本发明涉及碳钢技术领域，尤其涉及一种碳钢表面处理方法。

背景技术：

碳钢在钢结构中应用广泛，但其锈蚀问题严重影响钢构件使用寿命和安全，造成巨大经济损失。在碳钢表面形成保护性膜层是缓解碳钢腐蚀的有效方法。发黑处理是一种简便快捷的成膜方法，应用普遍。通过发黑处理形成的发黑膜将金属表面与环境隔绝，从而起到防护作用。

现有技术制备的发黑膜结构致密性较低，不能满足钢构件存放过程中的耐腐蚀要求。因此，研发新的碳钢表面处理技术，提高发黑膜性能，成为本领域技术人员关注的热点。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种碳钢表面处理方法，本发明提供的方法能够使形成的发黑膜具有较好的性能。

本发明提供了一种碳钢表面处理方法，包括：

将碳钢进行表面喷丸处理；

对喷丸处理后的碳钢表面进行发黑处理。

本发明对所述碳钢的种类和来源没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的碳钢即可。

在本发明中，所述喷丸处理优选为超声喷丸处理。

在本发明中，所述喷丸处理的方法优选为：

在碳钢表面先采用4～6mm直径的弹丸进行15～30min的喷丸；

然后再采用2～3.5mm直径的弹丸进行40～60min的喷丸。

本发明优选先采用大颗粒弹丸进行短时间的喷丸，然后再采用小颗粒弹丸进行长时间的喷丸，采用这种两步喷丸的方法进行喷丸处理能够使后续制备的发黑膜具有更好的耐腐蚀性。

在本发明中，所述喷丸处理完成后优选还包括：

将喷丸处理后的产物进行除油处理。

在本发明中，所述除油处理的温度优选为70～80℃；所述除油处理的时间优选为8～12min。

在本发明中，所述除油处理采用的除油剂优选包括：

氢氧化钠、碳酸钠、硅酸钠和水。

在本发明中，所述氢氧化钠在除油剂中的浓度优选为13～17g/l；所述碳酸钠在除油剂中的浓度优选为8～12g/l；所述硅酸钠在除油剂中的浓度优选为8～12g/l。

在本发明中，所述除油处理完成后，优选还包括：

将除油处理后的产物用清水漂洗。

在本发明中，所述除油处理完成后，优选还包括：

将除油处理后的产物进行酸洗除锈。

在本发明中，所述酸洗除锈的酸洗液优选包括：

硫酸、盐酸、硝酸和水。

在本发明中，所述硫酸在酸洗液中的浓度优选为145～155ml/l；所述盐酸在酸洗液中的浓度优选为300～310ml/l；所述硝酸在酸洗液中的浓度优选为50～60ml/l。

在本发明中，所述酸洗除锈后优选还包括：

将酸洗除锈后的产物用清水漂洗。

在本发明中，所述发黑处理的温度优选为130～150℃，更优选为135～145℃，最优选为140℃；所述发黑处理的时间优选为20～40min，更优选为25～35min，最优选为30min。

在本发明中，所述发黑处理的发黑液优选包括：

氢氧化钠、亚硝酸钠、硝酸钠和水。

在本发明中，所述氢氧化钠在发黑液中的浓度优选为595～705g/l；所述亚硝酸钠在发黑液中的浓度优选为175～225g/l，更优选为185～215g/l，最优选为200g/l；所述硝酸钠在发黑液中的浓度优选为45～75g/l，更优选为55～65g/l，最优选为60g/l。

在本发明中，所述发黑处理后在碳钢表面形成的发黑膜的结晶颗粒的平均直径优选为10～20μm。

与现有技术相比，本发明提供的碳钢表面处理方法将表面喷丸与发黑处理进行有效的结合，通过对碳钢表面先进行喷丸处理能够使后续发黑处理形成的发黑膜的结晶颗粒细小、均匀、致密；而且通过喷丸处理还能够使发黑膜的自腐蚀电位提高、自腐蚀电流密度降低；同时通过喷丸处理还能够使发黑膜的电阻增大、耐盐水浸泡能力更强。因此，本发明通过在发黑处理之前进行喷丸处理能够提高制备得到的发黑膜的耐腐蚀性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1未进行喷丸处理的工件表面显微组织图；

图2为本发明实施例1进行喷丸处理后的工件表面显微组织图；

图3为本发明比较例1制备的发黑膜的形貌图；

图4为本发明实施例1制备的发黑膜的形貌图；

图5为本发明实施例1和比较例1制备的发黑膜在质量浓度为3.5％的nacl溶液中的极化曲线。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明以下实施例所用原料均为市售商品。

实施例1

将尺寸为15×10×4mm的碳钢工件先用直径为4mm的弹丸进行30min的超声喷丸处理，再用直径为2mm的弹丸进行60min的超声喷丸处理；

将喷丸处理后的工件在70℃条件下用化学除油剂除油12min，化学除油剂包括：氢氧化钠，碳酸钠、硅酸钠和水，氢氧化钠在化学除油剂中的浓度为13g/l，碳酸钠在化学除油剂中的浓度为12g/l，硅酸钠在化学除油剂中的浓度为12g/l，除油后将工件用清水漂洗；

将除油后的工件在常温条件下进行酸洗除锈，酸洗液包括硫酸、盐酸、硝酸和水，硫酸在酸洗液中的浓度为150ml/l，盐酸在酸洗液中的浓度为300ml/l，硝酸在酸洗液中的浓度为50ml/l，酸洗除锈后将工件用清水漂洗；

将酸洗除锈后的工件在140℃条件下进行发黑处理50min，发黑液包括：氢氧化钠、亚硝酸钠、硝酸钠和水，氢氧化钠在发黑液中的浓度为650g/l，亚硝酸钠在发黑液中的浓度为200g/l，硝酸钠在发黑液中的浓度为60g/l，将发黑处理后的工件用清水漂洗，室温下晾干即可在工件表面形成发黑膜。

对本发明实施例1喷丸处理前后的工件表面进行显微组织观察，结果如图1和图2所示，图1为本发明实施例1未进行喷丸处理的工件表面显微组织图，图2为本发明实施例1进行喷丸处理后的工件表面显微组织图。由图1和图2可知，经过喷丸处理后工件表面的晶粒发生流变，晶界变得模糊，晶粒发生剧烈细化，尺寸减小。

比较例1

按照实施例1的方法进行碳钢工件表面处理，与实施例1的区别在于，不进行喷丸处理，在碳钢工件表面形成发黑膜。

实施例2

对本发明实施例1和比较例1制备的发黑膜进行组织观察，观察结果如图3和图4所示，图3为本发明比较例1制备的发黑膜的形貌图，图4为本发明实施例1制备的发黑膜的形貌图，由图3和图4可知，未进行喷丸处理制备的发黑膜结晶颗粒的连续性在基体研磨划痕处遭到破坏，这些棱角处可能成为发黑膜的薄弱位置，影响其防腐蚀的保护作用；而且发黑膜的结晶颗粒尺寸较大，平均直径约为30μm。经过喷丸处理后制备的发黑膜更加细密均匀、缺陷较少，而且发黑膜结晶颗粒的尺寸较小，平均直径为15μm。因此，对碳钢表面进行喷丸处理能够促进其表面发黑膜的形成，使发黑膜更加连续、均匀、致密，结晶尺寸减少50％。

实施例3

将本发明实施例1和比较例1制备得到的发黑膜在质量浓度为3.5％的nacl溶液中采用chinstrumentsins公司提供的chi700e系列电化学工作站进行电化学腐蚀行为测试，试验结果如图5所示，图5为本发明实施例1和比较例1制备的发黑膜在质量浓度为3.5％的nacl溶液中的极化曲线。

由图5可知，相比较未喷丸处理制备的发黑膜，喷丸处理后制备的发黑膜的极化曲线位置发生改变，向左上方移动显著，即自腐蚀电位正移，自腐蚀电流密度减小。经过计算得出，未经喷丸处理制备的发黑膜的自腐蚀电位为-0.86v，自腐蚀电流密度为2.455×10-5a/cm2；经过喷丸处理后制备的发黑膜的自腐蚀电位为-0.69v，自腐蚀电流密度为0.398×10-5a/cm2。由此可知，进行喷丸处理使制备的发黑膜的自腐蚀电位正移170mv，自腐蚀电流密度减小了约85％。因此，进行喷丸处理可提高后续制备得到的发黑膜的耐腐蚀性。

实施例4

按照实施例1的方法进行碳钢工件表面处理，与实施例1不同的是，只采用直径为4mm的弹丸进行90min的超声喷丸处理，在碳钢工件表面形成发黑膜。

按照实施例3的方法测试本发明实施例4制备的发黑膜的自腐蚀电位为-0.71v，自腐蚀电流密度为0.415a/cm2。

实施例5

按照实施例1的方法进行碳钢工件表面处理，与实施例1不同的是，只采用直径为2mm的弹丸进行90min的超声喷丸处理，在碳钢工件表面形成发黑膜。

按照实施例3的方法测试本发明实施例5制备的发黑膜的自腐蚀电位为-0.705v，自腐蚀电流密度为0.41a/cm2。

实施例6

按照实施例1的方法进行碳钢工件表面处理，与实施例1不同的是，先用直径为2mm的弹丸进行30min的超声喷丸处理，再用直径为4mm的弹丸进行60min的超声喷丸处理；在碳钢工件表面形成发黑膜。

按照实施例3的方法测试本发明实施例6制备的发黑膜的自腐蚀电位为-0.711v，自腐蚀电流密度为0.407a/cm2。

实施例7

将尺寸为15×10×4mm的碳钢工件先用直径为6mm的弹丸进行15min的超声喷丸处理，再用直径为3.5mm的弹丸进行40min的超声喷丸处理；

将喷丸处理后的工件在80℃条件下用化学除油剂除油8min，化学除油剂包括：氢氧化钠，碳酸钠、硅酸钠和水，氢氧化钠在化学除油剂中的浓度为17g/l，碳酸钠在化学除油剂中的浓度为8g/l，硅酸钠在化学除油剂中的浓度为8g/l，除油后将工件用清水漂洗；

将除油后的工件在常温条件下进行酸洗除锈，酸洗液包括硫酸、盐酸、硝酸和水，硫酸在酸洗液中的浓度为155ml/l，盐酸在酸洗液中的浓度为310ml/l，硝酸在酸洗液中的浓度为55ml/l，酸洗除锈后将工件用清水漂洗；

将酸洗除锈后的工件在145℃条件下进行发黑处理20min，发黑液包括：氢氧化钠、亚硝酸钠、硝酸钠和水，氢氧化钠在发黑液中的浓度为660g/l，亚硝酸钠在发黑液中的浓度为190g/l，硝酸钠在发黑液中的浓度为63g/l，将发黑处理后的工件用清水漂洗，室温下晾干即可在工件表面形成发黑膜。

按照实施例3的方法测试本发明实施例7制备的发黑膜的自腐蚀电位为-0.724v，自腐蚀电流密度为0.436a/cm2。

实施例8

将尺寸为15×10×4mm的碳钢工件先用直径为5mm的弹丸进行25min的超声喷丸处理，再用直径为4mm的弹丸进行50min的超声喷丸处理；

将喷丸处理后的工件在75℃条件下用化学除油剂除油10min，化学除油剂包括：氢氧化钠，碳酸钠、硅酸钠和水，氢氧化钠在化学除油剂中的浓度为16g/l，碳酸钠在化学除油剂中的浓度为10g/l，硅酸钠在化学除油剂中的浓度为10g/l，除油后将工件用清水漂洗；

将除油后的工件在常温条件下进行酸洗除锈，酸洗液包括硫酸、盐酸、硝酸和水，硫酸在酸洗液中的浓度为145ml/l，盐酸在酸洗液中的浓度为305ml/l，硝酸在酸洗液中的浓度为60ml/l，酸洗除锈后将工件用清水漂洗；

将酸洗除锈后的工件在130℃条件下进行发黑处理40min，发黑液包括：氢氧化钠、亚硝酸钠、硝酸钠和水，氢氧化钠在发黑液中的浓度为640g/l，亚硝酸钠在发黑液中的浓度为210g/l，硝酸钠在发黑液中的浓度为57g/l，将发黑处理后的工件用清水漂洗，室温下晾干即可在工件表面形成发黑膜。

按照实施例3的方法测试本发明实施例8制备的发黑膜的自腐蚀电位为-0.709v，自腐蚀电流密度为0.424a/cm2。

由以上实施例可知，本发明提供了一种碳钢表面处理方法，包括：将碳钢进行表面喷丸处理；对喷丸处理后的碳钢表面进行发黑处理。与现有技术相比，本发明提供的碳钢表面处理方法将表面喷丸与发黑处理进行有效的结合，通过对碳钢表面先进行喷丸处理能够使后续发黑处理形成的发黑膜的结晶颗粒细小、均匀、致密；而且通过喷丸处理还能够使发黑膜的自腐蚀电位提高、自腐蚀电流密度降低；同时通过喷丸处理还能够使发黑膜的电阻增大、耐盐水浸泡能力更强。因此，本发明通过在发黑处理之前进行喷丸处理能够提高制备得到的发黑膜的耐腐蚀性。