本發(fā)明涉及一種表面處理技術(shù)，具體涉及一種鋼材的表面處理方法。
背景技術(shù)：
：鋼材是現(xiàn)代人們生活中必不可少的材料之一，因其自身的特性，在后續(xù)的加工使用中常常需要進(jìn)行表面處理，以改變其耐腐蝕性、涂料粘附性等性能。目前對(duì)于鋼材的傳統(tǒng)的陽(yáng)極氧化法與鉻酸鹽技術(shù)已經(jīng)較為成熟，但前者投資大、成本高；后者使用的六價(jià)鉻是致癌物，各國(guó)和地區(qū)都實(shí)施了工業(yè)廢水排放標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)格限制鉻在金屬表面處理中的使用。無(wú)鉻磷化處理技術(shù)是目前鋼材表面處理中不斷發(fā)展的技術(shù)之一，其具有環(huán)境友好，處理工藝簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)也存在著處理時(shí)間較長(zhǎng)、處理后所得磷化膜質(zhì)量不高等問題，因此仍需進(jìn)一步的優(yōu)化。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有的問題，提供了一種鋼材的表面處理方法。本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：一種鋼材的表面處理方法，包括如下步驟：（1）表面清洗：先用清水對(duì)待加工的鋼材表面進(jìn)行清洗處理，完成后瀝干表面水分后備用；（2）表面打磨：用砂紙對(duì)步驟（1）處理后的鋼材表面進(jìn)行打磨處理，完成后用清水去除表面碎屑后備用；（3）脫脂除油處理：將步驟（2）處理后的鋼材浸入到脫脂除油液中浸泡處理，30~40min后將鋼材取出備用；（4）清洗干燥：用去離子水對(duì)步驟（3）處理后的鋼材進(jìn)行清洗后，再對(duì)其干燥處理后備用；（5）磷化液配制：稱取下列重量份的物質(zhì)：4~7份磷酸二氫鈉、2~5份磷酸、0.3~0.6份酒石酸、0.3~0.6份碳酸鈉、0.2~0.4份磷酸二氫鋅、0.2~0.5份亞硝酸鈉、0.1~0.4份草酸鈦鉀、4~8份改性納米二氧化硅、130~150份水，將上述物質(zhì)共同混合后放入高速攪拌機(jī)內(nèi)，控制攪拌速度為2000~2400轉(zhuǎn)/分，攪拌1~1.5h后制得磷化液備用；所述的改性納米二氧化硅的制備方法為：a.將納米二氧化硅浸入到質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5~7%的鹽酸溶液中，以300~400轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速攪拌處理2~3min后過(guò)濾，然后用去離子水對(duì)濾出的納米二氧化硅沖洗一次后備用；b.將操作a處理后的納米二氧化硅與硅烷偶聯(lián)劑按照質(zhì)量比1：5~7的比例混合后放入反應(yīng)釜中，然后加熱控制反應(yīng)釜內(nèi)的溫度為74~78℃，同時(shí)以600~800轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速攪拌處理30~35min后過(guò)濾，濾出納米二氧化硅后備用；c.將操作b所得的納米二氧化硅與端羥基聚丁二烯丙烯腈按照重量比1：2.4~3.0進(jìn)行混合后放入反應(yīng)釜內(nèi)，再加入其總質(zhì)量4~6倍的甲苯，此時(shí)加熱保持反應(yīng)釜內(nèi)的溫度為65~70℃，并將反應(yīng)釜內(nèi)的壓力增至2.6~3.0mpa，并以700~900轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速進(jìn)行攪拌反應(yīng)，70~80min后停止，然后對(duì)混合物進(jìn)行抽濾，最后對(duì)抽濾所得的濾餅進(jìn)行去離子水清洗、干燥后即得改性納米二氧化硅；（6）鋼材表面磷化處理：將步驟（4）處理后的鋼材浸入到步驟（5）所得的磷化液中，整個(gè)浸泡處理時(shí)長(zhǎng)控制為30min，在浸泡過(guò)程中對(duì)鋼材進(jìn)行兩次特殊的處理操作，具體是在浸泡處理的第1~4min內(nèi)對(duì)磷化液施加持續(xù)3min的超聲波處理，期間控制超聲波的施加頻率為22~25khz，控制超聲波的輸出功率為120~160w，在浸泡處理的第25~30min內(nèi)將磷化液的壓力增至2.0~2.3mpa，保壓處理5min后將鋼材取出備用；（7）加熱清洗干燥處理：將步驟（6）處理后的鋼材置于溫度為90~95℃的條件下加熱處理1~2min后，再對(duì)其進(jìn)行常規(guī)的清洗、干燥處理即可。進(jìn)一步的，步驟（2）中所述的砂紙目數(shù)為320目。進(jìn)一步的，步驟（3）中所述的脫脂除油液中各物質(zhì)及其重量份為：2~5份六偏磷酸鈉、2~3份硬脂酸鉀、3~7份壬基酚聚氧乙烯醚、12~16份丙酮、130~150份水。進(jìn)一步的，步驟（6）中所述的整個(gè)浸泡處理過(guò)程中，始終保持磷化液的溫度為35~40℃。進(jìn)一步的，步驟（7）中所述的干燥處理的溫度為70~75℃。鋼材表面磷化處理工藝最終性能的好壞與磷化反應(yīng)進(jìn)程、最終成膜的質(zhì)量有關(guān)，最終成膜的質(zhì)量表現(xiàn)在其組織構(gòu)成、厚度、致密性等方面，本發(fā)明針對(duì)上述多種因素進(jìn)行了針對(duì)性的改進(jìn)處理，其中在磷化液配制過(guò)程中，合理選取了磷酸二氫鈉、磷酸、酒石酸、碳酸鈉、磷酸二氫鋅、亞硝酸鈉和草酸鈦鉀成分，可有效保證對(duì)鋼材表面的刻蝕磷化，其整體的游離酸度控制在了0.8~1.5合理的范圍中，不僅能保證磷化膜成膜的均勻性，同時(shí)又保證了磷化腐蝕反應(yīng)的速度，為了進(jìn)一步提升磷化的質(zhì)量，在磷化液中又添加了納米二氧化硅成分，添加的納米顆粒有助于磷化時(shí)磷酸鹽的成核，促進(jìn)其生成更為復(fù)雜的放射性磷化膜，增強(qiáng)了磷化膜的致密性，而為了更進(jìn)一步提升其使用效果，又對(duì)納米二氧化硅進(jìn)行了特殊的改性處理，先用鹽酸對(duì)其表面進(jìn)行輕微刻蝕，然后用硅烷偶聯(lián)劑對(duì)其表面進(jìn)行硅烷化改性，最后再在其表面接枝端羥基聚丁二烯丙烯腈，端羥基聚丁二烯丙烯腈的分子支鏈上含有大量的羥基等基團(tuán)，能與磷化膜中的氨基、鋼材表面的活性基團(tuán)發(fā)生縮合，進(jìn)一步提升了磷化膜與鋼材基體結(jié)合的緊密度，以及磷化膜本身內(nèi)部的致密度；此外在表面磷化處理過(guò)程中，本發(fā)明又對(duì)磷化工藝進(jìn)行了調(diào)整，在初始階段進(jìn)行了超聲波輻照處理，此時(shí)磷化液中正進(jìn)行磷酸鹽成核，鋼材表面成膜積累的過(guò)程，此時(shí)施加的超聲波可保證初期成膜的均勻性，同時(shí)又促進(jìn)了物質(zhì)間的反應(yīng)，為后續(xù)的成膜奠定了良好的基礎(chǔ)，但若超聲波施加時(shí)間過(guò)長(zhǎng)則易造成后期磷化膜粘附性不強(qiáng)、剝落等問題，在最后磷化處理的5min內(nèi)，提升磷化液內(nèi)部的壓力，此時(shí)磷化膜的成分、厚度等幾乎定型，此時(shí)提升壓力的操作很好的增強(qiáng)了膜整體的致密性，提升了物質(zhì)間的連接程度，進(jìn)一步提升了成膜的質(zhì)量。本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)：本發(fā)明處理方法是以鋼材自身特性為依據(jù)，通過(guò)大量的實(shí)踐優(yōu)化而成，其有效的增強(qiáng)了對(duì)鋼材表面的處理質(zhì)量，其磷化膜成膜的速度、厚度、均勻性、致密性等均有明顯的提升，最終鋼材的耐腐蝕特性得到良好加強(qiáng)，與涂料的結(jié)合粘附性亦得到較好改善，表層膜的穩(wěn)定性較高，推廣使用價(jià)值好。具體實(shí)施方式實(shí)施例1一種鋼材的表面處理方法，包括如下步驟：（1）表面清洗：先用清水對(duì)待加工的鋼材表面進(jìn)行清洗處理，完成后瀝干表面水分后備用；（2）表面打磨：用砂紙對(duì)步驟（1）處理后的鋼材表面進(jìn)行打磨處理，完成后用清水去除表面碎屑后備用；（3）脫脂除油處理：將步驟（2）處理后的鋼材浸入到脫脂除油液中浸泡處理，30min后將鋼材取出備用；（4）清洗干燥：用去離子水對(duì)步驟（3）處理后的鋼材進(jìn)行清洗后，再對(duì)其干燥處理后備用；（5）磷化液配制：稱取下列重量份的物質(zhì)：4份磷酸二氫鈉、2份磷酸、0.3份酒石酸、0.3份碳酸鈉、0.2份磷酸二氫鋅、0.2份亞硝酸鈉、0.1份草酸鈦鉀、4份改性納米二氧化硅、130份水，將上述物質(zhì)共同混合后放入高速攪拌機(jī)內(nèi)，控制攪拌速度為2000轉(zhuǎn)/分，攪拌1h后制得磷化液備用；所述的改性納米二氧化硅的制備方法為：a.將納米二氧化硅浸入到質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的鹽酸溶液中，以300轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速攪拌處理2min后過(guò)濾，然后用去離子水對(duì)濾出的納米二氧化硅沖洗一次后備用；b.將操作a處理后的納米二氧化硅與硅烷偶聯(lián)劑按照質(zhì)量比1：5的比例混合后放入反應(yīng)釜中，然后加熱控制反應(yīng)釜內(nèi)的溫度為74℃，同時(shí)以600轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速攪拌處理30min后過(guò)濾，濾出納米二氧化硅后備用；c.將操作b所得的納米二氧化硅與端羥基聚丁二烯丙烯腈按照重量比1：2.4進(jìn)行混合后放入反應(yīng)釜內(nèi)，再加入其總質(zhì)量4倍的甲苯，此時(shí)加熱保持反應(yīng)釜內(nèi)的溫度為65℃，并將反應(yīng)釜內(nèi)的壓力增至2.6mpa，并以700轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速進(jìn)行攪拌反應(yīng)，70min后停止，然后對(duì)混合物進(jìn)行抽濾，最后對(duì)抽濾所得的濾餅進(jìn)行去離子水清洗、干燥后即得改性納米二氧化硅；（6）鋼材表面磷化處理：將步驟（4）處理后的鋼材浸入到步驟（5）所得的磷化液中，整個(gè)浸泡處理時(shí)長(zhǎng)控制為30min，在浸泡過(guò)程中對(duì)鋼材進(jìn)行兩次特殊的處理操作，具體是在浸泡處理的第1~4min內(nèi)對(duì)磷化液施加持續(xù)3min的超聲波處理，期間控制超聲波的施加頻率為22khz，控制超聲波的輸出功率為120w，在浸泡處理的第25~30min內(nèi)將磷化液的壓力增至2.0mpa，保壓處理5min后將鋼材取出備用；（7）加熱清洗干燥處理：將步驟（6）處理后的鋼材置于溫度為90℃的條件下加熱處理1min后，再對(duì)其進(jìn)行常規(guī)的清洗、干燥處理即可。進(jìn)一步的，步驟（2）中所述的砂紙目數(shù)為320目。進(jìn)一步的，步驟（3）中所述的脫脂除油液中各物質(zhì)及其重量份為：2份六偏磷酸鈉、2份硬脂酸鉀、3份壬基酚聚氧乙烯醚、12份丙酮、130份水。進(jìn)一步的，步驟（6）中所述的整個(gè)浸泡處理過(guò)程中，始終保持磷化液的溫度為35℃。進(jìn)一步的，步驟（7）中所述的干燥處理的溫度為70℃。實(shí)施例2一種鋼材的表面處理方法，包括如下步驟：（1）表面清洗：先用清水對(duì)待加工的鋼材表面進(jìn)行清洗處理，完成后瀝干表面水分后備用；（2）表面打磨：用砂紙對(duì)步驟（1）處理后的鋼材表面進(jìn)行打磨處理，完成后用清水去除表面碎屑后備用；（3）脫脂除油處理：將步驟（2）處理后的鋼材浸入到脫脂除油液中浸泡處理，35min后將鋼材取出備用；（4）清洗干燥：用去離子水對(duì)步驟（3）處理后的鋼材進(jìn)行清洗后，再對(duì)其干燥處理后備用；（5）磷化液配制：稱取下列重量份的物質(zhì)：6份磷酸二氫鈉、4份磷酸、0.5份酒石酸、0.4份碳酸鈉、0.3份磷酸二氫鋅、0.4份亞硝酸鈉、0.2份草酸鈦鉀、6份改性納米二氧化硅、140份水，將上述物質(zhì)共同混合后放入高速攪拌機(jī)內(nèi)，控制攪拌速度為2200轉(zhuǎn)/分，攪拌1.3h后制得磷化液備用；所述的改性納米二氧化硅的制備方法為：a.將納米二氧化硅浸入到質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%的鹽酸溶液中，以350轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速攪拌處理2.5min后過(guò)濾，然后用去離子水對(duì)濾出的納米二氧化硅沖洗一次后備用；b.將操作a處理后的納米二氧化硅與硅烷偶聯(lián)劑按照質(zhì)量比1：6的比例混合后放入反應(yīng)釜中，然后加熱控制反應(yīng)釜內(nèi)的溫度為76℃，同時(shí)以700轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速攪拌處理33min后過(guò)濾，濾出納米二氧化硅后備用；c.將操作b所得的納米二氧化硅與端羥基聚丁二烯丙烯腈按照重量比1：2.7進(jìn)行混合后放入反應(yīng)釜內(nèi)，再加入其總質(zhì)量5倍的甲苯，此時(shí)加熱保持反應(yīng)釜內(nèi)的溫度為68℃，并將反應(yīng)釜內(nèi)的壓力增至2.8mpa，并以800轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速進(jìn)行攪拌反應(yīng)，75min后停止，然后對(duì)混合物進(jìn)行抽濾，最后對(duì)抽濾所得的濾餅進(jìn)行去離子水清洗、干燥后即得改性納米二氧化硅；（6）鋼材表面磷化處理：將步驟（4）處理后的鋼材浸入到步驟（5）所得的磷化液中，整個(gè)浸泡處理時(shí)長(zhǎng)控制為30min，在浸泡過(guò)程中對(duì)鋼材進(jìn)行兩次特殊的處理操作，具體是在浸泡處理的第1~4min內(nèi)對(duì)磷化液施加持續(xù)3min的超聲波處理，期間控制超聲波的施加頻率為24khz，控制超聲波的輸出功率為140w，在浸泡處理的第25~30min內(nèi)將磷化液的壓力增至2.2mpa，保壓處理5min后將鋼材取出備用；（7）加熱清洗干燥處理：將步驟（6）處理后的鋼材置于溫度為93℃的條件下加熱處理1.5min后，再對(duì)其進(jìn)行常規(guī)的清洗、干燥處理即可。進(jìn)一步的，步驟（2）中所述的砂紙目數(shù)為320目。進(jìn)一步的，步驟（3）中所述的脫脂除油液中各物質(zhì)及其重量份為：4份六偏磷酸鈉、2.5份硬脂酸鉀、5份壬基酚聚氧乙烯醚、14份丙酮、140份水。進(jìn)一步的，步驟（6）中所述的整個(gè)浸泡處理過(guò)程中，始終保持磷化液的溫度為38℃。進(jìn)一步的，步驟（7）中所述的干燥處理的溫度為73℃。實(shí)施例3一種鋼材的表面處理方法，包括如下步驟：（1）表面清洗：先用清水對(duì)待加工的鋼材表面進(jìn)行清洗處理，完成后瀝干表面水分后備用；（2）表面打磨：用砂紙對(duì)步驟（1）處理后的鋼材表面進(jìn)行打磨處理，完成后用清水去除表面碎屑后備用；（3）脫脂除油處理：將步驟（2）處理后的鋼材浸入到脫脂除油液中浸泡處理，40min后將鋼材取出備用；（4）清洗干燥：用去離子水對(duì)步驟（3）處理后的鋼材進(jìn)行清洗后，再對(duì)其干燥處理后備用；（5）磷化液配制：稱取下列重量份的物質(zhì)：7份磷酸二氫鈉、5份磷酸、0.6份酒石酸、0.6份碳酸鈉、0.4份磷酸二氫鋅、0.5份亞硝酸鈉、0.4份草酸鈦鉀、8份改性納米二氧化硅、150份水，將上述物質(zhì)共同混合后放入高速攪拌機(jī)內(nèi)，控制攪拌速度為2400轉(zhuǎn)/分，攪拌1.5h后制得磷化液備用；所述的改性納米二氧化硅的制備方法為：a.將納米二氧化硅浸入到質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7%的鹽酸溶液中，以400轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速攪拌處理3min后過(guò)濾，然后用去離子水對(duì)濾出的納米二氧化硅沖洗一次后備用；b.將操作a處理后的納米二氧化硅與硅烷偶聯(lián)劑按照質(zhì)量比1：7的比例混合后放入反應(yīng)釜中，然后加熱控制反應(yīng)釜內(nèi)的溫度為78℃，同時(shí)以800轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速攪拌處理35min后過(guò)濾，濾出納米二氧化硅后備用；c.將操作b所得的納米二氧化硅與端羥基聚丁二烯丙烯腈按照重量比1：3.0進(jìn)行混合后放入反應(yīng)釜內(nèi)，再加入其總質(zhì)量6倍的甲苯，此時(shí)加熱保持反應(yīng)釜內(nèi)的溫度為70℃，并將反應(yīng)釜內(nèi)的壓力增至3.0mpa，并以900轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速進(jìn)行攪拌反應(yīng)，80min后停止，然后對(duì)混合物進(jìn)行抽濾，最后對(duì)抽濾所得的濾餅進(jìn)行去離子水清洗、干燥后即得改性納米二氧化硅；（6）鋼材表面磷化處理：將步驟（4）處理后的鋼材浸入到步驟（5）所得的磷化液中，整個(gè)浸泡處理時(shí)長(zhǎng)控制為30min，在浸泡過(guò)程中對(duì)鋼材進(jìn)行兩次特殊的處理操作，具體是在浸泡處理的第1~4min內(nèi)對(duì)磷化液施加持續(xù)3min的超聲波處理，期間控制超聲波的施加頻率為25khz，控制超聲波的輸出功率為160w，在浸泡處理的第25~30min內(nèi)將磷化液的壓力增至2.3mpa，保壓處理5min后將鋼材取出備用；（7）加熱清洗干燥處理：將步驟（6）處理后的鋼材置于溫度為95℃的條件下加熱處理2min后，再對(duì)其進(jìn)行常規(guī)的清洗、干燥處理即可。進(jìn)一步的，步驟（2）中所述的砂紙目數(shù)為320目。進(jìn)一步的，步驟（3）中所述的脫脂除油液中各物質(zhì)及其重量份為：5份六偏磷酸鈉、3份硬脂酸鉀、7份壬基酚聚氧乙烯醚、16份丙酮、150份水。進(jìn)一步的，步驟（6）中所述的整個(gè)浸泡處理過(guò)程中，始終保持磷化液的溫度為40℃。進(jìn)一步的，步驟（7）中所述的干燥處理的溫度為75℃。對(duì)比實(shí)施例1本對(duì)比實(shí)施例1與實(shí)施例2相比，在步驟（5）磷化液配制中，用等質(zhì)量份的普通納米二氧化硅取代改性納米二氧化硅，除此外的方法步驟均相同。對(duì)比實(shí)施例2本對(duì)比實(shí)施例2與實(shí)施例2相比，在步驟（6）鋼材表面磷化處理中，全程不進(jìn)行超聲波處理操作，除此外的方法步驟均相同。對(duì)比實(shí)施例3本對(duì)比實(shí)施例3與實(shí)施例2相比，在步驟（6）鋼材表面磷化處理中，省去后期的對(duì)磷化液進(jìn)行增壓處理的操作，除此外的方法步驟均相同。對(duì)照組現(xiàn)有常規(guī)的鋼材表面磷化處理方法。為了對(duì)比本發(fā)明效果，選用45號(hào)鋼材作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，先將所述鋼材制成規(guī)格為50mm×15mm×3mm的試樣，之后選用上述實(shí)施例2、對(duì)比實(shí)施例1、對(duì)比實(shí)施例2、對(duì)比實(shí)施例3、對(duì)照組的方法對(duì)試樣進(jìn)行表面處理，之后再對(duì)處理后的試樣進(jìn)行品質(zhì)實(shí)驗(yàn)檢測(cè)，具體對(duì)比數(shù)據(jù)如下表1所示：表1自腐蝕電位ecorr（v）自腐蝕電流密度icorr（a/cm2）實(shí)施例2-0.9740.023對(duì)比實(shí)施例1-1.4220.505對(duì)比實(shí)施例2-1.2180.286對(duì)比實(shí)施例3-1.1400.174對(duì)照組-1.6030.615注：上表1中所述的自腐蝕電位和自腐蝕電流密度是通過(guò)電化學(xué)測(cè)試而得，具體方式是將對(duì)應(yīng)處理后的鋼材作為工作電極，以鉑電極作為輔助電極，以氧化汞電極和飽和甘汞電極作為參比電極，電解溶液為質(zhì)量分?jǐn)?shù)3.5%的nacl溶液，測(cè)量不同鋼材電極試樣的塔菲爾曲線，控制測(cè)試電位的掃面范圍是開路電位±1.5v，掃描頻率設(shè)置為0.5mv/s，由此得出自腐蝕電位和自腐蝕電流密度。由上表1可以看出，本發(fā)明處理后的鋼材的自腐蝕電位和自腐蝕電流密度均有較大程度的下降，而自腐蝕電位和自腐蝕電流密度的降低表現(xiàn)出其抗腐蝕性的提升，也即本發(fā)明處理后的鋼材的防腐性能得到有效增強(qiáng)，表面磷化處理效果較好，使用性能較高。當(dāng)前第1頁(yè)12