[发明专利]一种提高碳钢耐蚀性的表面处理方法

说明书

本发明提供了一种提高碳钢耐蚀性的表面处理方法，属于材料表面处理技术领域。该方法通过直接在碳钢表面制备缓蚀性阴离子插层的铁基水滑石膜层，不但可以提高碳钢耐蚀性，而且可以增加碳钢表面涂敷有机涂层的结合力，增强碳钢长效防腐蚀性能。该表面处理方法主要包括以下步骤：a）碳钢表面预处理；b）碳钢表面制备铁基水滑石膜层；c）将步骤b）得到的铁基水滑石膜层进行缓蚀性阴离子交换制备缓蚀性阴离子插层的铁基水滑石膜层。本发明采用的方法操作简单，成本低，性能稳定，具有很强的实际应用价值。

技术领域

本发明属于材料表面处理技术领域，涉及一种提高碳钢耐蚀性的表面处理方法，具体涉及一种碳钢表面制备缓蚀性阴离子插层铁基水滑石膜层的表面处理方法。

背景技术

碳钢由于生产工艺简单，价格低廉，且具有优异的力学性能，广泛的应用于各行各业之中。但是，碳钢的耐蚀性能较差，制约了其在含氯离子等腐蚀环境中的应用。当碳钢与空气中的水和CO₂等介质接触，腐蚀将不可避免的发生，这不仅造成资源、能源的浪费，还可能会造成严重的安全事故。人们通过各种表面处理技术，如化学钝化、磷化、热浸镀锌、热喷涂涂层、电镀、渗碳渗氮、有机涂层等多种技术提高碳钢的耐蚀性。

现有技术中，申请号为02149223.9的中国专利文献报道了一种碳钢管道的防腐方法，在碳钢连接处用不锈钢作为过渡，并将管道加热至220-230℃，在管壁上涂覆一层环氧树脂用以提高碳钢管道的耐蚀性。申请号为201610168787.1的中国专利文献报道了一种在碳钢表面滴加0.2-0.3 mol/L^-1 的ZnSO₄溶液后，将其置于马沸炉中升温至230-280℃，保温30-80min的高温渗锌方法，改变了碳钢表面的元素组成，从而提高碳钢的耐蚀性能。以上这些技术都需要在高温条件处理，存在高能耗、污染环境、操作复杂、成本较高等问题，且耐蚀性及其与有机涂层配合使用结合力等性能有待进一步加强。

水滑石（LDHs）薄膜作为一种材料表面防护性膜层，由于其组成和结构可调性，层间阴离子的交换性能使其在金属防腐蚀表面处理领域获得广泛关注。申请号为201310368527.5的中国专利公布了一种水热法在镁合金表面制备缓蚀性阴离子插层水滑石薄膜的方法，通过预制复合金属氧化物前驱体LDHs溶胶，将镁合金置于该溶胶中经过120-160℃水热处理12~72小时，可以在镁合金表面制得缓蚀性阴离子插层水滑石薄膜。申请号为201810854924.6的中国专利公布了一种在镁\镁合金表面制备水滑石-氧化铝复合涂层的方法，通过100-150℃水热处理12~60小时制备碳酸根水滑石薄膜，然后经表面活化后，利用原子层沉积技术在水滑石表面沉积氧化铝涂层。

上述通过水热法制备的水滑石膜层，可以有效提高镁合金的耐蚀性能。但目前公开的报道，该类水滑石膜层表面处理方法只限于镁合金、铝合金等轻合金，在碳钢等钢铁材料表面制备具有防腐蚀性能的水滑石膜层较困难。而且，通常在金属表面制备水滑石膜层都需要经过高温水热处理，需要在高压反应釜中进行处理，不利于大规模应用。对于钢铁结构材料，需要研究开发在低温可大规模使用的防腐蚀表面处理技术。

发明内容

本发明旨在提供一种在低温下通过简单的循环浸泡处理，直接在碳钢表面制备缓蚀性阴离子插层铁基水滑石膜层，用于提高碳钢耐腐蚀性及其与有机涂层的结合力，同时操作简单、成本低，可以在碳钢材料表面处理领域实现大规模工业化应用。

本发明直接在碳钢表面制备缓蚀性阴离子插层铁基水滑石膜层的处理方法包括以下步骤：

a）碳钢样品表面进行预处理的步骤；

b）碳钢样品表面经过在可溶性二价金属盐水溶液的浸泡，直接制备铁基水滑石膜层的步骤；

c）将步骤b）中得到铁基水滑石膜层置于缓蚀剂水溶液中，进行缓蚀性阴离子交换，以制备缓蚀性阴离子插层铁基水滑石膜层的步骤；