淺談不銹鋼桿表面處理方法

劉子龍

（青島四三零八機械廠，山東 青島 266000）

1 不銹鋼桿海水中腐蝕原因分析

1.1 高鹽、鹽霧對不銹鋼桿腐蝕影響

在海洋環境下的海風、海浪比較頻繁，海水中含有大量的鹽，高溫使海水蒸發，產生霧化現象，形成鹽霧。而高鹽及鹽霧是環境中含有大量的氯離子（cl-），這些氯離子（cl-）具有較高的電導率及穿透力,穿透金屬表面的氧化層和保護層，與金屬內部發生電化學反應形成電化學腐蝕，增強了腐蝕的活性，破壞金屬表面的鈍化膜。

1.2 高溫環境對不銹鋼桿腐蝕影響

海水溫度升高，氧的擴散速度加快，海水中氯離子（cl-）導電率增大，加速了陰極和陽極的反應。

1.3 其他因素

不銹鋼桿在海浪的沖擊作用下，表面電解質溶液起了攪拌和更新作用，加快了氧到達金屬表面的速度，加劇了金屬的腐蝕性。與此同時，海洋內部的海生生物附著在不銹鋼桿表面，嚴重破壞不銹鋼桿的保護層使不銹鋼桿受到腐蝕破壞,海生生物的代謝產物(含有硫化物)也使不銹鋼桿的腐蝕進一步惡化，導致了腐蝕作用的加劇。

2 不銹鋼桿的修復方法

根據不銹鋼桿表面的腐蝕程度及腐蝕深度，本文提出了2 種解決方式。

2.1 不銹鋼桿表面電刷鍍

當不銹鋼桿表面腐蝕較輕時，腐蝕深度（≤0.5mm）時，常用電刷鍍技術進行修復。

2.1.1 工藝介紹

電刷鍍是用電解方法在工件表面獲取鍍層的過程。其中的在于強化、提高工件表面性能，取得工件的裝飾性外觀、耐腐蝕、抗磨損和等性能；也可以改變工件尺寸，改善機械配合，修復因超差或因磨損而報廢的工件等，因而在工業上有廣泛的應用。

2.1.2 電刷鍍優點

（1）無電鍍槽，設備簡單，不受零件尺寸的限制；（2）電鍍工藝流程簡單；（3）鍍后精度可以控制，不需要后續加工。

2.1.3 電刷鍍工藝

（1）前期處理。先用砂輪或布輪將不銹鋼桿毛刺及表面腐蝕損傷處磨平整，邊緣圓滑過渡，然后用小型

拋光輪進行表面拋光處理；對不需要刷鍍但又能與陽極接觸的部位用絕緣膠帶進行遮蔽，并用白色油添筆對絕緣膠帶外邊緣進行描邊，以作后期檢驗驗收標記使用，待刷鍍部位用丙酮去除表面潤滑油、油垢，用砂布、刮刀去除工件表面的銹及氧化膜直至露出正常的基體組織；用半圓形石墨作陽極。陽極外包一層棉布，再包上滌綸包套。將刷鍍筆在刷鍍液中浸泡1 ～2min，且刷鍍筆只能在一種刷鍍液中使用；記錄待修復區域位置、面積，工件原始尺寸及修復深度，作為修復后檢驗驗收標記。

（2）工藝修復。①電凈。選用在電凈液中浸泡完成的刷鍍筆，刷鍍筆“+”相連，“-”連接工件，刷鍍機電壓調至12 ～15V，電凈時間5 ～15s，電凈后工件表面水膜能：均勻推開，不呈珠狀。用水徹底去除工件表面殘電凈液；②活化。選用在活化液中浸泡完成的刷鍍筆，刷鍍筆與刷鍍機“-”相連,“+”連接工件，刷鍍機電壓調至10 ～12V，第一次活化時間5～15s，第一次活化后工件表面先出現綠色，而后呈灰色，用水徹底去除工件表面殘留的活化液；選用在活化液中浸泡完成的刷鍍筆，刷鍍筆與刷鍍機“-”相連,“+”連接工件，刷鍍機電壓調至13 ～20V，第二次活化時間10 ～20s，第二次活化后工件表面呈均勻的銀灰色，用水徹底去除工件表面殘留的活化液；③刷鍍底層。選用在特殊鎳溶液中浸泡完成的刷鍍筆進行過渡層刷鍍，無電擦拭3 ～5s，刷鍍機接通電源，刷鍍筆與刷鍍機“+”相連,“-”連接工件，刷鍍機電壓調至15V，陰陽極相對運動速度10 ～15m/min,過渡層厚度約2 ～3μm；④刷鍍工作層。選用在快速鎳溶液中浸泡完成的刷鍍筆進行工作層刷銨，無電擦拭3～5s，刷鍍機接通電源，不銹鋼桿接電源“+”，刷鍍機電壓調至15V，陰陽極相對運動速度10 ～15m/min,并用油石打磨表面。工作層作用提高不銹鋼桿表面耐腐蝕性；鍍層厚度約0.15 ～0.25mm（半徑方向上）；⑤拋光。用拋光輪對刷鍍處進行拋光，使其表面粗糙度及尺寸符合技術要求。

2.2 不銹鋼桿表面超音速火焰噴涂哈氏合金

當活塞表面腐蝕較重時（0.5mm ≥腐蝕深度≤3mm），或大面積出現環形腐蝕坑帶（圖1）及不銹鋼桿表面點蝕嚴重（圖2），常用火焰噴嚏方法修復。

圖1 活塞桿環形腐蝕坑帶

圖2 活塞桿表面腐蝕嚴重

2.2.1 工藝介紹

哈氏合金：哈氏合金是一種鎳基耐腐蝕合金，主要成分鎳-鉻合金與鎳鉻鉬合金。較高的鉬、鉻含量使合金能耐氯離子腐蝕。同時，哈氏合金是僅有的幾種耐潮濕氯氣、次氯酸鹽及二氧化氯溶液腐蝕的材料之一，對氯化鹽溶液有顯著的耐腐蝕性。應用在化工、航天、海洋等設備中。

超音速火焰噴涂是由小孔進入燃燒室的液體燃燒，經霧化與氧氣混合后點燃，發生強烈的氣相反應，燃燒放出的熱能使產物劇烈膨脹，此膨脹氣體流經Laval 噴嘴時受噴嘴的約束形成超音速高溫焰流。此焰流加熱加速噴涂材料至基體面，形成高質量涂層。超音速火焰噴涂工藝的涂層與基體結合強度高、涂層致密、涂層的殘余應力小及孔隙率小于1%，而且可噴涂厚涂層，已廣泛地應用于材料表面防護與強化等領域中（圖3）。

圖3 火焰噴涂進行表面修復

2.2.2 超音速火焰噴涂哈氏合金優點

（1）火焰及噴涂粒子速度很高，高速區范圍大，噴射粒子撞擊能量大?；鹧嫠俣瓤蛇_2000m/s，噴涂粒子速度可達450 ～650m/s 甚至更高，可操作噴涂距離范圍大，工藝性好；（2）哈氏合金是超低碳型，較高的鉬、鉻含量使合金能夠耐氯離子腐蝕，哈氏合金有出色的耐點蝕、縫隙腐蝕、應力開裂腐蝕性能；（3）超聲速火焰噴涂制備的涂層結合強度高，涂層結合強度可達70 ～90MPa；涂層非常致密，孔隙率很低(小于1%）；涂層硬度高，噴涂應力為壓應力，且殘余應力低。

2.2.3 超音速火焰噴涂哈氏合金工藝

（1）前期處理。①同心度測量。確定不銹鋼桿的基準零點，將不銹鋼桿夾裝在車床上，同時在不銹鋼桿上選取不同測量點，用百分表測量不銹鋼桿同心度，并記錄；②較直。不銹鋼桿如有彎曲應首先對不銹鋼桿進行校直，較直方法可用千斤頂或壓力機；③不銹鋼桿較直后，用丙酮等有機溶劑去除表面潤滑油、油垢，對非噴涂表面進行防護；④對噴涂面進行機械加工，露出不銹鋼桿基體材料。

（2）噴涂修復工藝。①粗化。對不銹鋼桿表面粗化處理，粗化后進行清洗干燥表面達到GB/T8923.1 中Sa3 級要求，達到要求后轉入噴涂工序（預處理與噴涂間停留時間應保持在1h 內，若超過1h，用干凈塑料薄膜進行包裹并保證停留時間不超過4h）。②噴涂。不銹鋼桿預熱至約100℃，對不銹鋼桿待修復表面噴涂哈氏合金（噴涂期間為防止不銹鋼桿溫度升溫過快，影響不銹鋼桿性能，噴涂采取間歇噴涂，控制溫度不超過110℃）；③噴涂結束后，對噴涂處進行磨削加工，恢復不銹鋼桿圖紙要求尺寸及粗糙度。

不銹鋼桿修前與修后狀態對比（圖4、圖5）。

圖4 環形腐蝕坑帶修前與修后對比

圖5 點蝕修復修前與修后對比

3 不銹鋼桿的保護措施

3.1 嚴格把關原材料

對不銹鋼原材料嚴格把關入場檢驗。在選材上，從經濟性和功能兩方面綜合考慮，在特殊的運行條件下，可考慮選用抗腐蝕能力更強的含鎳高的奧氏體不銹鋼、雙相不銹鋼、鈦及鈦合金等。

3.2 表面涂覆層保護加強

目前，對于海洋環境下不銹鋼桿腐蝕的情況，除了選用抗腐蝕能力強的材質外，還可以通過表面進行涂料涂裝的方法提高抗腐蝕能力。

3.3 電化學保護

電化學保護方是指將電極電勢較低的金屬與被保護金屬連接在一起,形成原電池。電極電勢較低的金屬作為陽極被溶解，被保護的金屬作為陰極避免了腐蝕。

4 結語

本文重點分析了高溫、高鹽、鹽霧等復雜海洋環境下對不銹鋼材料影響，表面腐蝕破壞的機理，提出不銹鋼桿在修理過程中的修復工藝步驟，提高不銹鋼桿使用壽命建議，為以后同類型項目的保護及修復提供有效的解決辦法。