淺談不銹鋼桿表面處理方法

劉子龍

（青島四三零八機(jī)械廠，山東 青島 266000）

1 不銹鋼桿海水中腐蝕原因分析

1.1 高鹽、鹽霧對(duì)不銹鋼桿腐蝕影響

在海洋環(huán)境下的海風(fēng)、海浪比較頻繁，海水中含有大量的鹽，高溫使海水蒸發(fā)，產(chǎn)生霧化現(xiàn)象，形成鹽霧。而高鹽及鹽霧是環(huán)境中含有大量的氯離子（cl-），這些氯離子（cl-）具有較高的電導(dǎo)率及穿透力,穿透金屬表面的氧化層和保護(hù)層，與金屬內(nèi)部發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)形成電化學(xué)腐蝕，增強(qiáng)了腐蝕的活性，破壞金屬表面的鈍化膜。

1.2 高溫環(huán)境對(duì)不銹鋼桿腐蝕影響

海水溫度升高，氧的擴(kuò)散速度加快，海水中氯離子（cl-）導(dǎo)電率增大，加速了陰極和陽(yáng)極的反應(yīng)。

1.3 其他因素

不銹鋼桿在海浪的沖擊作用下，表面電解質(zhì)溶液起了攪拌和更新作用，加快了氧到達(dá)金屬表面的速度，加劇了金屬的腐蝕性。與此同時(shí)，海洋內(nèi)部的海生生物附著在不銹鋼桿表面，嚴(yán)重破壞不銹鋼桿的保護(hù)層使不銹鋼桿受到腐蝕破壞,海生生物的代謝產(chǎn)物(含有硫化物)也使不銹鋼桿的腐蝕進(jìn)一步惡化，導(dǎo)致了腐蝕作用的加劇。

2 不銹鋼桿的修復(fù)方法

根據(jù)不銹鋼桿表面的腐蝕程度及腐蝕深度，本文提出了2 種解決方式。

2.1 不銹鋼桿表面電刷鍍

當(dāng)不銹鋼桿表面腐蝕較輕時(shí)，腐蝕深度（≤0.5mm）時(shí)，常用電刷鍍技術(shù)進(jìn)行修復(fù)。

2.1.1 工藝介紹

電刷鍍是用電解方法在工件表面獲取鍍層的過(guò)程。其中的在于強(qiáng)化、提高工件表面性能，取得工件的裝飾性外觀、耐腐蝕、抗磨損和等性能；也可以改變工件尺寸，改善機(jī)械配合，修復(fù)因超差或因磨損而報(bào)廢的工件等，因而在工業(yè)上有廣泛的應(yīng)用。

2.1.2 電刷鍍優(yōu)點(diǎn)

（1）無(wú)電鍍槽，設(shè)備簡(jiǎn)單，不受零件尺寸的限制；（2）電鍍工藝流程簡(jiǎn)單；（3）鍍后精度可以控制，不需要后續(xù)加工。

2.1.3 電刷鍍工藝

（1）前期處理。先用砂輪或布輪將不銹鋼桿毛刺及表面腐蝕損傷處磨平整，邊緣圓滑過(guò)渡，然后用小型

拋光輪進(jìn)行表面拋光處理；對(duì)不需要刷鍍但又能與陽(yáng)極接觸的部位用絕緣膠帶進(jìn)行遮蔽，并用白色油添筆對(duì)絕緣膠帶外邊緣進(jìn)行描邊，以作后期檢驗(yàn)驗(yàn)收標(biāo)記使用，待刷鍍部位用丙酮去除表面潤(rùn)滑油、油垢，用砂布、刮刀去除工件表面的銹及氧化膜直至露出正常的基體組織；用半圓形石墨作陽(yáng)極。陽(yáng)極外包一層棉布，再包上滌綸包套。將刷鍍筆在刷鍍液中浸泡1 ～2min，且刷鍍筆只能在一種刷鍍液中使用；記錄待修復(fù)區(qū)域位置、面積，工件原始尺寸及修復(fù)深度，作為修復(fù)后檢驗(yàn)驗(yàn)收標(biāo)記。

（2）工藝修復(fù)。①電凈。選用在電凈液中浸泡完成的刷鍍筆，刷鍍筆“+”相連，“-”連接工件，刷鍍機(jī)電壓調(diào)至12 ～15V，電凈時(shí)間5 ～15s，電凈后工件表面水膜能：均勻推開(kāi)，不呈珠狀。用水徹底去除工件表面殘電凈液；②活化。選用在活化液中浸泡完成的刷鍍筆，刷鍍筆與刷鍍機(jī)“-”相連,“+”連接工件，刷鍍機(jī)電壓調(diào)至10 ～12V，第一次活化時(shí)間5～15s，第一次活化后工件表面先出現(xiàn)綠色，而后呈灰色，用水徹底去除工件表面殘留的活化液；選用在活化液中浸泡完成的刷鍍筆，刷鍍筆與刷鍍機(jī)“-”相連,“+”連接工件，刷鍍機(jī)電壓調(diào)至13 ～20V，第二次活化時(shí)間10 ～20s，第二次活化后工件表面呈均勻的銀灰色，用水徹底去除工件表面殘留的活化液；③刷鍍底層。選用在特殊鎳溶液中浸泡完成的刷鍍筆進(jìn)行過(guò)渡層刷鍍，無(wú)電擦拭3 ～5s，刷鍍機(jī)接通電源，刷鍍筆與刷鍍機(jī)“+”相連,“-”連接工件，刷鍍機(jī)電壓調(diào)至15V，陰陽(yáng)極相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度10 ～15m/min,過(guò)渡層厚度約2 ～3μm；④刷鍍工作層。選用在快速鎳溶液中浸泡完成的刷鍍筆進(jìn)行工作層刷銨，無(wú)電擦拭3～5s，刷鍍機(jī)接通電源，不銹鋼桿接電源“+”，刷鍍機(jī)電壓調(diào)至15V，陰陽(yáng)極相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度10 ～15m/min,并用油石打磨表面。工作層作用提高不銹鋼桿表面耐腐蝕性；鍍層厚度約0.15 ～0.25mm（半徑方向上）；⑤拋光。用拋光輪對(duì)刷鍍處進(jìn)行拋光，使其表面粗糙度及尺寸符合技術(shù)要求。

2.2 不銹鋼桿表面超音速火焰噴涂哈氏合金

當(dāng)活塞表面腐蝕較重時(shí)（0.5mm ≥腐蝕深度≤3mm），或大面積出現(xiàn)環(huán)形腐蝕坑帶（圖1）及不銹鋼桿表面點(diǎn)蝕嚴(yán)重（圖2），常用火焰噴嚏方法修復(fù)。

圖1 活塞桿環(huán)形腐蝕坑帶

圖2 活塞桿表面腐蝕嚴(yán)重

2.2.1 工藝介紹

哈氏合金：哈氏合金是一種鎳基耐腐蝕合金，主要成分鎳-鉻合金與鎳鉻鉬合金。較高的鉬、鉻含量使合金能耐氯離子腐蝕。同時(shí)，哈氏合金是僅有的幾種耐潮濕氯氣、次氯酸鹽及二氧化氯溶液腐蝕的材料之一，對(duì)氯化鹽溶液有顯著的耐腐蝕性。應(yīng)用在化工、航天、海洋等設(shè)備中。

超音速火焰噴涂是由小孔進(jìn)入燃燒室的液體燃燒，經(jīng)霧化與氧氣混合后點(diǎn)燃，發(fā)生強(qiáng)烈的氣相反應(yīng)，燃燒放出的熱能使產(chǎn)物劇烈膨脹，此膨脹氣體流經(jīng)Laval 噴嘴時(shí)受?chē)娮斓募s束形成超音速高溫焰流。此焰流加熱加速?lài)娡坎牧现粱w面，形成高質(zhì)量涂層。超音速火焰噴涂工藝的涂層與基體結(jié)合強(qiáng)度高、涂層致密、涂層的殘余應(yīng)力小及孔隙率小于1%，而且可噴涂厚涂層，已廣泛地應(yīng)用于材料表面防護(hù)與強(qiáng)化等領(lǐng)域中（圖3）。

圖3 火焰噴涂進(jìn)行表面修復(fù)

2.2.2 超音速火焰噴涂哈氏合金優(yōu)點(diǎn)

（1）火焰及噴涂粒子速度很高，高速區(qū)范圍大，噴射粒子撞擊能量大?；鹧嫠俣瓤蛇_(dá)2000m/s，噴涂粒子速度可達(dá)450 ～650m/s 甚至更高，可操作噴涂距離范圍大，工藝性好；（2）哈氏合金是超低碳型，較高的鉬、鉻含量使合金能夠耐氯離子腐蝕，哈氏合金有出色的耐點(diǎn)蝕、縫隙腐蝕、應(yīng)力開(kāi)裂腐蝕性能；（3）超聲速火焰噴涂制備的涂層結(jié)合強(qiáng)度高，涂層結(jié)合強(qiáng)度可達(dá)70 ～90MPa；涂層非常致密，孔隙率很低(小于1%）；涂層硬度高，噴涂應(yīng)力為壓應(yīng)力，且殘余應(yīng)力低。

2.2.3 超音速火焰噴涂哈氏合金工藝

（1）前期處理。①同心度測(cè)量。確定不銹鋼桿的基準(zhǔn)零點(diǎn)，將不銹鋼桿夾裝在車(chē)床上，同時(shí)在不銹鋼桿上選取不同測(cè)量點(diǎn)，用百分表測(cè)量不銹鋼桿同心度，并記錄；②較直。不銹鋼桿如有彎曲應(yīng)首先對(duì)不銹鋼桿進(jìn)行校直，較直方法可用千斤頂或壓力機(jī)；③不銹鋼桿較直后，用丙酮等有機(jī)溶劑去除表面潤(rùn)滑油、油垢，對(duì)非噴涂表面進(jìn)行防護(hù)；④對(duì)噴涂面進(jìn)行機(jī)械加工，露出不銹鋼桿基體材料。

（2）噴涂修復(fù)工藝。①粗化。對(duì)不銹鋼桿表面粗化處理，粗化后進(jìn)行清洗干燥表面達(dá)到GB/T8923.1 中Sa3 級(jí)要求，達(dá)到要求后轉(zhuǎn)入噴涂工序（預(yù)處理與噴涂間停留時(shí)間應(yīng)保持在1h 內(nèi)，若超過(guò)1h，用干凈塑料薄膜進(jìn)行包裹并保證停留時(shí)間不超過(guò)4h）。②噴涂。不銹鋼桿預(yù)熱至約100℃，對(duì)不銹鋼桿待修復(fù)表面噴涂哈氏合金（噴涂期間為防止不銹鋼桿溫度升溫過(guò)快，影響不銹鋼桿性能，噴涂采取間歇噴涂，控制溫度不超過(guò)110℃）；③噴涂結(jié)束后，對(duì)噴涂處進(jìn)行磨削加工，恢復(fù)不銹鋼桿圖紙要求尺寸及粗糙度。

不銹鋼桿修前與修后狀態(tài)對(duì)比（圖4、圖5）。

圖4 環(huán)形腐蝕坑帶修前與修后對(duì)比

圖5 點(diǎn)蝕修復(fù)修前與修后對(duì)比

3 不銹鋼桿的保護(hù)措施

3.1 嚴(yán)格把關(guān)原材料

對(duì)不銹鋼原材料嚴(yán)格把關(guān)入場(chǎng)檢驗(yàn)。在選材上，從經(jīng)濟(jì)性和功能兩方面綜合考慮，在特殊的運(yùn)行條件下，可考慮選用抗腐蝕能力更強(qiáng)的含鎳高的奧氏體不銹鋼、雙相不銹鋼、鈦及鈦合金等。

3.2 表面涂覆層保護(hù)加強(qiáng)

目前，對(duì)于海洋環(huán)境下不銹鋼桿腐蝕的情況，除了選用抗腐蝕能力強(qiáng)的材質(zhì)外，還可以通過(guò)表面進(jìn)行涂料涂裝的方法提高抗腐蝕能力。

3.3 電化學(xué)保護(hù)

電化學(xué)保護(hù)方是指將電極電勢(shì)較低的金屬與被保護(hù)金屬連接在一起,形成原電池。電極電勢(shì)較低的金屬作為陽(yáng)極被溶解，被保護(hù)的金屬作為陰極避免了腐蝕。

4 結(jié)語(yǔ)

本文重點(diǎn)分析了高溫、高鹽、鹽霧等復(fù)雜海洋環(huán)境下對(duì)不銹鋼材料影響，表面腐蝕破壞的機(jī)理，提出不銹鋼桿在修理過(guò)程中的修復(fù)工藝步驟，提高不銹鋼桿使用壽命建議，為以后同類(lèi)型項(xiàng)目的保護(hù)及修復(fù)提供有效的解決辦法。