316l合金鋼表面搪瓷層的膜層結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明所公開的是一種316L合金鋼表面搪瓷層的膜層結(jié)構(gòu)，以其316L合金鋼基體（1）、重構(gòu)淺表層（2）、中間層（3）和面層（4）組成4層復(fù)合搪瓷膜層為主要特征，并公開中間層（3）和面層（4）用搪瓷材料的組分及其各組分的重量百分含量。具有結(jié)構(gòu)合理先進，耐腐蝕性能好，密著力強等特點，其制件是一種有著廣泛應(yīng)用領(lǐng)域的316L合金鋼表面搪瓷制件。
【專利說明】316L合金鋼表面搪瓷層的膜層結(jié)構(gòu)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種316L合金鋼表面搪瓷層的膜層結(jié)構(gòu)，屬于金屬材料表面處理技術(shù)。

【背景技術(shù)】
[0002]金屬材料表面搪瓷(也稱搪玻璃)技術(shù)，對于有效提高金屬材料表面的耐腐蝕和耐化學(xué)反應(yīng)等性能，而拓展其使用范圍和提高其使用壽命等諸多方面，都具有顯著的積極意義。
[0003]本發(fā)明所涉及的316L合金鋼，是00Crl7Nil4M02合金鋼。它的特點主要體現(xiàn)在耐腐蝕性能特別是耐點蝕性能優(yōu)秀，高溫強度優(yōu)秀和加工硬化性優(yōu)秀等“三優(yōu)秀”方面，因而其在工業(yè)、海洋和航天航空界都有著廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。
[0004]然而，316L合金鋼(合金不銹鋼)在含有硫和氮的氧化物、氯的氫化物以及氯等化學(xué)物質(zhì)等腐蝕性介質(zhì)的惡劣環(huán)境下工作，其耐腐蝕性能較差，而極其容易出現(xiàn)早期失效。
[0005]有研宄表明，表面搪瓷層具有耐高溫氧化，和在酸、堿環(huán)境下耐熱腐蝕的特點。因而，在此合金鋼表面施加合理的搪瓷涂層，對所述合金鋼基體的抗高溫氧化和耐熱腐蝕能力，都必將有很大的提高(能力提高200~300%)。
[0006]然而，傳統(tǒng)的搪瓷(或稱搪玻璃)主要是基于低碳鋼基體搪瓷的研宄。由于316L合金鋼基體的化學(xué)組分及各組分的重量百分含量，以及其金相組織結(jié)構(gòu)等，均與低碳鋼相比，有著明顯的不同和顯著的特點，因而，在316L合金鋼表面實施搪瓷工藝，而得到性能優(yōu)越的搪瓷涂層，保證良好的密著力(搪瓷層與基體的結(jié)合力)，至今仍然未見有公開報道。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明旨在提供一種與基體的密著良好、耐腐蝕性能優(yōu)秀的316L合金鋼表面搪瓷層的膜層結(jié)構(gòu)，以克服已有技術(shù)的不足。
[0008]本發(fā)明實現(xiàn)其目的的技術(shù)構(gòu)想，是在已有的具有優(yōu)秀耐腐蝕性能的搪瓷層組分及各組分重量百分含量的基礎(chǔ)上，采取如下策略:一是通過對合金基體表面實施物理性重構(gòu)，使合金基體表面形成淺表性表面粗糙層；二是在淺表性表面粗糙層，與已有技術(shù)的搪瓷層之間，增加搪瓷中間層，從而由所述合金鋼基體一淺表性表面粗糙層一中間層搪瓷層一面層搪瓷層構(gòu)成四層復(fù)合搪瓷膜層結(jié)構(gòu)；三是在搪瓷中間層的組分配方中，還包括鎳(氧化鎳)，以期達到存在于搪瓷中間層中的鎳，與存在于所述基體合金鋼中的鎳，通過兩者之間的相互迀延和互相包容而結(jié)合成一體，由此來有效提高本發(fā)明的所述密著力和耐腐蝕性能，從而實現(xiàn)本發(fā)明的目的。
[0009]基于以上所述的技術(shù)構(gòu)想，本發(fā)明實現(xiàn)其目的的技術(shù)方案是:
一種316L合金鋼表面搪瓷層的膜層結(jié)構(gòu)，包括316L合金鋼基體，和涂布在316L合金鋼基體表面的搪瓷層，而其，搪瓷層的膜層結(jié)構(gòu)是由316L合金鋼基體，存在于所述316L合金鋼表面的物理性重構(gòu)淺表層，涂布在所述重構(gòu)淺表層表面的中間層和涂布在中間層表面的面層所構(gòu)成的4層復(fù)合膜層結(jié)構(gòu)，而其:
所述重構(gòu)淺表層是經(jīng)由鋼丸(含鋼砂)高壓沖擊所述316L合金鋼基體表面所重構(gòu)的淺表性表面粗糙密著層；
所述中間層搪瓷材料(瓷粉，以下同)的組分及各組分的重量百分含量是:長石0.1-0.5%，硼砂18~25%，石英45~50%，硝酸鈉0.5-1.0%，螢石5~10%，碳酸鈉12~18%，氧化鈷0.3-0.6%，氧化錳 1.0-2.5%，氧化鎳 0.4-0.6%，粘土余量。
[0010]所述面層搪瓷材料的組分及各組分的重量百分含量是:長石24~28%，硼砂18-25%,石英16-20%,螢石1.5-2.0%，硝酸鈉2.5-3.5%，碳酸鈉1.5-2.0%，硝酸鉀4.0-5.0%，氟硅酸鈉 9~10%，純銻 5.5-6.5%，釩-26 4.5-5.5%，氧化鋅 2~3%，粘土余量；
由以上所給出的技術(shù)方案，結(jié)合其實現(xiàn)目的的技術(shù)構(gòu)想，可以清楚地明白，本發(fā)明實現(xiàn)了其所要實現(xiàn)的目的。
[0011]本發(fā)明優(yōu)選的所述中間層搪瓷材料的組分及各組分的重量百分含量是:長石0.27%，硼砂21.6%，石英48.26%，硝酸鈉0.92%，螢石8.80%，碳酸鈉15.2%，氧化鈷0.40%，氧化猛1.82%，氧化镲0.5%，粘土余量。
[0012]本發(fā)明優(yōu)選的所述面層搪瓷材料的組分及各組分的重量百分含量是:硼砂21.4%，石英18.6%，長石26%，碳酸鈉1.85%，硝酸鈉3.0%，硝酸鉀4.5%，氟硅酸鈉9.30%，螢石1.85%，純銻6.0%，釩-26 5%，氧化鋅2.5%，粘土余量。
[0013]有鑒于進一步提高中間層的性能考慮，本發(fā)明還主張，所述中間層搪瓷材料的組分中還含有碳酸鎂，且所述碳酸鎂的重量百分含量為0.5-1.0%。
[0014]本發(fā)明還主張，所述的淺表性表面粗糙密著層的厚度為0.5-2 μ mo中間層的厚度為10~20 μπι，面層的厚度為10~30 μπι。所述的淺表性表面粗糙密著層、中間層和面層的厚度，是根據(jù)反復(fù)實驗分析所優(yōu)選的性價比最佳的膜層厚度，但不局限于此。
[0015]基于本發(fā)明所具有的優(yōu)越的密著性能和耐熱腐蝕性能，本發(fā)明主張，用所述膜層結(jié)構(gòu)實施表面搪瓷的316L合金鋼的用途是:工業(yè)民用電加熱件、工業(yè)民用裝飾件、海洋防腐蝕件，核電用件、航空用件、線路板、高溫防腐蝕件和反應(yīng)釜。當(dāng)然其用途并不局限于此。
[0016]上述技術(shù)方案得以全面實施后，本發(fā)明所具有的搪瓷膜層結(jié)構(gòu)合理先進，膜層與基體密著力強而不易剝離，耐腐蝕尤其是耐熱腐蝕性能好，適用范圍廣等特點，是不言而喻的。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1是本發(fā)明膜層結(jié)構(gòu)的示意圖。

【具體實施方式】
[0018]以下結(jié)合附圖，通過【具體實施方式】的描述，對本發(fā)明作進一步說明。
[0019]【具體實施方式】之一，如附圖1所示。
[0020]一種316L合金鋼表面搪瓷層的膜層結(jié)構(gòu)，包括316L合金鋼基體1，和涂布在316L合金鋼基體I表面的搪瓷層，而其，其膜層結(jié)構(gòu)是由所述合金鋼基體I存在于所述316L合金鋼基體I表面的物理性重構(gòu)淺表層2，涂布在所述重構(gòu)淺表層2表面的中間層3，和涂布在中間層3表面的面層4所構(gòu)成的4層復(fù)合膜層結(jié)構(gòu)，而其: 所述重構(gòu)淺表層2是經(jīng)由鋼丸(含鋼砂)高壓沖擊316L合金鋼基體I表面所重構(gòu)的淺表性表面粗糙密著層(并不排除化學(xué)性重構(gòu))；
所述中間層3用搪瓷材料的組分及各組分的重量百分含量是:長石0.1-0.5%，硼砂18-25%,石英 45-50%,硝酸鈉 0.5-1.0%，螢石 0.5-1.0%，碳酸鈉 12-18%,氧化鈷 0.3-0.6%，氧化錳1.0-2.5%，氧化鎳0.4-0.6%，粘土余量。
[0021]所述面層4用搪瓷材料的組分及各組分的重量百分含量是:長石24~28%，硼砂18-25%,石英16-20%,螢石1.5-2.0%，硝酸鈉2.5-3.5%，碳酸鈉1.5-2.0%，硝酸鉀4.0-5.0%，氟硅酸鈉 9-10%,純銻 5.5-6.5%，釩-26 4.5-5.5%，氧化鋅 2-3%,粘土余量。
[0022]而其所述中間層3搪瓷材料的組分中還含有碳酸鎂，且所述碳酸鎂的重量百分含量為 0.5-1.0%。
[0023]而其所述淺表性表面粗糙密著層2的厚度為0.5~2ym。中間層3的厚度為10-20 μ m，面層4的厚度為10~30 μ m。
[0024]而其用途是:工業(yè)民用電加熱件、工業(yè)民用裝飾件、海洋防腐蝕件，核電用件、航空用件、線路板、高溫防腐蝕件和反應(yīng)釜。
[0025]【具體實施方式】之二，如附圖1所示，
一種316L合金鋼表面搪瓷層的膜層結(jié)構(gòu)，其中間層3用搪瓷材料的組分及各組分的重量百分含量是:長石0.27%，硼砂21.6%，石英48.26%，硝酸鈉0.92%，螢石8.80%，碳酸鈉15.2%，氧化鈷0.40%，氧化錳1.82%，氧化鎳0.5%，碳酸鎂0.5%，粘土余量。而其所述面層
(4)用搪瓷材料的組分及各組分的重量百分含量是:硼砂21.4%，石英18.6%，長石26%，碳酸鈉1.85%，硝酸鈉3.0%，硝酸鉀4.5%，氟硅酸鈉9.30%，螢石1.85%，純銻6.0%，釩-26 5%，氧化鋅2.5%，粘土余量。除此之外，其它均如同【具體實施方式】之一。
[0026]在以上所描述的二個【具體實施方式】中，所述中間層3搪瓷材料的組分中，還含有0.2-0.5wt%的氧化鑲，優(yōu)選的氧化鑲的含量是0.30wt%o
[0027]本發(fā)明制備工藝步驟的簡要描述是:
步驟I，將合金鋼基體置入加熱爐內(nèi)，在1000~1100°c溫度條件下保溫5~10min，以去除其所含氣體，并改變其晶體結(jié)構(gòu)形狀；
步驟2，采用l~2Mpa壓縮空氣，將鋼丸(含鋼砂)沖擊316L合金鋼基體表面，在去除所述合金鋼基體表面污垢的同時，使其表面重構(gòu)淺表性粗糙密著層2 ;
步驟3，于溫度在20~25°C、相對濕度< 50%的無塵凈化環(huán)境條件下，采用40KV靜電涂搪的策略，先涂布中間層3，且中間層3必需全部覆蓋所述316L合金鋼基體I表面的重構(gòu)淺表粗糙密著層2 ;然后稍停片刻，再在中間層3表面涂布面層4，且面層4必須全部覆蓋中間層3 ；
步驟4，將步驟3已涂布好面層4的制件，置于加熱爐(箱式爐或轉(zhuǎn)盤爐或隧道爐)中，溫度控制在800~880°C范圍內(nèi)，保溫時間為5-10min。然后打開爐門等待一定時間，再緩慢地將搪瓷制品從加熱爐中取出來。即制得316L合金鋼表面搪瓷制品。
[0028]還要說明的是，在以上所述2個【具體實施方式】中，在其中間層3和面層4所用瓷粉的配制過程中，要求按各組分的重量百分含量精確量取，充分混勻，在坩禍窯或池窯或回轉(zhuǎn)爐中熔化，并達到充分的均勻程度后，再經(jīng)水淬、氣冷或熱壓成薄片(0.6~1_厚)，然后由球磨機或氣流粉碎機研磨成干粉。爾后，再加入5%的粘土和5%的清水以及5%的碳酸鎂(在面層4搪瓷材料中不添加碳酸鎂)，經(jīng)研磨、烘干而成所述搪瓷材料瓷粉備用。(注:一定要注意，粘土、水和碳酸鎂，是在研磨、烘干制備瓷粉時方才加進去的)。
[0029]據(jù)如以上【具體實施方式】之二所制備的316L合金鋼表面搪瓷層膜層結(jié)構(gòu)制件性能測試結(jié)果顯示，其抗氧化性能、折彎開裂試驗和涂層剝離試驗等技術(shù)指標(biāo)，都達到或超過預(yù)定質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)；而其表面目測缺陷和針孔修補數(shù)等，都符合國標(biāo)GB25025-2010的標(biāo)準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種316L合金鋼表面搪瓷層的膜層結(jié)構(gòu)，包括316L合金鋼基體(1)，和涂布在316L合金鋼基體(1)表面的搪瓷層，其特征在于，其搪瓷層的膜層結(jié)構(gòu)是由316L合金鋼基體(1)，存在于所述316L合金鋼基體(1)表面的物理性重構(gòu)淺表層(2)，涂布在所述重構(gòu)淺表層(2)表面的中間層(3)和涂布在中間層(3)表面的面層(4)所構(gòu)成的4層復(fù)合膜層結(jié)構(gòu)，而其: 所述重構(gòu)淺表層(2)是經(jīng)由鋼丸高壓沖擊316L合金鋼基體(1)表面所重構(gòu)的淺表性表面粗糙密著層； 所述中間層(3)搪瓷材料的組分及各組分的重量百分含量是:長石0.1-0.5%，硼砂18-25%,石英45~50%，硝酸鈉0.5-1.0%，螢石5~10%，碳酸鈉12~18%，氧化鈷0.3-0.6%，氧化錳1.0-2.5%，氧化鎳0.4-0.6%，粘土余量； 所述面層(4)搪瓷材料的組分及各組分的重量百分含量是:長石24~28%，硼砂18~25%，石英16-20%,螢石1.5-2.0%，硝酸鈉2.5-3.5%，碳酸鈉1.5-2.0%，硝酸鉀4.0-5.0%，氟硅酸鈉 9-10%,純銻 5.5-6.5%，釩-26 4.5-5.5%，氧化鋅 2-3%,粘土余量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的316L合金鋼表面搪瓷層的膜層結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述中間層(3)搪瓷材料的組分及各組分的重量百分含量是:長石0.27%，硼砂21.6%，石英48.26%,硝酸鈉0.92%，螢石8.80%，碳酸鈉15.2%，氧化鈷0.40%，氧化錳1.82%，氧化鎳0.5%，粘土余量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的316L合金鋼表面搪瓷層的膜層結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述面層(4)搪瓷材料的組分及各組分的重量百分含量是:硼砂21.4%，石英18.6%，長石26%，碳酸鈉1.85%，硝酸鈉3.0%，硝酸鉀4.5%，氟硅酸鈉9.30%，螢石1.85%，純銻6.0%，釩-26 5%，氧化鋅2.5%，粘土余量。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的316L合金鋼表面搪瓷層的膜層結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述中間層(3)搪瓷材料的組分中還含有碳酸鎂，且所述碳酸鎂的重量百分含量為0.5-1.0%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的316L合金鋼表面搪瓷層的膜層結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的淺表性表面粗糙密著層(2)的厚度為0.5~2μπι;中間層(3)的厚度為10~20μπι，面層(4)的厚度為10~30ym。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5之一所述316L合金鋼表面搪瓷層的膜層結(jié)構(gòu)，其特征在于，用所述膜層結(jié)構(gòu)實施表面搪瓷的316L合金鋼的用途是:工業(yè)民用電加熱件、工業(yè)民用裝飾件、海洋防腐蝕件，核電用件、航空用件、線路板、高溫防腐蝕件和反應(yīng)釜。
【文檔編號】C03C8/00GK104496181SQ201410770469
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年12月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月15日
【發(fā)明者】陳文彪 申請人:常州宣納爾新能源科技有限公司