组合电场中不锈钢钝化膜钼酸盐的修饰方法技术

本发明专利技术公开了一种组合电场中不锈钢钝化膜钼酸盐的修饰方法，包括下列步骤：ａ．将奥氏体３００或４００系列的不锈钢工件进行清洗、除油和活化处理，然后投入到硫酸溶液和钼酸盐溶液组成的混合反应液中进行钝化膜生长；ｂ．钝化膜生长在调制的组合电场中进行，组合电场的电位为Ｅ１和Ｅ２，一个信号发生器用来改变组合电场的频率ｆ、占空比ｋ及幅值，然后通过恒电位仪施加在电极上，不锈钢工件作为研究电极、铅板作为对电极、饱和甘汞电极为参比电极，不锈钢表面钝化膜的生长与钼酸盐对钝化膜层的修饰在该步骤中一次完成。本发明专利技术大大提高了不锈钢表面钝化膜的耐蚀性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种在不锈钢表面上应用无机缓蚀剂修饰表面的方法，更具体的说是涉及一种在组合电场作用下对不锈钢表面上的钝化膜进行钼酸盐修饰的方法。
技术介绍
钼是提高不锈钢耐蚀性能的一个重要的元素，钼的金属单质可以作为不锈钢的添加成分，钼的含氧酸盐可以作为缓蚀剂来提高不锈钢的耐蚀性能。通常，钼酸盐一般是作为缓蚀剂被添加到不锈钢使用的水性环境中，如中国专利专利号88105280.9，公开号1038312，名称为“高效钼酸盐复合缓蚀阻垢剂”所公开的中性水体系的高效钼酸盐复合缓蚀阻垢剂。另一种应用是作为后处理剂对不锈钢表面的钝化膜进行修饰。可以在不锈钢表面形成钝化膜后再进一步采用浸渍或极化的方法使用钼酸盐对该钝化膜完成修饰，也可以在酸性的钼酸盐溶液中以待着色的不锈钢工件为阴极，在不锈钢表面用电沉积法获得蓝紫色的不锈钢转化膜，在化学着色法中添加钼酸钠可以提高着色速度或改善膜层的光泽。已有的研究表明，载波钝化膜结合相应的钼酸盐后处理可以大幅提高钝化膜的稳定性，在这中间使用了所谓的组合电场方法。组合电场(Combinatorial Electric Field)是这样一种方法在电化学反应中，为了满足不同性能的原子、分子或分子簇等在反应中或者产物构筑中的需要，将不同大小和方向的电场有机地组合而形成的交变电场。在组合中，根据反应物以及产物在电极反应过程中的多尺度效应，调制不同参数的电场，使反应物能够有序地周期性地参加反应并构筑成具有特定功能的产品。组合电场的形成是根据产品的反应过程和结构的构筑过程把不同作用时间和大小的电场加以组合而成。如图1所示，在电极过程中希望在E1下发生所需的电化学反应，如，金属的溶解、电极表面反应物的氧化并在电极表面形成产物或产生中间体或者发生阳极吸附等，然后在E2下进行金属的沉积、反应物的还原、中间产物的进一步转化或电化学组装等。则可以根据反应物在E1和E2下电化学反应过程和相关的传质、结晶等过程特征，确定E1的作用时间为t1，E2的作用时间为t2，从而组合成具有一定频率和占空比k(k＝t1/(t1+t2))和电位值的组合电场，使目标产物在既定的溶液体系中生成。组合电场可以是二元组合也可以是多元组合，取决于产品生产过程和工艺要求。利用组合电场可以根据产品的需求将原来制备该产品的多个工序有机地组合成一个“复合”工序一次完成，提高了产品的生产效率；或者是制备原来无法通过电化学方法实现的材料。所以，在组合电场下使用钼酸盐对不锈钢钝化膜进行修饰有可能获得性能更优越的产品。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种组合电场下不锈钢钝化膜钼酸盐的修饰方法，该方法以钼酸盐为添加剂，调制相应的组合电场，将不锈钢表面钝化膜的生长与钼酸盐对钝化膜层的修饰作用结合在一起一次完成，大大提高了不锈钢表面钝化膜的耐蚀性能。本专利技术采用的技术方案一种，包括下列步骤a.将奥氏体300或400系列的不锈钢工件进行清洗、除油和活化处理，然后投入到硫酸溶液和钼酸盐溶液组成的混合反应液中进行钝化膜生长；b.钝化膜生长在调制的组合电场中进行，组合电场的电位为E1和E2，一个信号发生器用来改变组合电场的频率f、占空比k及幅值，然后通过恒电位仪施加在电极上，不锈钢工件作为一个电极、铅板作为对电极、饱和甘汞电极为参比电极，不锈钢表面钝化膜的生长与钼酸盐对钝化膜层的修饰在该步骤中一次完成。步骤a中所述硫酸的浓度为2.0～5.0mol/L。步骤a中所述钼酸盐的浓度0.5～30g/L。步骤a中所述反应液温度为35～70℃。步骤b中E1为700～1000mV，E2为-200～-400mV，f为0.5～40Hz，k为50～90。步骤b中不锈钢表面钝化膜的生长与钼酸盐对钝化膜层的修饰时间为5～50分钟。本专利技术的有益效果本专利技术以钼酸盐为添加剂调制相应的组合电场，将不锈钢表面钝化膜的生长与钼酸盐对钝化膜层的修饰作用结合在一个步骤中完成，大大提高了不锈钢表面钝化膜的耐蚀性能。钝化膜的质量(包括但不限于厚度、成份和性能)可以通过调节组合电场的参数、溶液的浓度、溶液的温度以及钝化时间来控制。本专利技术处理的不锈钢电极Nyquist图表明，组合电场中添加钼酸钠的电极由于钝化膜中含有MoO2和MoO42-，使得其耐蚀性大大提高。根据元素钼对不锈钢的耐蚀性作用机理，钝化膜表面MoO42-的存在可以阻止溶液中阴离子(如Cl-)通过膜层到达金属表面。同时，对氧化性环境由于膜层中含有MoO2组分，在膜层发生氧化溶解时，内层的MoO2通过氧化可以转化为MoO42-，不断补充MoO42-的流失，从而起到连续的保护作用。附图说明图1是组合电场的构成过程示意图；图2是载波钝化方波电场的示意图；图3是不锈钢在H2SO4溶液中添加钼酸钠(曲线b)和不添加钼酸钠(曲线a)的极化曲线图；图4是组合电场对不锈钢钝化时不同浓度钼酸钠对钝化膜厚度曲线图；图5是组合电场对不锈钢钝化时不同浓度钼酸钠对钝化膜光泽度曲线图；图6a是不锈钢经过组合电场钝化后钝化膜表面层的光电子能谱分析图；图6b是不锈钢经过组合电场钝化后钝化膜中间层的光电子能谱分析图；图7是组合电场对不锈钢钝化后添加钼酸钠(曲线B)和不添加钼酸钠(曲线A)的样品在3.5％NaCl中的电化学阻抗谱Nyquist图。具体实施例方式下面通过实施例对本专利技术进一步详细描述将奥氏体300、400系列的不锈钢工件用有机溶剂清洗，再用热的碱溶液除油，用水淋洗后，放入0.5mol/L的硫酸溶液中活化，然后即可进入设定的反应液进行钝化膜生长。采用硫酸溶液和钼酸盐溶液的混合溶液作为反应液对不锈钢表面进行钝化处理，不含有铬酸盐等对环境有污染的其它物质，因而具有环保效益。硫酸浓度为2.0～5.0mol/l，钼酸钠的添加量为0.5～30g/l。溶液的温度可在35～70℃范围内进行。图2是载波钝化方波电场的示意图即调制的组合电场，图中T为组合电场的周期，t1和t2分别为电场E1和电场E2在单个周期中所占的时间，因此有T＝t1+t2，频率f则为f＝1/T＝1/(t1+t2)，定义占空比k为k＝t1/T＝t1/(t1+t2)。组合电场信号的调制是将一对称方波信号叠加在一直流信号上实现的，通过改变直流信号的电压E0和对称方波的幅值Epp来实现组合电场的电位E1和电位E2。交变电场的调制是通过信号发生器来完成，由信号发生器改变组合电场的频率、占空比及幅值等参数，然后通过恒电位仪施加在电极上。钝化体系以不锈钢工件为一个电极，铅板为对电极，饱和甘汞电极为参比电极。钝化膜的质量(厚度、成份和性能)可以通过调节组合电场的参数、溶液的浓度、溶液的温度以及钝化时间来控制。各参数的可调控范围为E1700～1000mV(vs SCE)，E2-200～-400mV(vs SCE)，f0.5～40Hz，k50～90。钝化时间为5～50分钟。为了确定组合电场的电场参数，则需要考察不锈钢电极和钼酸钠在不同电极电位下的电化学反应。图3是不锈钢在硫酸溶液和添加的钼酸钠的硫酸溶液中极化曲线，从图中可以看出，钼酸钠的添加使不锈钢的极化曲线发生很大的变化。在E＝-250mV左右，添加钼酸钠后在极化曲线中增加了一个还原峰，从电极电位判断应该是钼酸根离子的还原峰，低价的还原产物MoO2会在不锈钢表面发生本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种组合电场下不锈钢钝化膜钼酸盐的修饰方法，包括下列步骤：ａ．将奥氏体３００或４００系列的不锈钢工件进行清洗、除油和活化处理，然后投入到硫酸溶液和钼酸盐溶液组成的混合反应液中进行钝化膜生长；ｂ．钝化膜生长在调制的组合电场中进 行，组合电场的电位为Ｅ↓［１］和Ｅ↓［２］，一个信号发生器用来改变组合电场的频率ｆ、占空比ｋ及幅值，然后通过恒电位仪施加在电极上，不锈钢工件作为一个电极、铅板作为对电极、饱和甘汞电极为参比电极，不锈钢表面钝化膜的生长与钼酸盐对钝化膜层的修饰在该步骤中一次完成。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张俊喜，魏增福，
申请(专利权)人：上海电力学院，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]