核电站室外紧固件42CrMoA表面氢脆防护处理工艺的制作方法

im3a、脱脂剂pa30-im3b、脱脂剂sp-103、脱脂剂lf-108中的一种或多种的组合。
17.优选地，步骤(2)中，所述脱脂剂pa30-im3a和脱脂剂pa30-im3b的体积比为4：3～7：3。
18.优选地，步骤(2)中，控制碱洗温度为40-60℃，碱洗时间为5～15min。
19.优选地，步骤(3)中，在室温下进行表调处理，时间为1～10min。
20.优选地，步骤(3)中，所述表调剂选自pa66-zc、jyt-4y中的一种。
21.优选地，步骤(4)中，所述磷化剂选自pa117-2、cl-3508、m-zn20中的一种或多种的组合。
22.优选地，步骤(4)中，磷化温度为70～80℃，磷化处理时间为10～20min。
23.由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
24.本发明提供的核电站室外紧固件42crmoa钢表面氢脆防护处理工艺，通过喷砂、碱洗处理清除工件表面的污物，表调处理可加快后续磷化处理速度，表可降低磷化处理温度，增加金属表面的活性点，提供了后续磷化膜生长的晶核；磷化处理形成磷化膜进行保护，电泳处理可形成耐蚀性较好的防护层，提升磷化膜的腐蚀防护效果，可减少表面氢渗入，延长核电紧固件工件的服役寿命。
附图说明
25.附图1为实施例的42crmoa钢试样在磷化处理后的表面形貌电镜照片；
26.附图2为实施例的42crmoa钢试样在磷化处理后的照片；
27.附图3为实施例的42crmoa钢试样在步骤(6)烘干处理后的照片。
具体实施方式
28.下面结合附图所示的实施例对本发明作进一步描述。
29.一种核电站室外紧固件42crmoa表面氢脆防护处理工艺，该工艺包括如下步骤：
30.(1)选取42crmoa钢紧固件试样，对该试样表面进行喷砂处理；
31.(2)对喷砂后的试样进行碱洗处理；
32.(3)对碱洗处理后的试样使用表调液进行表调处理；
33.(4)对表调处理后的试样进行磷化处理，形成磷化膜的镀覆层；
34.(5)以磷化处理后的试样进行电泳处理，其中，以磷化处理后的试样为阴极，以不锈钢为阳极；
35.(6)对电泳处理后的试样进行水洗、烘干处理。
36.步骤(1)中，使用金刚砂对试样外表面喷砂，通过频繁转动喷枪角度，直至试样表面洁净为止。喷砂处理的作用是清除工件表面的锈皮等污物，并在工件表面建立毛面，提高工件与涂料、镀料的结合力，或使粘接件粘接更牢固。
37.步骤(2)中，碱洗处理的作用是去除试样表面的油污，可去除某些氧化物，使表面为直接的金属基体，为后续表面处理做基础。
38.选用碱性脱脂剂进行碱洗，碱性脱脂剂包括脱脂剂pa30-im3a、脱脂剂pa30-im3b、脱脂剂sp-103、脱脂剂lf-108中的一种或多种的组合，其中pa30-im3a、pa30-im3b、sp-103、lf-108为牌号，一般由为碱、螯合剂及表面活性剂组成。脱脂剂pa30-im3a、pa30-im3b来自
武汉材料保护研究所；脱脂剂sp-103来自淄博尚普科技有限公司；脱脂剂lf-108来自温州龙飞环保科技有限公司。
39.步骤(2)中，以脱脂剂pa30-im3a和脱脂剂pa30-im3b混合为最优，脱脂剂pa30-im3a和脱脂剂pa30-im3b的体积比为4：3～7：3，以5：3为最优。控制碱洗温度为40-60℃，碱洗时间为5～15min。
40.步骤(3)中，表面调整处理的作用是：碱洗后金属表面部分活性晶核会覆盖上一层氢氧化物或氧化物薄膜，导致金属表面的晶核数量和反应的自由能降低，因而使得后续磷化处理形成的磷化膜粗糙、多孔，成膜不完全，故碱洗后应进行表面调整；为加快后续磷化处理速度做准备：表面调整可降低后续的磷化处理温度，增加金属表面的活性点，提供了后续磷化膜生长的晶核。
41.步骤(3)中，在室温下进行表调处理，时间为1～10min。其中，表调剂选用pa66-zc、jyt-4y中的一种或两种的组合，表调剂pa66-zc来自武汉材料保护研究所；表调剂jyt-4y来自湖北杰亚特表面科技有限公司。
42.步骤(3)中，通过表调处理，在工件表面吸附形成大量的结晶核磷化生长点，使工件表面活性均一化，步骤(4)中，磷化处理的作用是给金属基体提供磷化膜保护，在一定程度上防止金属被腐蚀，用于镀漆、涂油前打底，提高漆膜层的附着力与防腐蚀能力。
43.该步骤中，在洗槽中投入磷化剂，将试样完全浸泡入洗槽中，加热洗槽，控制洗槽温度为70～80℃，磷化处理时间10～20min(以15min为最优)，磷化后，试样表面形成磷化膜的镀覆层。
44.该步骤中，磷化剂的主要成分为磷酸二氢盐、游离磷酸和加速剂，磷化剂选自pa117-2、cl-3508、m-zn20中的一种或多种的组合，其中pa117-2、cl-3508、m-zn20为牌号，磷化剂pa117-2来自武汉材料保护研究所；磷化剂cl-3508来自沈阳昆仑化学有限公司；磷化剂m-zn20来自宝邦化学(上海)有限公司。
45.步骤(5)中，以磷化处理后的试样为阴极、以耐酸的不锈钢为阳极，不锈钢可为304不锈钢或316不锈钢或2507不锈钢，电泳液选自聚氨酯漆(pu2025)、环氧漆、氨基漆中的一种，将电泳液置于电解槽内静置一段时间后进行电泳处理，电泳处理时工作槽温度为20-30℃(以25℃为最优)，保持电解槽电压为40～60v(以50v为最优)，电泳时间持续40～80s(以60s为最优)。
46.电泳是一种自动化程度高且环保的表面处理技术，与电镀类似常用于工业零部件的表面强化，电泳可形成耐蚀性较好的防护层(漆膜)，对于核电站室外用紧固件而言，可减少表面氢渗入，延长工件的服役寿命，特别是在考量复杂工况下寻求综合性能优异的材料和表面处理工艺，通过设计合适的表面处理工艺优化核电紧固件服役性能，对核电运行安全有重要意义。
47.步骤(6)中，电泳完成后，立即对试样进行水洗，水洗后试样在80～85℃(以80℃为最优)温度下烘干15～20min(以15min为最优)，烘干后提高烘箱温度至150～200℃(以160℃为最优)，继续保持0.5-2h，随后冷却至室温。
48.实施例
49.为表征处理后紧固件试样的性能，选取一个钢试样进行室外氢脆防护表面处理，该试样为10.9级42crmoa钢试样，尺寸为30mm
×
20mm
×
8mm，打有直径4mm的穿孔，便于浸泡
悬挂，具体步骤如下：
50.1、首先对试样表面进行喷砂处理，使用80#的金刚砂，对试样外表面喷砂约1分钟，通过频繁转动喷枪角度，直至试样表面洁净为止；
51.2、试样碱洗处理：使用碱洗液进行碱洗处理，在1l的洗槽中投入碱洗液，碱洗液由25ml脱脂剂pa30-im3a和15ml脱脂剂pa30-im3b混合制成，将喷砂后的试样完全浸泡入洗槽中，加热洗槽，控制碱洗温度为50℃，碱洗时间10min，碱洗完成后用清水冲洗干净；
52.3、试样表调处理：使用表调液进行表调处理，在1l的洗槽中投入30ml表调剂pa66-zc，将试样完全浸泡入洗槽中，在室温下进行表调处理，表调时间为2min，表调完成后用清水冲洗干净；
53.4、试样磷化处理：对表调处理后的试样进行磷化处理，在1l的洗槽中投入500ml磷化剂pa117-2，将试样完全浸泡入洗槽中，加热洗槽，控制洗槽温度为75℃，磷化处理时间15min，磷化后试样表面形貌如图1和图2所示，试样表面形成磷化膜的镀覆层；
54.5、磷化后试样进行电泳处理：以磷化试样为阴极、以耐酸的2507不锈钢为阳极，阴极和阳极的面积比为1:1，电极间距设置为30cm，使用pu2025电泳液，按聚氨酯漆pu2025与去离子水1:5的体积比配置，整体溶液为800ml并充分搅拌，将槽液静置48h后进行电泳处理，电泳处理时工作槽温度25℃，保持电解槽电压为50v，电泳时间持续60s；聚氨酯漆pu2025来自杜邦公司；
55.6、阴极电泳后处理：电泳完成后，立即对试样进行水洗，并放入烘箱内在80℃温度下烘干15min，烘干后提高烘箱温度至160℃，继续保持1h，将电泳后试样表面形成的电泳漆膜充分固化，随后关闭烘箱自然冷却至室温，试样表面形貌如图3所示。
56.对比例
57.对10.9级42crmoa钢试样仅进行传统磷化处理。
58.性能测试
59.经上述步骤处理后，对本实施例处理后的钢试样和对比例处理后的钢试样均进行室外环境表面耐腐蚀性能测试，包括接触角测试和盐雾腐蚀试验。盐雾腐蚀试验按照gjb150.11a-2009《军用装备实验室环境试验第11部分：盐雾试验》进行，试验时长为96h。腐蚀试验后参照gb/t6461-2002《金属基体上金属和其他无机覆盖层经腐蚀试验后的试样和试件的评级》对试样的腐蚀情况进行评级。
60.实施例的钢试样和对比例的钢试样的接触角的测试结果参见表1。
61.表1接触角测试结果
[0062] 接触角实施例的钢试样95
°
对比例的钢试样40
°
[0063]
当水和金属表面的接触角大于90
°
时，金属表现出疏水性，使基体获得一种自清洁能力，水接触是促进金属腐蚀的主要因素之一，疏水性可以减少基体与水的接触，从而提高耐蚀性。从表1所示的接触角测试结果可以看出，本实施例的试样的接触角大于90
°
，已表现出良好的疏水性能；对比例的钢试样的接触角小于90
°
，疏水性能差。
[0064]
实施例的钢试样和对比例的钢试样的盐雾试验结果参见表2。
[0065]
表2盐雾试验结果
[0066] 腐蚀评级实施例的钢试样10对比例的钢试样3
[0067]
由表2可知，实施例的钢试样的盐雾腐蚀评级优于对比例的钢试样的盐雾腐蚀评级，腐蚀评级越高，抗腐蚀性能越好，试样磷化后进行涂油处理，经过96h的盐雾试验，腐蚀面积小，耐蚀性能最优。
[0068]
最后使用慢应变拉伸试验对实施例的钢试样和对比例的钢试样的氢脆敏感性进行测试，模拟试样中氢扩散的过程，保证氢有足够的时间扩散到应力集中处，采用低的拉伸速率(10-6
)进行拉伸，试样断裂后根据拉伸曲线，计算其延伸，结果参见表3。
[0069]
表3慢应变拉伸试验
[0070] 延伸率延伸率损失百分比实施例的钢试样12.6％/对比例的钢试样11.4％9.5％
[0071]
如表3所示。实施例的钢试样相比于对比例的钢试样，试样延伸率损失9.5％，低于15％，说明抗氢脆性能优良。
[0072]
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种核电站室外紧固件42crmoa表面氢脆防护处理工艺，其特征在于，包括：(1)选取42crmoa钢紧固件试样，对该试样表面进行喷砂处理；(2)对喷砂后的试样进行碱洗处理；(3)对碱洗处理后的试样使用表调液进行表调处理；(4)对表调处理后的试样进行磷化处理，在试样表面形成磷化膜；(5)以磷化处理后的试样进行电泳处理，处理后的试样表面形成防护层，其中，以磷化处理后的试样为阴极，以不锈钢为阳极；(6)对电泳处理后的试样进行水洗、烘干处理。2.根据权利要求1所述的核电站室外紧固件42crmoa表面氢脆防护处理工艺，其特征在于，步骤(5)中，电泳处理时，工作槽温度为20～30℃，槽压为40～60v，电泳时间为40～80s。3.根据权利要求1或2所述的核电站室外紧固件42crmoa表面氢脆防护处理工艺，其特征在于，步骤(5)中，电泳液选自聚氨酯漆、环氧漆、氨基漆中的一种。4.根据权利要求1所述的核电站室外紧固件42crmoa表面氢脆防护处理工艺，其特征在于，步骤(6)中，在温度80～85℃下烘干15～20min，烘干后提高温度至150～200℃，继续保持0.5～2h，随后冷却至室温。5.根据权利要求1所述的核电站室外紧固件42crmoa表面氢脆防护处理工艺，其特征在于，步骤(2)中，选用碱性脱脂剂进行碱洗，所述碱性脱脂剂包括脱脂剂pa30-im3a、脱脂剂pa30-im3b、脱脂剂sp-103、脱脂剂lf-108中的一种或多种的组合。6.根据权利要求1所述的核电站室外紧固件42crmoa表面氢脆防护处理工艺，其特征在于，步骤(2)中，控制碱洗温度为40～60℃，碱洗时间为5～15min。7.根据权利要求1所述的核电站室外紧固件42crmoa表面氢脆防护处理工艺，其特征在于，步骤(3)中，在室温下进行表调处理，时间为1～10min。8.根据权利要求1所述的核电站室外紧固件42crmoa表面氢脆防护处理工艺，其特征在于，步骤(3)中，所述表调剂选自pa66-zc、jyt-4y中的一种。9.根据权利要求1所述的核电站室外紧固件42crmoa表面氢脆防护处理工艺，其特征在于，步骤(4)中，所述磷化剂选自pa117-2、cl-3508、m-zn20中的一种或多种的组合。10.根据权利要求1所述的核电站室外紧固件42crmoa表面氢脆防护处理工艺，其特征在于，步骤(4)中，磷化温度为70～80℃，磷化处理时间为10～20min。

技术总结
本发明涉及一种核电站室外紧固件42CrMoA表面氢脆防护处理工艺，包括：(1)选取42CrMoA钢紧固件试样，对该试样表面进行喷砂处理；(2)对喷砂后的试样进行碱洗处理；(3)对碱洗处理后的试样使用表调液进行表调处理；(4)对表调处理后的试样进行磷化处理，在试样表面形成磷化膜；(5)以磷化处理后的试样进行电泳处理，处理后的试样表面形成防护层，其中，以磷化处理后的试样为阴极，以不锈钢为阳极；(6)对电泳处理后的试样进行水洗、烘干处理。本发明提供的工艺，提升核电紧固件试样表面磷化膜的腐蚀防护效果，可减少紧固件表面氢渗入，延长核电紧固件工件的服役寿命。固件工件的服役寿命。


技术研发人员：刘向兵 全琪炜 徐超亮 李远飞 钱王洁 贾文清 尹建
受保护的技术使用者：中国广核集团有限公司 中国广核电力股份有限公司
技术研发日：2023.01.31
技术公布日：2023/8/4