浅谈不锈钢杆表面处理方法

刘子龙

（青岛四三零八机械厂，山东 青岛 266000）

1 不锈钢杆海水中腐蚀原因分析

1.1 高盐、盐雾对不锈钢杆腐蚀影响

在海洋环境下的海风、海浪比较频繁，海水中含有大量的盐，高温使海水蒸发，产生雾化现象，形成盐雾。而高盐及盐雾是环境中含有大量的氯离子（cl-），这些氯离子（cl-）具有较高的电导率及穿透力,穿透金属表面的氧化层和保护层，与金属内部发生电化学反应形成电化学腐蚀，增强了腐蚀的活性，破坏金属表面的钝化膜。

1.2 高温环境对不锈钢杆腐蚀影响

海水温度升高，氧的扩散速度加快，海水中氯离子（cl-）导电率增大，加速了阴极和阳极的反应。

1.3 其他因素

不锈钢杆在海浪的冲击作用下，表面电解质溶液起了搅拌和更新作用，加快了氧到达金属表面的速度，加剧了金属的腐蚀性。与此同时，海洋内部的海生生物附着在不锈钢杆表面，严重破坏不锈钢杆的保护层使不锈钢杆受到腐蚀破坏,海生生物的代谢产物(含有硫化物)也使不锈钢杆的腐蚀进一步恶化，导致了腐蚀作用的加剧。

2 不锈钢杆的修复方法

根据不锈钢杆表面的腐蚀程度及腐蚀深度，本文提出了2 种解决方式。

2.1 不锈钢杆表面电刷镀

当不锈钢杆表面腐蚀较轻时，腐蚀深度（≤0.5mm）时，常用电刷镀技术进行修复。

2.1.1 工艺介绍

电刷镀是用电解方法在工件表面获取镀层的过程。其中的在于强化、提高工件表面性能，取得工件的装饰性外观、耐腐蚀、抗磨损和等性能；也可以改变工件尺寸，改善机械配合，修复因超差或因磨损而报废的工件等，因而在工业上有广泛的应用。

2.1.2 电刷镀优点

（1）无电镀槽，设备简单，不受零件尺寸的限制；（2）电镀工艺流程简单；（3）镀后精度可以控制，不需要后续加工。

2.1.3 电刷镀工艺

（1）前期处理。先用砂轮或布轮将不锈钢杆毛刺及表面腐蚀损伤处磨平整，边缘圆滑过渡，然后用小型

抛光轮进行表面抛光处理；对不需要刷镀但又能与阳极接触的部位用绝缘胶带进行遮蔽，并用白色油添笔对绝缘胶带外边缘进行描边，以作后期检验验收标记使用，待刷镀部位用丙酮去除表面润滑油、油垢，用砂布、刮刀去除工件表面的锈及氧化膜直至露出正常的基体组织；用半圆形石墨作阳极。阳极外包一层棉布，再包上涤纶包套。将刷镀笔在刷镀液中浸泡1 ～2min，且刷镀笔只能在一种刷镀液中使用；记录待修复区域位置、面积，工件原始尺寸及修复深度，作为修复后检验验收标记。

（2）工艺修复。①电净。选用在电净液中浸泡完成的刷镀笔，刷镀笔“+”相连，“-”连接工件，刷镀机电压调至12 ～15V，电净时间5 ～15s，电净后工件表面水膜能：均匀推开，不呈珠状。用水彻底去除工件表面残电净液；②活化。选用在活化液中浸泡完成的刷镀笔，刷镀笔与刷镀机“-”相连,“+”连接工件，刷镀机电压调至10 ～12V，第一次活化时间5～15s，第一次活化后工件表面先出现绿色，而后呈灰色，用水彻底去除工件表面残留的活化液；选用在活化液中浸泡完成的刷镀笔，刷镀笔与刷镀机“-”相连,“+”连接工件，刷镀机电压调至13 ～20V，第二次活化时间10 ～20s，第二次活化后工件表面呈均匀的银灰色，用水彻底去除工件表面残留的活化液；③刷镀底层。选用在特殊镍溶液中浸泡完成的刷镀笔进行过渡层刷镀，无电擦拭3 ～5s，刷镀机接通电源，刷镀笔与刷镀机“+”相连,“-”连接工件，刷镀机电压调至15V，阴阳极相对运动速度10 ～15m/min,过渡层厚度约2 ～3μm；④刷镀工作层。选用在快速镍溶液中浸泡完成的刷镀笔进行工作层刷铵，无电擦拭3～5s，刷镀机接通电源，不锈钢杆接电源“+”，刷镀机电压调至15V，阴阳极相对运动速度10 ～15m/min,并用油石打磨表面。工作层作用提高不锈钢杆表面耐腐蚀性；镀层厚度约0.15 ～0.25mm（半径方向上）；⑤抛光。用抛光轮对刷镀处进行抛光，使其表面粗糙度及尺寸符合技术要求。

2.2 不锈钢杆表面超音速火焰喷涂哈氏合金

当活塞表面腐蚀较重时（0.5mm ≥腐蚀深度≤3mm），或大面积出现环形腐蚀坑带（图1）及不锈钢杆表面点蚀严重（图2），常用火焰喷嚏方法修复。

图1 活塞杆环形腐蚀坑带

图2 活塞杆表面腐蚀严重

2.2.1 工艺介绍

哈氏合金：哈氏合金是一种镍基耐腐蚀合金，主要成分镍-铬合金与镍铬钼合金。较高的钼、铬含量使合金能耐氯离子腐蚀。同时，哈氏合金是仅有的几种耐潮湿氯气、次氯酸盐及二氧化氯溶液腐蚀的材料之一，对氯化盐溶液有显著的耐腐蚀性。应用在化工、航天、海洋等设备中。

超音速火焰喷涂是由小孔进入燃烧室的液体燃烧，经雾化与氧气混合后点燃，发生强烈的气相反应，燃烧放出的热能使产物剧烈膨胀，此膨胀气体流经Laval 喷嘴时受喷嘴的约束形成超音速高温焰流。此焰流加热加速喷涂材料至基体面，形成高质量涂层。超音速火焰喷涂工艺的涂层与基体结合强度高、涂层致密、涂层的残余应力小及孔隙率小于1%，而且可喷涂厚涂层，已广泛地应用于材料表面防护与强化等领域中（图3）。

图3 火焰喷涂进行表面修复

2.2.2 超音速火焰喷涂哈氏合金优点

（1）火焰及喷涂粒子速度很高，高速区范围大，喷射粒子撞击能量大。火焰速度可达2000m/s，喷涂粒子速度可达450 ～650m/s 甚至更高，可操作喷涂距离范围大，工艺性好；（2）哈氏合金是超低碳型，较高的钼、铬含量使合金能够耐氯离子腐蚀，哈氏合金有出色的耐点蚀、缝隙腐蚀、应力开裂腐蚀性能；（3）超声速火焰喷涂制备的涂层结合强度高，涂层结合强度可达70 ～90MPa；涂层非常致密，孔隙率很低(小于1%）；涂层硬度高，喷涂应力为压应力，且残余应力低。

2.2.3 超音速火焰喷涂哈氏合金工艺

（1）前期处理。①同心度测量。确定不锈钢杆的基准零点，将不锈钢杆夹装在车床上，同时在不锈钢杆上选取不同测量点，用百分表测量不锈钢杆同心度，并记录；②较直。不锈钢杆如有弯曲应首先对不锈钢杆进行校直，较直方法可用千斤顶或压力机；③不锈钢杆较直后，用丙酮等有机溶剂去除表面润滑油、油垢，对非喷涂表面进行防护；④对喷涂面进行机械加工，露出不锈钢杆基体材料。

（2）喷涂修复工艺。①粗化。对不锈钢杆表面粗化处理，粗化后进行清洗干燥表面达到GB/T8923.1 中Sa3 级要求，达到要求后转入喷涂工序（预处理与喷涂间停留时间应保持在1h 内，若超过1h，用干净塑料薄膜进行包裹并保证停留时间不超过4h）。②喷涂。不锈钢杆预热至约100℃，对不锈钢杆待修复表面喷涂哈氏合金（喷涂期间为防止不锈钢杆温度升温过快，影响不锈钢杆性能，喷涂采取间歇喷涂，控制温度不超过110℃）；③喷涂结束后，对喷涂处进行磨削加工，恢复不锈钢杆图纸要求尺寸及粗糙度。

不锈钢杆修前与修后状态对比（图4、图5）。

图4 环形腐蚀坑带修前与修后对比

图5 点蚀修复修前与修后对比

3 不锈钢杆的保护措施

3.1 严格把关原材料

对不锈钢原材料严格把关入场检验。在选材上，从经济性和功能两方面综合考虑，在特殊的运行条件下，可考虑选用抗腐蚀能力更强的含镍高的奥氏体不锈钢、双相不锈钢、钛及钛合金等。

3.2 表面涂覆层保护加强

目前，对于海洋环境下不锈钢杆腐蚀的情况，除了选用抗腐蚀能力强的材质外，还可以通过表面进行涂料涂装的方法提高抗腐蚀能力。

3.3 电化学保护

电化学保护方是指将电极电势较低的金属与被保护金属连接在一起,形成原电池。电极电势较低的金属作为阳极被溶解，被保护的金属作为阴极避免了腐蚀。

4 结语

本文重点分析了高温、高盐、盐雾等复杂海洋环境下对不锈钢材料影响，表面腐蚀破坏的机理，提出不锈钢杆在修理过程中的修复工艺步骤，提高不锈钢杆使用寿命建议，为以后同类型项目的保护及修复提供有效的解决办法。