一种耐高压耐腐蚀不锈钢棒及其加工工艺的制作方法

1.本发明涉及不锈钢材料技术领域，具体为一种耐高压耐腐蚀不锈钢棒及其加工工艺。


背景技术：

2.随着科学技术的发展，钢铁材料在工业运用中的范围越来越广，但普通不锈钢棒在严苛的水溶液环境中也存在许多局部腐蚀或点蚀、不耐压的现象，为改善这一现象，开发一种耐高压耐腐蚀不锈钢棒具有非常重要的意义，但是普通的耐压不锈钢棒在被划伤后，表面的防腐蚀涂层会因破损而失去防腐蚀性能，腐蚀不锈钢棒本体。
3.因此，为了解决上述问题，本技术提出了一种耐高压耐腐蚀不锈钢棒及其加工工艺，使不锈钢棒具有自修复防腐性能，使其满足工业运用中的严苛条件，延长使用寿命，减少材料、人力资源的浪费。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种耐高压耐腐蚀不锈钢棒及其加工工艺，以解决上述背景技术中提出的问题。
5.为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：
6.一种耐高压耐腐蚀不锈钢棒的加工工艺，其特征在于：包括以下步骤：
7.步骤一：将碳、硅、锰、铬、镍、钼、硫、磷、铁混合均匀，进行球磨，取料，真空干燥，真空熔炼，铸锭，加热锻造，得到棒坯，挤压加工，冷却，抛光，得到不锈钢棒；
8.步骤二：取改性聚多巴胺纳米管、多巴胺tris-hcl缓冲溶液，搅拌10～12h，浸入不锈钢棒10～12h，用去离子水清洗，干燥，对不锈钢棒进行紫外臭氧处理4～8min，得到覆有膜a的不锈钢棒；
9.步骤三：将覆有膜a的不锈钢棒浸入溶液b中浸泡10～12h，用去离子水清洗，干燥，得到耐高压耐腐蚀不锈钢棒。
10.较为优化地，步骤一中，不锈钢棒包括以下成分，按照重量百分比为：碳0.01～0.03％、硅0.5～1.0％、锰1.0～2.0％、铬15～17％、镍1～4％、钼1％～2％、硫0.02～0.03％、磷0.02～0.04％，其余为铁。
11.较为优化地，步骤二中，改性聚多巴胺纳米管的制备方法为：取8-羟基喹啉、丙酮、聚多巴胺纳米管，在室温下搅拌30～40min，将8-羟基喹啉吸入聚多巴胺纳米管空腔中，用去离子水清洗聚多巴胺纳米管，离心，在45～55℃下干燥10～12h，得到封装有8-羟基喹啉的纳米管，取封装有8-羟基喹啉的纳米管、氯化钠溶液，超声分散5～10min，加入聚(丙烯胺盐酸盐)，搅拌10～20min，离心，用去离子水清洗，在45～55℃下干燥10～12h，得到改性聚多巴胺纳米管。
12.较为优化地，聚多巴胺纳米管的制备方法为：取多巴胺、姜黄素、乙醇、丙酮，搅拌10～20min，加入去离子水，搅拌均匀，加入tris-hcl缓冲液，搅拌10～12h，用去离子水清
洗，离心，得到聚多巴胺包覆的姜黄素纳米管，将聚多巴胺包覆的姜黄素纳米管浸泡在乙醇中，搅拌40～50min，离心，在45～55℃下真空干燥10～12h，得到聚多巴胺纳米管。
13.较为优化地，步骤三中，溶液b的制备方法为：取1h,1h,2h,2h-全氟癸基硫醇、腐蚀抑制剂、乙醇，在室温下搅拌40～48h，得到溶液b。
14.较为优化地，所述腐蚀抑制剂为α-维生素e乙酯、钨酸钠、聚天冬氨酸中的一种或多种。
15.较为优化地，步骤一中，将碳、硅、锰、铬、镍、钼、硫、磷、铁混合均匀，加入球磨珠，球料比为10:1，进行球磨，球磨速度为400r/min，球磨1～2h，取料，真空干燥，真空熔炼，铸锭，加热锻造，得到棒坯，挤压加工，冷却，抛光，得到不锈钢棒。
16.与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：
17.(1)使用放电等离子对不锈钢粉体进行烧结，使得不锈钢粉体达到致密化，增加其抗拉强度，耐高压性能。
18.(2)对不锈钢管进行紫外臭氧处理改性技术，还可以使不锈钢管表面出现大量纳米级凹坑和凸起，增大了表面的粗糙度，增加了膜a与不锈钢管之间的接触面积，提高了二者之间的结合力，加上聚多巴胺薄膜本身的粘附作用，使得不锈钢管的接触角更小，粘附结合作用更强。同时使用紫外-臭氧改性技术，对覆有聚多巴胺膜a的不锈钢棒进行紫外臭氧处理，使得聚多巴胺薄膜表面发生了光分解和光氧化的反应，生成一些含氧的极性官能团，这些极性官能团与不锈钢管表面之间产生了强烈的相互作用，提高了聚多巴胺膜a与不锈钢管表面之间的结合强度；
19.另一方面对不锈钢管进行紫外臭氧处理改性技术，同时增加了膜a上的表面活性位点，使得更多的8-羟基喹啉负载在聚多巴胺纳米管上，增强了不锈钢管的耐腐蚀性，同时更多的活性位点增强了膜b的粘附修饰，提高了膜a与膜b之间的结合强度。
20.(3)将8-羟基喹啉吸入聚多巴胺纳米管空腔中，对聚多巴胺纳米管进行改性。当不锈钢棒表面破损并处于具有腐蚀性物质的环境中时，在装载有缓蚀剂8-羟基喹啉、表面沉积有聚(丙烯胺盐酸盐)的聚多巴胺纳米管表面的ph会发生变化，使得纳米管表面的聚(丙烯胺盐酸盐)打开，释放内部吸附的8-羟基喹啉缓蚀剂，释放的8-羟基喹啉与不锈钢管中的铁离子会发生络合，从而生成8-羟基喹啉铁fe(8-hq)3络合物，由此实现自修复膜层上的划痕。
21.(4)添加1h,1h,2h,2h-全氟癸基硫醇，覆有膜a的不锈钢管表面进行二次修饰反应，使不锈钢管具备超疏水结构，覆有膜a的不锈钢管在行进行紫外臭氧处理改性处理后，增加了膜a上的表面活性位点，有利于膜b的粘附修饰，提高了膜a与膜b之间的结合强度。同时聚合成复合薄膜，对基体表面进行改性，使其具备疏水等性能。阻碍隔离了腐蚀介质与金属基体之间接触、反应，同时加入腐蚀抑制剂，加强了不锈钢管的耐腐蚀性。
具体实施方式
22.下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
23.实施例1
24.步骤一：将碳、硅、锰、铬、镍、钼、硫、磷、铁混合均匀，加入球磨珠，球料比为10:1，进行球磨，球磨速度为400r/min，球磨1.5h，取料，真空干燥，真空熔炼，铸锭，加热锻造，得到棒坯，挤压加工，冷却，抛光，得到不锈钢棒，所述不锈钢棒截面直径为10mm。
25.所述不锈钢棒包括以下成分，按照重量百分比为：碳0.02％、硅0.7％、锰1.5％、铬16％、镍2.5％、钼1.5％、硫0.025％、磷0.03％，其余为铁。
26.步骤二：取5g多巴胺、1g姜黄素、20ml丙酮、80ml乙醇，搅拌15min，加入400ml去离子水，搅拌均匀，加入30ml tris-hcl缓冲液，搅拌11h，用去离子水清洗，离心，得到聚多巴胺包覆的姜黄素纳米管，将聚多巴胺包覆的姜黄素纳米管浸泡在乙醇中，搅拌45min，离心，在50℃下真空干燥11h，得到聚多巴胺纳米管。
27.步骤三：取1.2g 8-羟基喹啉、10ml丙酮、0.3g聚多巴胺纳米管，在室温下搅拌35min，将8-羟基喹啉吸入聚多巴胺纳米管空腔中，用去离子水清洗聚多巴胺纳米管，离心，在50℃下干燥11h，得到封装有8-羟基喹啉的纳米管，取0.3g封装有8-羟基喹啉的纳米管、30ml氯化钠溶液，超声分散7.5min，加入1g聚(丙烯胺盐酸盐)，搅拌15min，离心，用去离子水清洗，在50℃下干燥11h，得到改性聚多巴胺纳米管。
28.步骤四：取0.1g改性聚多巴胺纳米管、100mlph＝8.5的多巴胺tris-hcl缓冲溶液，搅拌11h，浸入不锈钢棒11h，用去离子水清洗，干燥，对不锈钢棒进行紫外臭氧处理6min，得到覆有膜a的不锈钢棒。
29.步骤五：取0.2g1h,1h,2h,2h-全氟癸基硫醇、3gα-维生素e乙酯、100ml乙醇，在室温下搅拌44h，浸入覆有膜a的不锈钢棒11h，用去离子水清洗，干燥，得到覆有膜b的耐高压耐腐蚀不锈钢棒。
30.实施例2
31.步骤一：将碳、硅、锰、铬、镍、钼、硫、磷、铁混合均匀，加入球磨珠，球料比为10:1，进行球磨，球磨速度为400r/min，球磨1.5h，取料，真空干燥，真空熔炼，铸锭，加热锻造，得到棒坯，挤压加工，冷却，抛光，得到不锈钢棒，所述不锈钢棒截面直径为10mm。
32.所述不锈钢棒包括以下成分，按照重量百分比为：碳0.01％、硅0.5％、锰1.0％、铬15％、镍1％、钼1％、硫0.02％、磷0.02％，其余为铁。
33.步骤二：取5g多巴胺、1g姜黄素、20ml丙酮、80ml乙醇，搅拌10min，加入400ml去离子水，搅拌均匀，加入30ml tris-hcl缓冲液，搅拌10h，用去离子水清洗，离心，得到聚多巴胺包覆的姜黄素纳米管，将聚多巴胺包覆的姜黄素纳米管浸泡在乙醇中，搅拌40min，离心，在45℃下真空干燥10h，得到聚多巴胺纳米管。
34.步骤三：取1.2g 8-羟基喹啉、10ml丙酮、0.3g聚多巴胺纳米管，在室温下搅拌30min，将8-羟基喹啉吸入聚多巴胺纳米管空腔中，用去离子水清洗聚多巴胺纳米管，离心，在45℃下干燥10h，得到封装有8-羟基喹啉的纳米管，取0.3g封装有8-羟基喹啉的纳米管、30ml氯化钠溶液，超声分散5min，加入1g聚(丙烯胺盐酸盐)，搅拌10min，离心，用去离子水清洗，在45℃下干燥10h，得到改性聚多巴胺纳米管。
35.步骤四：取0.1g改性聚多巴胺纳米管、100mlph＝8.5的多巴胺tris-hcl缓冲溶液，搅拌10h，浸入不锈钢棒10h，用去离子水清洗，干燥，对不锈钢棒进行紫外臭氧处理4min，得到覆有膜a的不锈钢棒。
36.步骤五：取0.2g1h,1h,2h,2h-全氟癸基硫醇、3g钨酸钠、100ml乙醇，在室温下搅拌40h，浸入覆有膜a的不锈钢棒10h，用去离子水清洗，干燥，得到覆有膜b的耐高压耐腐蚀不锈钢棒。
37.实施例3
38.步骤一：将碳、硅、锰、铬、镍、钼、硫、磷、铁混合均匀，加入球磨珠，球料比为10:1，进行球磨，球磨速度为400r/min，球磨2h，取料，真空干燥，真空熔炼，铸锭，加热锻造，得到棒坯，挤压加工，冷却，抛光，得到不锈钢棒，所述不锈钢棒截面直径为10mm。
39.所述不锈钢棒包括以下成分，按照重量百分比为：碳0.03％、硅1.0％、锰2.0％、铬17％、镍4％、钼2％、硫0.03％、磷0.04％、其余为铁。
40.步骤二：取5g多巴胺、1g姜黄素、20ml丙酮、80ml乙醇，搅拌20min，加入400ml去离子水，搅拌均匀，加入30ml tris-hcl缓冲液，搅拌12h，用去离子水清洗，离心，得到聚多巴胺包覆的姜黄素纳米管，将聚多巴胺包覆的姜黄素纳米管浸泡在乙醇中，搅拌50min，离心，在55℃下真空干燥12h，得到聚多巴胺纳米管。
41.步骤三：取1.2g 8-羟基喹啉、10ml丙酮、0.3g聚多巴胺纳米管，在室温下搅拌40min，将8-羟基喹啉吸入聚多巴胺纳米管空腔中，用去离子水清洗聚多巴胺纳米管，离心，在55℃下干燥12h，得到封装有8-羟基喹啉的纳米管，取0.3g封装有8-羟基喹啉的纳米管、30ml氯化钠溶液，超声分散10min，加入1g聚(丙烯胺盐酸盐)，搅拌20min，离心，用去离子水清洗，在55℃下干燥12h，得到改性聚多巴胺纳米管。
42.步骤四：取0.1g改性聚多巴胺纳米管、100mlph＝8.5的多巴胺tris-hcl缓冲溶液，搅拌12h，浸入不锈钢棒12h，用去离子水清洗，干燥，对不锈钢棒进行紫外臭氧处理8min，得到覆有膜a的不锈钢棒。
43.步骤五：取0.2g1h,1h,2h,2h-全氟癸基硫醇、3g聚天冬氨酸、100ml乙醇，在室温下搅拌48h，浸入覆有膜a的不锈钢棒12h，用去离子水清洗，干燥，得到覆有膜b的耐高压耐腐蚀不锈钢棒。
44.实施例4：不对不锈钢管进行紫外臭氧处理，其余与实施例1相同。
45.步骤一：将碳、硅、锰、铬、镍、钼、硫、磷、铁混合均匀，加入球磨珠，球料比为10:1，进行球磨，球磨速度为400r/min，球磨1.5h，取料，真空干燥，真空熔炼，铸锭，加热锻造，得到棒坯，挤压加工，冷却，抛光，得到不锈钢棒，所述不锈钢棒截面直径为10mm。
46.所述不锈钢棒包括以下成分，按照重量百分比为：碳0.02％、硅0.7％、锰1.5％、铬16％、镍2.5％、钼1.5％、硫0.025％、磷0.03％，其余为铁。
47.步骤二：取5g多巴胺、1g姜黄素、20ml丙酮、80ml乙醇，搅拌15min，加入400ml去离子水，搅拌均匀，加入30ml tris-hcl缓冲液，搅拌11h，用去离子水清洗，离心，得到聚多巴胺包覆的姜黄素纳米管，将聚多巴胺包覆的姜黄素纳米管浸泡在乙醇中，搅拌45min，离心，在50℃下真空干燥11h，得到聚多巴胺纳米管。
48.步骤三：取1.2g 8-羟基喹啉、10ml丙酮、0.3g聚多巴胺纳米管，在室温下搅拌35min，将8-羟基喹啉吸入聚多巴胺纳米管空腔中，用去离子水清洗聚多巴胺纳米管，离心，在50℃下干燥11h，得到封装有8-羟基喹啉的纳米管，取0.3g封装有8-羟基喹啉的纳米管、30ml氯化钠溶液，超声分散7.5min，加入1g聚(丙烯胺盐酸盐)，搅拌15min，离心，用去离子水清洗，在50℃下干燥11h，得到改性聚多巴胺纳米管。
49.步骤四：取0.1g改性聚多巴胺纳米管、100mlph＝8.5的多巴胺tris-hcl缓冲溶液，搅拌11h，浸入不锈钢棒11h，用去离子水清洗，干燥，得到覆有膜a的不锈钢棒。
50.步骤五：取0.2g1h,1h,2h,2h-全氟癸基硫醇、3gα-维生素e乙酯、100ml乙醇，在室温下搅拌44h，浸入覆有膜a的不锈钢棒11h，用去离子水清洗，干燥，得到覆有膜b的耐高压耐腐蚀不锈钢棒。
51.实施例5：不覆膜a，其余与实施例1相同。
52.步骤一：将碳、硅、锰、铬、镍、钼、硫、磷、铁混合均匀，加入球磨珠，球料比为10:1，进行球磨，球磨速度为400r/min，球磨1.5h，取料，真空干燥，真空熔炼，铸锭，加热锻造，得到棒坯，挤压加工，冷却，抛光，得到不锈钢棒，所述不锈钢棒截面直径为10mm。
53.所述不锈钢棒包括以下成分，按照重量百分比为：碳0.02％、硅0.7％、锰1.5％、铬16％、镍2.5％、钼1.5％、硫0.025％、磷0.03％，其余为铁。
54.步骤二：取0.2g1h,1h,2h,2h-全氟癸基硫醇、3gα-维生素e乙酯、100ml乙醇，在室温下搅拌44h，浸入不锈钢棒，11h，用去离子水清洗，干燥，得到覆有膜b的耐高压耐腐蚀不锈钢棒。
55.实施例6：不覆膜b，其余与实施例1相同。
56.步骤一：将碳、硅、锰、铬、镍、钼、硫、磷、铁混合均匀，加入球磨珠，球料比为10:1，进行球磨，球磨速度为400r/min，球磨1.5h，取料，真空干燥，真空熔炼，铸锭，加热锻造，得到棒坯，挤压加工，冷却，抛光，得到不锈钢棒，所述不锈钢棒截面直径为10mm。
57.所述不锈钢棒包括以下成分，按照重量百分比为：碳0.02％、硅0.7％、锰1.5％、铬16％、镍2.5％、钼1.5％、硫0.025％、磷0.03％，其余为铁。
58.步骤二：取5g多巴胺、1g姜黄素、20ml丙酮、80ml乙醇，搅拌15min，加入400ml去离子水，搅拌均匀，加入30ml tris-hcl缓冲液，搅拌11h，用去离子水清洗，离心，得到聚多巴胺包覆的姜黄素纳米管，将聚多巴胺包覆的姜黄素纳米管浸泡在乙醇中，搅拌45min，离心，在50℃下真空干燥11h，得到聚多巴胺纳米管。
59.步骤三：取1.2g 8-羟基喹啉、10ml丙酮、0.3g聚多巴胺纳米管，在室温下搅拌35min，将8-羟基喹啉吸入聚多巴胺纳米管空腔中，用去离子水清洗聚多巴胺纳米管，离心，在50℃下干燥11h，得到封装有8-羟基喹啉的纳米管，取0.3g封装有8-羟基喹啉的纳米管、30ml氯化钠溶液，超声分散7.5min，加入1g聚(丙烯胺盐酸盐)，搅拌15min，离心，用去离子水清洗，在50℃下干燥11h，得到改性聚多巴胺纳米管。
60.步骤四：取0.1g改性聚多巴胺纳米管、100mlph＝8.5的多巴胺tris-hcl缓冲溶液，搅拌11h，浸入不锈钢棒11h，用去离子水清洗，干燥，对不锈钢棒进行紫外臭氧处理6min，得到耐高压耐腐蚀不锈钢棒。
61.实施例7：不添加腐蚀抑制剂，其余与实施例1相同。
62.步骤一：将碳、硅、锰、铬、镍、钼、硫、磷、铁混合均匀，加入球磨珠，球料比为10:1，进行球磨，球磨速度为400r/min，球磨1.5h，取料，真空干燥，真空熔炼，铸锭，加热锻造，得到棒坯，挤压加工，冷却，抛光，得到不锈钢棒，所述不锈钢棒截面直径为10mm。
63.所述不锈钢棒包括以下成分，按照重量百分比为：碳0.02％、硅0.7％、锰1.5％、铬16％、镍2.5％、钼1.5％、硫0.025％、磷0.03％，其余为铁。
64.步骤二：取5g多巴胺、1g姜黄素、20ml丙酮、80ml乙醇，搅拌15min，加入400ml去离
子水，搅拌均匀，加入30ml tris-hcl缓冲液，搅拌11h，用去离子水清洗，离心，得到聚多巴胺包覆的姜黄素纳米管，将聚多巴胺包覆的姜黄素纳米管浸泡在乙醇中，搅拌45min，离心，在50℃下真空干燥11h，得到聚多巴胺纳米管。
65.步骤三：取1.2g 8-羟基喹啉、10ml丙酮、0.3g聚多巴胺纳米管，在室温下搅拌35min，将8-羟基喹啉吸入聚多巴胺纳米管空腔中，用去离子水清洗聚多巴胺纳米管，离心，在50℃下干燥11h，得到封装有8-羟基喹啉的纳米管，取0.3g封装有8-羟基喹啉的纳米管、30ml氯化钠溶液，超声分散7.5min，加入1g聚(丙烯胺盐酸盐)，搅拌15min，离心，用去离子水清洗，在50℃下干燥11h，得到改性聚多巴胺纳米管。
66.步骤四：取0.1g改性聚多巴胺纳米管、100mlph＝8.5的多巴胺tris-hcl缓冲溶液，搅拌11h，浸入不锈钢棒11h，用去离子水清洗，干燥，对不锈钢棒进行紫外臭氧处理6min，得到覆有膜a的不锈钢棒。
67.步骤五：取0.2g1h,1h,2h,2h-全氟癸基硫醇、100ml乙醇，在室温下搅拌44h，浸入覆有膜a的不锈钢棒11h，用去离子水清洗，干燥，得到覆有膜b的耐高压耐腐蚀不锈钢棒。
68.实验1：
69.取实施例1～5制备的不锈钢棒进行性能测试，在不锈钢管上划5道长度相同的划痕，置于3.5wt％nacl水溶液中浸泡10h，测试其自修复性能，得到数据如下表所示：
70.[0071][0072]
结论：实施例4不对不锈钢管进行紫外臭氧处理，膜层之间的结合强度变低，在腐蚀环境下膜层易脱落；实施例5不覆膜a，不锈钢管表面出现了许多裂纹，证明在腐蚀环境下，8-羟基喹啉与不锈钢管中的铁离子会发生络合，从而生成8-羟基喹啉铁fe(8-hq)3络合物，由此实现自修复膜层上的划痕。
[0073]
实验2：
[0074]
取实施例1～4、实施例6～7制备的不锈钢棒进行性能测试，置于3.5wt％nacl水溶液中浸泡30天，测试其耐腐蚀性能，得到数据如下表所示：
[0075]
[0076][0077]
结论：有表上数据对比可知，实施例6不覆膜b，不锈钢管表面最粗燥；由实施例1～4与实施例7对比可知，添加腐蚀抑制剂能抑制不锈钢管腐蚀。
[0078]
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。