一種重防腐螺栓的表面處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及重防腐處理工藝技術(shù)領(lǐng)域，具體指一種重防腐螺栓的表面處理方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在日常生活和工業(yè)生產(chǎn)制造中，螺栓是必不可少的機(jī)械零件，其被稱為工業(yè)之米， 廣泛應(yīng)用于電子產(chǎn)品、機(jī)械產(chǎn)品、數(shù)碼產(chǎn)品、電力設(shè)備、機(jī)電產(chǎn)品，船舶、車輛、水利工程，甚 至化學(xué)實(shí)驗(yàn)上中。螺栓在使用過程中，常因螺栓表面的腐蝕、摩擦、磨損等問題而導(dǎo)致失效 或破壞，從而影響螺栓的使用壽命，甚至帶來更嚴(yán)重的安全隱患。尤其是在環(huán)境條件比較苛 刻的場(chǎng)合，對(duì)螺栓的防護(hù)提出了更高的要求。
[0003] 傳統(tǒng)的表面防護(hù)技術(shù)是在工件表面利用電鍍、化學(xué)鍍方法鍍覆防護(hù)薄膜，但是所 得到的薄膜與工件基體結(jié)合較差，并且鍍覆過程中產(chǎn)生的廢液會(huì)對(duì)造成環(huán)境嚴(yán)重污染。磁 控濺射是一種環(huán)境友好的物理氣相沉積技術(shù)，是極具發(fā)展前景的薄膜制備方法之一，該技 術(shù)日益廣泛應(yīng)用于工件基體表面防護(hù)膜的制備領(lǐng)域中。利用磁控濺射技術(shù)制備的薄膜具有 以下優(yōu)勢(shì)：（1)無污染；（2)沉積得到的薄膜表面平整致密，厚度均勻、可控性好；(3)薄膜 與基體結(jié)合強(qiáng)度高。但是，由于受磁控濺射沉積過程中的陰影效應(yīng)和低原子迀移能力限制， 磁控濺射沉積得到的薄膜常為具有較多晶間孔隙的柱狀晶結(jié)構(gòu)，而柱狀晶間的空隙易成為 薄膜防護(hù)的薄弱位置，腐蝕液可通過這些空隙快速擴(kuò)散到達(dá)基體，從而導(dǎo)致薄膜對(duì)基體的 腐蝕防護(hù)作用提前失效。
[0004] 因此，對(duì)于目前的重防腐螺栓的表面處理工藝，有待于做進(jìn)一步的改進(jìn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對(duì)上述的技術(shù)現(xiàn)狀而提供一種重防腐螺栓的表 面處理方法，該工藝能在螺栓表面形成一層表面平整、致密度高、膜基結(jié)合力高的防護(hù)薄 月旲，有效提尚螺檢的防腐性能。
[0006] 本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為：一種重防腐螺栓的表面處理方 法，其特征在于包括以下步驟：
[0007] (1)螺栓工件的預(yù)處理
[0008] a、把螺栓工件完全浸沒在化學(xué)堿液中，加熱至70~80°C后于超聲波清洗器中清 洗20~60min ;取出螺栓工件，用純凈的水清洗去除螺栓工件表面的化學(xué)堿液；
[0009] b、把a(bǔ)處理后的螺栓工件完全浸沒在質(zhì)量濃度為5~15wt%的鹽酸溶液中，室溫 下于超聲波清洗器中清洗5~15min ;取出螺栓工件，用純凈的水清洗去除螺栓工件表面的 鹽酸溶液；
[0010] C、把b處理后的螺栓工件完全浸沒在乙醇或丙酮中，室溫下于超聲波清洗器中清 洗20~30min，取出備用；
[0011] ⑵第一防護(hù)膜的構(gòu)建
[0012] 采用磁控濺射技術(shù)在螺栓工件表面構(gòu)建第一防護(hù)膜，具體步驟包括：
[0013] a、在真空室內(nèi)安裝純度大于98%的鉻靶，使鉻靶頭與水平面的角度在45°~ 90°之間；把螺栓工件置于真空室內(nèi)的工件架上，抽真空，使得真空室內(nèi)的真空度小于或等 于1 X l(T3Pa;采用惰性氣體為工作氣體，用離子源對(duì)工件表面進(jìn)行清洗，調(diào)節(jié)離子源工作 的氣壓范圍為2X1CT 2~7Xl(T2Pa，功率為100~150W，清洗時(shí)間為10~50min;
[0014] b、采用惰性氣體為工作氣體，對(duì)螺栓工件進(jìn)行濺射沉積Cr膜，工作氣壓為0. 1~ 10Pa，單位靶濺射功率為1~5W/cm2,采用至少一個(gè)濺射鈀對(duì)螺栓工件進(jìn)行濺射沉積Cr膜， 濺射時(shí)間為100~1500s;
[0015] c、采用氮?dú)夂投栊詺怏w的混合氣體為工作氣體，對(duì)螺栓工件進(jìn)行濺射沉積Cr (N) 膜，工作氣壓為0. 1~l〇Pa，單位靶濺射功率為1~5W/cm2,采用至少一個(gè)濺射鈀對(duì)螺栓工 件進(jìn)行濺射沉積Cr(N)膜，濺射時(shí)間為100~1500s;
[0016] d、依次重復(fù)步驟b、步驟C 5~25次，使純Cr層和Cr (N)層在螺栓工件表面交替 層疊形成周期排列的多層膜結(jié)構(gòu)；
[0017] (3)螺栓工件的熱處理
[0018] 將步驟（2)所得螺栓工件置于馬弗爐中，設(shè)置升溫速度為5~10°C /min，升溫至 500~600 °C后保溫1~3h，然后隨爐冷卻；
[0019] (4)第二防護(hù)膜的構(gòu)建
[0020] 將步驟（3)所得螺栓工件浸泡在質(zhì)量濃度為3~8%的甲基丙烯酸甲酯的甲醇溶 液中，并向該溶液中添加偶氮二異丁腈，使該偶氮二異丁腈的質(zhì)量為甲基丙烯酸甲酯質(zhì)量 的0. 1~0. 3%，然后于50~60°C下靜置6~8h，取出烘干即可。
[0021] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，步驟（1)中所述的化學(xué)堿液包括氫氧化鈉、磷酸鈉、硅 酸鈉、磺酸類表面活性劑及去離子水，所述氫氧化鈉、磷酸鈉、硅酸鈉、磺酸類表面活性劑的 濃度分別為10~15g/L、60~70g/L、10~15g/L、0. 1~0? 5wt%。其中，氫氧化鈉是一種 強(qiáng)堿，具有很強(qiáng)的皂化能力，與皂化油反應(yīng)能生成可溶于水的脂肪酸鈉；磷酸鈉具有較好的 除油效果和緩沖作用，其本身水洗性好，此外還有一定的乳化能力；硅酸鈉具有較好的表面 活性和一定的皂化能力，是堿類化合物中最佳潤濕劑、乳化劑和分散劑之一；表面活性劑可 以除去非皂化油，表面活性劑的分子結(jié)構(gòu)中含有親水基團(tuán)和憎水基團(tuán)，憎水基團(tuán)吸附在油 與溶液的界面上，親水基團(tuán)與水相結(jié)合，在表面活性劑分子定向排列的作用下，油-溶液界 面的表面張力會(huì)降低，在溶液對(duì)流和攪拌等作用下，油污就可以容易的脫離零件表面。
[0022] 作為優(yōu)選，所述的磺酸類表面活性劑為琥珀酸酯磺酸鹽、烷基苯磺酸鹽、烷基磺酸 鹽、a-烯基磺酸鹽中的一種。
[0023] 作為優(yōu)選，所述的惰性氣體為氦氣、氖氣、氬氣、氪氣中的一種。
[0024] 進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟（2)中a步驟結(jié)束之后、b步驟開始之前，調(diào)整擋板與鉻靶 相對(duì)，開啟鉻靶對(duì)應(yīng)的電源進(jìn)行預(yù)濺射5~30min。采用這樣的處理，可以將鉻靶表面的雜 質(zhì)及其他污染物濺射在擋板上，以提高濺射到螺栓工件基體表面的薄膜純度。
[0025] 更進(jìn)一步的，所述步驟（2)c步驟中氮?dú)馀c惰性氣體的流量比為4~6 : 10。在該 流量比下，鍍層的主要成份為Cr2N，并含有少量純Cr和CrN，從而在消除Cr層柱狀晶結(jié)構(gòu) 的基礎(chǔ)上使Cr膜與Cr(N)膜有機(jī)結(jié)合，進(jìn)一步增強(qiáng)螺栓工件的防腐性能。
[0026] 較好的，所述步驟（2)中利用離子源提供離子束輔助沉積，離子源工作電壓為 140~160V，工作電流為0. 7~1. 2A;利用外加電源加熱真空室，真空室內(nèi)溫度為50~ 300°C;利用外加電源在工件架與真空室間施加0~400V的偏壓。
[0027] 在上述方案中，步驟（2)所得螺栓工件表面的第一防護(hù)膜厚度為4~15ym。
[0028] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：
[0029] (1)鍍Cr膜對(duì)基體材料具有良好的黏附性，可有效提高基體材料的抗磨損、防腐 蝕性能，本發(fā)明采用磁控濺射的方法在螺栓工件表面鍍有交替沉積而成的Cr膜和Cr(N) 膜，純Cr膜具有密集的纖維狀組織結(jié)構(gòu)，而Cr (N)層具有較好的無空隙結(jié)構(gòu)，不僅能阻緩純 Cr膜柱狀晶的生成，還可以較好的填補(bǔ)由于純Cr層柱狀晶結(jié)構(gòu)而導(dǎo)致的空隙，形成一層表 面平整、致密度高、膜基結(jié)合力高的第一防護(hù)膜，初步提高了螺栓工件防腐蝕性能；
[0030] (2) Cr (N)膜的主要成份為Cr2N，并含有少量純Cr和CrN，從而在消除Cr層柱狀晶 結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上使Cr膜與Cr(N)膜可以有機(jī)結(jié)合，進(jìn)一步增強(qiáng)螺栓工件的防腐性能；
[0031] (3)通過磁控濺射在螺栓工件表面形成由Cr膜和Cr(N)膜構(gòu)成的第一防護(hù)膜之 后，又在螺栓表面構(gòu)建了更加細(xì)密的第二防護(hù)膜，由于聚合物單體甲基丙烯酸甲酯體積較 小，易于進(jìn)入螺栓表面的缺陷、縫隙中，并且，通過偶氮二異丁腈的催化，甲基丙烯酸甲酯在 第一防護(hù)膜的缺陷、縫隙中聚合固化，將螺栓表面的缺陷、縫隙進(jìn)行填補(bǔ)，更進(jìn)一步確保了 螺栓工件具有較好的防腐性能；
[0032] (4)在構(gòu)建第一防護(hù)膜之后、構(gòu)建第二防護(hù)膜之前進(jìn)行熱處理，可以增加第一防護(hù) 膜與螺栓工件基體之間的結(jié)合力，提高第一防護(hù)膜的表面硬度和耐摩擦力，消除殘余應(yīng)力。
【具體實(shí)施方式】
[0033] 以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0034] 實(shí)施例1 :
[0035] 本實(shí)施例的重防腐螺栓的表面處理方法包括以下步驟：
[0036] (1)螺栓工件的預(yù)處理
[0037] a、把螺栓工件完全浸沒在化學(xué)堿液中，加熱至70°C后于超聲波清洗器中清洗 60min ;取出螺栓工件，用純凈的水清洗去除螺栓工件表面的化學(xué)堿液；
[0038] 上述化學(xué)堿液包括氫氧化鈉、磷酸鈉、硅酸鈉、烷基二苯基氧化物二磺酸鹽 (DOWFAX 2A1)及去離子水，其中，氫氧化鈉、磷酸鈉、硅酸鈉、烷基二苯基氧化物二磺酸鹽 (DOWFAX 2A1)的濃度分別為 10g/L、60g/L、15g/L、0. lwt%;
[0039] b、把a(bǔ)處理后的螺栓工件完全浸沒在質(zhì)量濃度為10wt%的鹽酸溶液中，室溫下于 超聲波清洗器中清洗l〇min;取出螺栓工件，用純凈的水清洗去除螺栓工件表面的鹽酸溶 液；
[0040] C、把b處理后的螺栓工件完全浸沒在乙醇或丙酮中，室溫下于超聲波清洗器中清 洗25min，取出備用；
[0041] (2)第一防護(hù)膜的構(gòu)建
[0042] 采用磁控濺射技術(shù)在螺栓工件表面構(gòu)建第一防護(hù)膜，具體步驟包括：
[0043] a、在真空室內(nèi)安裝純度大于98%的鉻靶，使鉻靶頭與水平面的角度在50°之 間；把螺栓工件置于真空室內(nèi)的工件架上，抽真空，使得真空室內(nèi)的真空度為IX l(T3Pa; 采用惰性氣體為工作氣體，用離子源對(duì)工件表面進(jìn)行清洗，調(diào)節(jié)離子源工作的氣壓范圍為 2 X 10_2Pa，功率為120W，