一种碳钢的表面改性方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及防腐处理技术领域，尤其涉及一种碳钢的表面改性方法。
【背景技术】
[0002] 碳钢是关系到国民经济发展的重要物资，其以资源丰富，价格低廉，生产简单，性 能多样等特点，被广泛应用于各种换热器部件和管道设备中。然而，其腐蚀失效问题依然不 容忽视。碳钢腐蚀是自发进行的一种冶金的逆过程，其引发的损失和破坏是很惊人的，不仅 会造成能源、材料的消耗和设备的失效等直接损失，碳钢腐蚀还会引起装置泄漏、物料污 染、工艺流程中断、爆炸和人员伤亡以及环境污染等间接损失。因此，研究碳钢耐腐蚀性能 的提高是一项利国利民的重要研究，对推动经济发展、社会进步具有重大意义。
[0003] 为了降低碳钢腐蚀造成的损失，研究人员采用了各种各样的防腐技术。如激光表 面改性、热喷涂、电化学沉积、物理气相沉积、溶胶-凝胶法、气相外延等。通过这些表面处理 方法，可以提高碳钢的耐腐蚀性能，赋予其特殊的物理、化学特征等。
[0004] 现有技术中，申请号为201210539333.2的中国专利文献报道了一种不锈钢丝电弧 喷涂防腐工艺及防腐碳钢罐，喷涂防腐工艺包括以下步骤：（1)喷砂除锈；（2)电弧喷涂；（3) 封孔剂封孔。申请号为02149223.9的中国专利文献报道了一种碳钢管道防腐方法，在碳钢 管的连接处用不锈钢作连接过渡，并将管道加热到220-230°C在管壁上熔结一层环氧树脂 薄层。但是，现有技术存在流程复杂，操作困难，成本较高等缺点，防腐蚀性能也有待进一步 改进。
【发明内容】
[0005] 本发明解决的技术问题在于提供一种碳钢的表面改性方法，工艺简单，操作方 便，处理后的碳钢防腐性能好。
[0006] 有鉴于此，本发明提供了一种碳钢的表面改性方法，包括以下步骤:步骤a)在碳钢 表面滴加0.2-0.3!11〇1/1的21^0 4溶液；步骤13)将步骤&得到的碳钢置于马弗炉中，升温至 230-280°C，保温30-80min，冷却，洗涤，干燥。
[0007] 优选的，还包括碳钢的预处理:对碳钢表面进行除油、除锈处理，然后用碳化硅砂 纸将碳钢表面逐级打磨至2000号，依次经过高纯水、乙醇、高纯水冲洗擦拭，冷风烘干。
[0008] 优选的，步骤a中，所述ZnS〇4溶液的浓度为0.22-0.28mol/L。
[0009] 优选的，步骤a中，所述ZnS04溶液的浓度为0.24mol/L。
[0010]优选的，步骤a中，ZnS〇4溶液的滴液膜厚为l-3mm。
[0011] 优选的，步骤a中，ZnS04溶液的滴液膜厚为2mm。
[0012] 优选的，步骤b中，升温的温度为240-270°C。
[0013] 优选的，步骤b中，升温速率为15_20°C/min。
[0014] 优选的，步骤b中，保温时间为50-80min。
[0015] 本发明提供了一种碳钢的表面改性方法，包括以下步骤:步骤a)在碳钢表面滴加 0.2-0.3mol/L的ZnS〇4溶液;步骤b)将步骤a得到的碳钢置于马弗炉中，升温至230-280°C， 保温30-80min，冷却，洗涤，干燥。与现有技术相比，本发明采用高温渗锌法，在预处理后的 洁净碳钢表面上滴加 ZnS04溶液，高温渗锌。因此，本发明通过表面改性，改变了碳钢表面元 素组成，提高了碳钢耐腐蚀性能，通过电化学方法检测，处理后的碳钢表面含锌元素，碳钢 耐腐蚀性能提高。其次，本发明工艺流程简单，操作方便，设备要求宽松，实验条件容易达 到。再次，本发明的试样制备时间短，效率高。
【具体实施方式】
[0016] 为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是 应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的 限制。
[0017] 本发明实施例公开了一种碳钢的表面改性方法，包括以下步骤：
[0018] 步骤a)在碳钢表面滴加0.2-0.3mol/L的ZnS〇4溶液；
[0019] 步骤b)将步骤a得到的碳钢置于马弗炉中，升温至230-280°C，保温30-80min，冷 却，洗涤，干燥。
[0020] 作为优选方案，本发明还包括碳钢的预处理:对碳钢表面进行除油、除锈处理，然 后用碳化硅砂纸将碳钢表面逐级打磨至2000号，依次经过高纯水、乙醇、高纯水冲洗擦拭， 冷风烘干。本发明通过预处理步骤，得到洁净的碳钢，适用于进一步的表面改性处理。
[0021] 作为优选方案，步骤a中，所述ZnS〇4溶液的浓度优选为0.22-0.28mol/L，更优选为 0.24-0.28mol/L，更优选为0.25-0.2811101/121^04溶液的滴液膜厚优选为1 _3mm，更优选为 1.5-2.5mm，更优选为2mm。本发明通过选择合适的ZnS〇4溶液的浓度和滴液膜厚，实现了碳 钢表面的高温渗锌，提高了碳钢的耐腐蚀性能。
[0022] 作为优选方案，步骤b中，升温的温度优选为240-270°C，更优选为250-270°C，更优 选为260-270 °C;升温速率优选为15-20 °C/min;保温时间优选为50-80min，更优选为60-80min〇
[0023] 作为步骤b具体为:将步骤a得到的碳钢置于马弗炉中，升温至230_280°C，保温30-80min，关闭马弗炉温控开关，自然冷却，待马弗炉冷却至室温后，取出渗锌碳钢，用高纯水 清除附着在其表面的多余固体，冷风烘干，置于干燥箱中备用。
[0024] 为了将本发明表面改性后的碳钢与未改性碳钢进行对比，本发明还优选采用如下 方法：用小刀沿试样长边的中垂线刻一条线，在所刻中垂线的左半面滴加0.2-0.3mol/L的 ZnS〇4溶液。
[0025] 从以上方案可以看出，本发明通过表面改性，改变了碳钢表面元素组成，提高了碳 钢耐腐蚀性能，通过电化学方法检测，处理后的碳钢表面含锌元素，碳钢耐腐蚀性能提高。 其次，本发明工艺流程简单，操作方便，设备要求宽松，实验条件容易达到。再次，本发明的 试样制备时间短，效率高。
[0026] 为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的技术方案进行详细说 明，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。
[0027] 本发明实施例采用的原料和化学试剂均为市购。
[0028] 实施例1
[0029] 1首先对碳钢表面进行除油、除锈处理，然后用碳化硅砂纸将碳钢表面逐级打磨至 2000号，用小刀沿试样长边的中垂线刻一条线，依次经过高纯水-乙醇-高纯水冲洗擦拭，冷 风烘干，置于干燥箱中备用；
[0030] 2 配置 0.24mol/L 的 ZnS〇4 溶液；
[0031] 3取洁净试样于小坩埚中，在所刻中垂线的左半面滴加0.24m〇VL的ZnS04溶液数 滴，直至左半面大约90 %的面积被ZnS〇4溶液覆盖，液滴膜厚约2mm;
[0032] 4将上述处理好的碳钢试样置于马弗炉中，升温速率控制在15-20°C，升温至230 °C，保温80min，关闭马弗炉温控开关，自然冷却；
[0033] 5待马弗炉冷却至室温后，取出渗锌碳钢，用高纯水清除附着在其表面的多余固 体，冷风烘干，置于干燥箱中备用。
[0034] 实施例2
[0035] 1首先对碳钢表面进行除油、除锈处理，然后用碳化硅砂纸将碳钢表面逐级打磨至 2000号，用小刀沿试样长边的中垂线刻一条线，依次经过高纯水-乙醇-高纯水冲洗擦拭，冷 风烘干，置于干燥箱中备用；
[0036] 2