離子，二者結(jié)合形成氫氧化鐵而進一步生成鐵銹(主要成分為fe2o3·nh2o或feo·fe2o3·nh2o)，這層鐵銹疏松多孔，非但不能保護金屬內(nèi)部反而會成為腐蝕介質(zhì)的通道，加速腐蝕；而在高氯環(huán)境下，氯離子一方面作為電解質(zhì)加速電化學反應，另一方面也會和水共同作用在鋼材內(nèi)部，引發(fā)氫脆現(xiàn)象，導致鋼材發(fā)生脆性破裂，此外，氯離子的存在顯著降低碳鋼的點蝕電位，大大促進了點蝕誘發(fā)及初期發(fā)展、極易在管材的管壁上形成穿孔，導致管材破裂失效和儀器故障。隨著腐蝕的深入，碳鋼管材的力學性能也會受到影響，潮濕和高氯的環(huán)境會導致材料的脆化和強度降低，最終導致碳鋼管材的提前失效。

2、現(xiàn)有技術中制造碳鋼管材的耐腐蝕涂層需要大量的能量輸入和昂貴的強化材料，碳鋼管材的耐腐蝕涂層在富氯環(huán)境中提供的耐腐蝕性不足，碳鋼管材的耐腐蝕涂層表面往往缺乏強度和耐久性，從而限制了它們的防腐能力。

3、因此，急需發(fā)展一種碳鋼管材耐腐蝕涂層的制備方法。

技術實現(xiàn)思路

1、為解決上述技術問題，本發(fā)明所采用的技術方案是：

2、一種碳鋼管材耐腐蝕涂層的制備方法，包括以下步驟：

3、(1)依次用180目、500目、800目和1200目金相砂紙打磨需要制備涂層的碳鋼管材；

4、(2)使用電子天平稱取14-16g偏鋁酸鈉粉末、3-5g磷酸二氫鈉顆粒、3-5g碳酸鈉粉末和3-5g四硼酸鈉粉末，并將其溶解在去離子水中；然后將碳鋼管材放入平底容器中，倒入配制好的溶液直至液面沒過碳鋼上表面2-4mm；

5、(3)調(diào)整脈沖激光束調(diào)制設備參數(shù)：功率為80-90w，脈寬為200-220ns，頻率為500-510khz,移動速度為100-110mm/min，調(diào)整激光輸出裝置與碳鋼管材的距離至最佳焦距并來回掃描10-15次；

6、(4)激光處理結(jié)束后，在配制溶液中冷卻1-2h，冷卻結(jié)束后從溶液中取出并在室溫中晾干24-30h。

7、優(yōu)選的，步驟(2)中，所述配制溶液中偏鋁酸鈉濃度為15g/l。

8、優(yōu)選的，步驟(2)中，所述配制溶液中磷酸二氫鈉濃度為3g/l。

9、優(yōu)選的，步驟(2)中，所述配制溶液中碳酸鈉濃度為3g/l。

10、優(yōu)選的，步驟(2)中，所述配制溶液中四硼酸鈉濃度為3g/l。

11、優(yōu)選的，步驟(2)配制溶液沒過碳鋼管材上表面2mm。

12、進一步的，激光輸出裝置最佳焦距為26cm。

13、進一步的，步驟(3)中，調(diào)整脈沖激光束調(diào)制設備參數(shù)：功率為80w，脈寬為220ns，頻率為500khz,移動速度為100mm/min，調(diào)整激光輸出裝置與碳鋼管材的距離至最佳焦距并來回掃描10次。

14、進一步的，步驟(4)中，激光處理結(jié)束后，在配制溶液中冷卻1h，冷卻結(jié)束后從溶液中取出并在室溫中晾干24h。

15、由于采用了上述技術方案，本發(fā)明相對現(xiàn)有技術來說，取得的技術進步是：

16、1、本發(fā)明采用弱堿性電解質(zhì)體系(naalo2、nah2po4、naco2、na2b4o7)進行表面改性，與現(xiàn)有技術中常用的酸性或強堿性電解質(zhì)體系相比，具有環(huán)保性高、不產(chǎn)生有害廢液、減少污染物排放的顯著優(yōu)勢。

17、2、本發(fā)明通過納秒脈沖激光代替?zhèn)鹘y(tǒng)的高電壓放電技術(如mao中的400-800v高壓)，能顯著降低能耗，同時提升加工效率，節(jié)約能源。

18、3、本發(fā)明生成的al2o3氧化層致密、均勻且穩(wěn)定，顯著提升了碳鋼表面的耐腐蝕性能和機械強度，特別是在高氯環(huán)境中，展現(xiàn)出優(yōu)異的抗腐蝕效果。

19、4、本發(fā)明在常壓或低壓條件下即可實現(xiàn)，無需高電壓放電設備，也無需額外配備冷卻系統(tǒng)，從而顯著降低了設備成本和整體工藝成本。

20、5、本發(fā)明通過激光加工實現(xiàn)了碳鋼表面晶粒細化和機械強度優(yōu)化，提高了表面的耐腐蝕性和硬度，并增強了涂層的密度和均勻性。

21、6、本發(fā)明工藝簡單，適用于多種碳鋼材料，尤其對碳鋼基材的改性效果尤為顯著，可廣泛應用于船舶、建筑、汽車等工業(yè)領域。

22、7、本發(fā)明采用的電解質(zhì)原料naalo2、nah2po4、naco2、na2b4o7廉價易得，工藝流程簡單，顯著降低了生產(chǎn)成本，具備大規(guī)模工業(yè)化應用的潛力。

技術特征：

1.一種碳鋼管材耐腐蝕涂層的制備方法，其特征在于：包括以下步驟：

2.如權利要求1所述的碳鋼管材耐腐蝕涂層的制備方法，其特征在于：步驟(2)中，配制溶液中各成分濃度分別為偏鋁酸鈉15g/l、磷酸二氫鈉3g/l、碳酸鈉3g/l和四硼酸鈉3g/l。

3.如權利要求1所述的碳鋼管材耐腐蝕涂層的制備方法，其特征在于：步驟(2)配制溶液沒過碳鋼管材上表面2mm。

4.如權利要求1所述的碳鋼管材耐腐蝕涂層的制備方法，其特征在于：步驟(3)中，調(diào)整脈沖激光束調(diào)制設備參數(shù)：功率為80w，脈寬為220ns，頻率為500khz,移動速度為100mm/min，調(diào)整激光輸出裝置與碳鋼管材的距離至最佳焦距并來回掃描10次。

5.如權利要求4所述的碳鋼管材耐腐蝕涂層的制備方法，其特征在于：步驟(4)中，激光處理結(jié)束后，在配制溶液中冷卻1h，冷卻結(jié)束后從溶液中取出并在室溫中晾干24h。

技術總結(jié)
本發(fā)明公開了一種碳鋼管材耐腐蝕涂層的制備方法，本發(fā)明采用偏鋁酸鈉(NaAlO<subgt;2</subgt;)、磷酸二氫鈉(NaH<subgt;2</subgt;PO<subgt;4</subgt;)、碳酸鈉(NaCO<subgt;2</subgt;)和四硼酸鈉(Na<subgt;2</subgt;B<subgt;4</subgt;O<subgt;7</subgt;)水溶液電解液體系進行表面改性，與現(xiàn)有技術中常用的酸性或強堿性電解質(zhì)體系相比，具有環(huán)保性高、不產(chǎn)生有害廢液、減少污染物排放的顯著優(yōu)勢。本發(fā)明通過納秒脈沖激光代替?zhèn)鹘y(tǒng)的高電壓放電技術(如MAO中的400?800V高壓)，能顯著降低能耗，同時提升加工效率，節(jié)約能源。本發(fā)明在碳鋼表面生成了致密、均勻且穩(wěn)定的Al<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;氧化層，顯著提升了表面的耐腐蝕性能和機械強度，特別是在高氯環(huán)境中，展現(xiàn)出優(yōu)異的抗腐蝕效果。

技術研發(fā)人員：馮宗建,陳華林,黃一維
受保護的技術使用者：廣西壯族自治區(qū)特種設備檢驗研究院
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/5/8