專利名稱：一種表面碳化材料及其實現方法
一種表面碳化材料及其實現方法技術領域
本發明屬于金屬材料防護領域，特別涉及一種表面設置有吸波材料和可碳化基材的表面碳化材料及其實現方法。
背景技術：
鋼材應用的領域非常廣泛，主要包括建筑工程、機械、輕工、汽車、煤炭、船舶、集裝箱、石油、鐵道裝備與建設等方面。隨著全球環境的日益惡化，在具體應用過程中，基于鋼材的設備及裝置的表面維護工作，也變得越來越重要和嚴峻。現有技術，常用的方法有改變鋼鐵的內部組織結構，例如，制造各種耐腐蝕的合金，如在普通鋼鐵中加入鉻、鎳等制成不銹鋼；或者，在鋼鐵表面覆蓋保護層，如，覆蓋非金屬材料、鍍上不易被腐蝕的金屬、在表面生成細密穩定的氧化膜，使金屬制品與周圍腐蝕介質隔離，從而防止腐蝕。這類保護層在一定程度上減緩了腐蝕介質或污染源對鋼材的侵蝕，但是，不能徹底將腐蝕介質或污染源消除，它們還是會殘留，設置附著在鋼材上。
活性炭或泡沫炭，作為空氣凈化劑或催化劑，它能夠有效地吸附環境中的有害氣體和物質，同時，與其他催化劑相結合，能夠對吸附的有害物質進行分解。此外，它作為一種多孔材料，還能夠有效地隔離熱量。基于此，可以將這類材料包覆在以鋼材為主的儀器或裝備的外圍，既能有效地對鋼材進行自我保護，實現自身凈化，同時，還能夠加強設備的散熱功能。但是，如何實現在鋼材的外圍設置這類活性炭或泡沫炭基材呢？
近年來，研究者提出了通過吸波材料吸收微波來對浙青進行加熱的技術方案， 例如，中國專利(申請號200910185168)提出了一種可用微波加熱的浙青混凝土中的礦粉，在包括有浙青浙青混凝土層中，加入鐵氧體，通過調節鐵氧體在深度方向上的分布， 使各層面獲得所需的加熱溫度，實現微波加熱浙青混凝土的可控性。中國專利(申請號 200810060098)提出了一種可用微波加熱的浙青及其制備方法，將包括鐵氧體在內的吸波材料加入至浙青或改性浙青中，從而滿足現場熱熔浙青的要求。
鑒于上述技術現狀，本發明提出了一種將吸波材料和碳化材料主要設置在鋼材本體的技術方案，通過吸波材料吸收微波使碳化材料碳化成多孔炭附著在鋼材本體上，形成保護層。發明內容
本發明要解決的問題是提供一種表面碳化材料及其實現方法，可在鋼材或鐵合金基體上設置表面碳化材料，從而在鋼材本體上形成保護層和隔熱層。
本發明的目的之一，是提供一種表面碳化材料，它對應著包括鐵合金和鋼鐵至少其一的材料本體而設置，在所述的材料本體的表面分別設置有微波敏感層和表面碳化層， 其中的微波敏感層，它是能夠通過吸收微波為所述的表面碳化層提供使其發生碳化的高溫環境的材料結構；其中的表面碳化層，它是能夠在所述的微波敏感層提供的高溫環境下發生碳化的材料結構。
進一步，所述的表面碳化材料，還具有如下技術特征所述的微波敏感層是通過對材料本體的表面進行氧化處理而生成的鐵氧體來實現的。所述的微波敏感層為鐵氧體、能夠在其表面生成鐵氧體的鐵合金及鋼鐵中的至少一種。所述的微波敏感層設置在所述的表面碳化層的內部或者表面。所述的表面碳化層為煤浙青、石油浙青、中間相浙青、酚醛樹脂中至少一種。本發明的目的之二，是提供一種表面碳化材料的實現方法，該方法包括如下步驟步驟1，在材料本體的表面設置微波敏感層和表面碳化層，其中，所述的微波敏感層能夠在微波作用下使表面碳化層發生碳化；步驟2，在微波作用下，微波敏感層吸收微波，并處于高溫狀態；步驟3，表面碳化層在微波敏感層提供的高溫環境下發生碳化。進一步，所述的表面碳化材料的實現方法，還具有如下技術特征步驟1中，利用電鍍、濺射、噴霧、浸潤中的一種，在材料本體的表面設置微波敏感層。所述的材料本體為鐵合金和鋼鐵中至少其一。所述的表面碳化層為煤浙青、石油浙青、中間相浙青、酚醛樹脂中至少一種。本發明的目的之三，是提供一種表面碳化材料的另一實現方法，該方法包括如下步驟步驟1，對包括鐵合金和鋼鐵至少其一的材料本體的表面進行氧化處理，在材料本體的表面生成以正三價鐵離子為主的微波敏感層；步驟2，在生成有微波敏感層的材料本體的表面設置表面碳化層；步驟3，在微波作用下，微波敏感層吸收微波，并處于高溫狀態；步驟4，表面碳化層在微波敏感層提供的高溫環境下發生碳化。進一步，所述的表面碳化材料的實現方法還包括如下技術特征步驟1中，在材料本體表面生成微波敏感層的步驟包括步驟11，在有氧條件下， 對包括鐵合金和鋼鐵至少其一的材料本體進行加熱，至少使其表面處于高溫狀態；步驟 12，向處于高溫狀態下的材料本體，噴射能使其迅速降溫的液體；步驟13，待步驟12中的材料本體冷卻后，在其表面生成以正三價鐵離子為主的微波敏感層。所述的表面碳化層為煤浙青、石油浙青、中間相浙青、酚醛樹脂中至少一種。本發明的優點在于本發明對應著包括鐵合金和鋼鐵在內的材料本體的表面分別設置有微波敏感層和表面碳化層，其中，微波敏感層能夠通過吸收微波為表面碳化層提供使高溫環境，使表面碳化層發生碳化，在材料本體表面形成保護層，既能有效地對鋼材進行自我保護，實現自身凈化，同時，還能夠加強設備的散熱功能。
下面結合附圖對本發明進行更詳細的說明。
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圖1是本發明所述的表面碳化材料的結構的第一種實施例圖。
圖2是本發明所述的表面碳化材料的結構的第二種實施例圖。
圖3是本發明所述的表面碳化材料的結構的第三種實施例圖。
圖4是本發明所述的表面碳化材料的實現方法的流程圖。
圖5是本發明所述的表面碳化材料的另一種實現方法的流程圖。
具體實施方式
下面參照附圖，結合具體實施例對本發明做進一步的說明。
本發明所述的表面碳化材料，對應著與用途有關的材料本體來設置，這里所述的材料本體，在本發明中，主要指包括鐵單質、鐵合金及鋼鐵至少其一在內的材料結構。作為舉例而非限定，鐵合金可為硅鐵、錳鐵、硅錳、鉻鐵、鎢鐵、釩鐵、鎳鐵、鉬鐵、鈦鐵、稀土鎂硅、 稀土硅鐵、硅鈣合金、硅鋇合金、硅鋁合金、鉭鈮、磷鐵、硼鐵等中的至少一種，鋼鐵是指鐵與 C(碳)、Si (硅)、Mn(錳)、P(磷)、S(硫)以及少量的其他元素所組成的合金。
本發明的創新之處在于，在所述的材料本體的表面分別設置有微波敏感層和表面碳化層，通過微波敏感層吸收微波，來提供一個高溫環境，使表面碳化層在該高溫環境下發生碳化，從而在材料本體的表面生成與用途相關的保護層。
其中，所述的微波敏感層，它是通過吸收微波為表面碳化層的碳化提供高溫環境的材料結構。在本發明中，該微波敏感層優選通過對材料本體的表面進行氧化處理而生成的鐵氧體來實現，當然也不排除其他設置微波敏感層的設置方式。這里所述的鐵氧體，它是由三氧化二鐵和一種或幾種其他金屬氧化物(例如氧化鎳、氧化鋅、氧化錳、氧化鎂、氧化鋇、氧化鍶等)組成的，具有較大磁導率。它具有良好的吸收電磁波的性能，吸波能力為一般材料的幾百倍。
其中，所述的表面碳化層，它是能夠在所述的微波敏感層提供的高溫環境下發生碳化的材料結構。該表面碳化層經碳化后，一般變成具有多孔結構的泡沫材料而附著在材料本體的表面。在本發明中，該表面碳化層由煤浙青、石油浙青、中間相浙青、酚醛樹脂中的至少一種來實現。當然，也可通過包括木炭、竹炭、各種果殼和煤中至少一種在內的混合物來實現。
下面，結合著圖4和圖5所示的表面碳化材料的實現方法的流程圖，對本發明中， 微波敏感層和表面碳化層對應著材料本體的幾種優選設置方式進行詳細地描述。
如圖1-3所示，本發明所述的表面碳化材料100包括有材料本體110，以及設置在材料本體110表面的微波敏感層120和表面碳化層130。其中，微波敏感層120設置在表面碳化層130的內部或者表面。具體地，
如圖1所示，在材料本體110的表面設置有微波敏感層120，在該微波敏感層120 的外表面上設置有表面碳化層130。這種設置方式，將微波敏感層120設置在材料本體110 和表面碳化層130之間，表面碳化層130可在微波敏感層120提供的高溫環境下，由內至外地依次發生碳化，避免了因表面碳化層130的碳化而引起安全隱患。
如圖2所示，與圖1所示的區別之處在于，將微波敏感層120分散設置于表面碳化層130的內部。這種設置方式，將微波敏感層120設置在表面碳化層130提供的介質環境中，并將其包覆起來，這樣，微波敏感層120將會在表面碳化層130的內部，同步地提供高溫環境下，使表面碳化層130的碳化過程能夠同步實施，從而提高碳化效果。對應著圖1和圖2所示的表面碳化材料100，其優選實現方法為步驟1，在材料本體的表面設置微波敏感層和表面碳化層，其中，所述的微波敏感層能夠在微波作用下使表面碳化層發生碳化。這里所述的材料本體在廣義上為耐熱玻璃、耐熱塑料、陶瓷、鐵合金、石料、金屬合金中至少一種；狹義上主要指包括鐵單質、鐵合金及鋼鐵至少其一在內的材料結構，具體如前面所述。在本發明中，對應著圖1和圖2所示的表面碳化材料的結構，優選后者。所述的微波敏感層優選鐵氧體，它具有良好的吸收電磁波的性能，吸波能力為一般材料的幾百倍。 所述的表面碳化層，優選由煤浙青、石油浙青、中間相浙青、酚醛樹脂中的至少一種來實現。 當然，也可通過包括木炭、竹炭、各種果殼和煤中至少一種在內的混合物來實現。具體地，可利用電鍍、濺射、噴霧、浸潤中的一種方法，將微波敏感層設置在材料本體的表面。步驟2，在微波作用下，微波敏感層吸收微波，并處于高溫狀態。當利用微波發生器對應著該表面碳化材料發射微波時，設置在材料本體的鐵氧體，就會迅速地吸收微波，形成一個高溫狀態。具體地，可以通過調節鐵氧體的設置方式、分布形式等，以及微波發生器的工作狀態等，來控制高溫狀態對應的溫度。步驟3，表面碳化層在微波敏感層提供的高溫環境下發生碳化。以表面碳化層選用浙青為例，浙青在碳化時一般經歷蒸發、熱解和熱縮合等變化，可分為四個溫度區間 < 3000C ；300-4500C ；450_5501和> 550°C，當焦化溫度達 900-1000°C時，即可發生碳化。 當表面碳化層提供的溫度達到浙青的碳化溫度時，即可實現對浙青的碳化。如圖3所示，與圖1所示的區別之處在于，所述的微波敏感層與材料本體是一個整體，具體為材料本體的表面部分。它是通過對材料本體的表面進行氧化處理而獲得的。這種設置方式，適用于包括鐵單質、鐵合金、鋼鐵等至少一種的材料本體。在有氧條件下，直接對材料本體進行氧化處理即可獲得微波敏感層，從而簡化了設置工藝，同時，增強了微波敏感層與材料本體的結合力。對應著圖3所示的表面碳化材料，其優選實現方法為步驟1，對包括鐵合金和鋼鐵至少其一的材料本體的表面進行氧化處理，在材料本體的表面生成以正三價鐵離子為主的微波敏感層。具體地，在材料本體表面生成微波敏感層的步驟包括步驟11，在有氧條件下，對包括鐵合金和鋼鐵至少其一的材料本體進行加熱，至少使其表面處于高溫狀態；步驟12， 向處于高溫狀態下的材料本體，噴射能使其迅速降溫的液體，例如，水或水蒸氣；步驟13， 待步驟12中的材料本體冷卻后，在其表面生成以正三價鐵離子為主的鐵氧體。步驟2，在生成有鐵氧體的材料本體的表面設置表面碳化層。該表面碳化層，優選由煤浙青、石油浙青、中間相浙青、酚醛樹脂中的至少一種來實現。具體地，作為舉例而非限定，可利用濺射或浸潤，將微波敏感層設置在材料本體的表面。步驟3，在微波作用下，微波敏感層吸收微波，并處于高溫狀態。具體地，可以通過調節鐵氧體的設置方式、分布形式等，以及微波發生器的工作狀態等，來控制高溫狀態對應的溫度。這里所述的高溫狀態的具體溫度，要根據所選用的表面碳化層基材來設定，比如， 對應著浙青，其最高溫度可能要達到900-1000°C。
步驟4，表面碳化層在微波敏感層提供的高溫環境下發生碳化。例如，對于浙青來說，當焦化溫度達900-1000°C時，即可發生碳化。當表面碳化層提供的溫度達到浙青的碳化溫度時，即可實現對浙青的碳化。
以上是對本發明的描述而非限定，基于本發明思想的其它實施方式，均在本發明的保護范圍之中。
權利要求
1.一種表面碳化材料，它對應著包括鐵合金和鋼鐵至少其一的材料本體而設置，其特征在于在所述的材料本體的表面分別設置有微波敏感層和表面碳化層，其中，所述的微波敏感層，它是能夠通過吸收微波為所述的表面碳化層提供使其發生碳化的高溫環境的材料結構；所述的表面碳化層，它是能夠在所述的微波敏感層提供的高溫環境下發生碳化的材料結構。
2.根據權利要求1所述的一種表面碳化材料，其特征在于所述的微波敏感層是通過對材料本體的表面進行氧化處理而生成的鐵氧體來實現的。
3.根據權利要求1所述的一種表面碳化材料，其特征在于所述的微波敏感層為鐵氧體、能夠在其表面生成鐵氧體的鐵合金及鋼鐵中的至少一種。
4.根據權利要求1所述的一種表面碳化材料，其特征在于所述的微波敏感層設置在所述的表面碳化層的內部或者表面。
5.根據權利要求1所述的一種表面碳化材料，其特征在于所述的表面碳化層為煤浙青、石油浙青、中間相浙青、酚醛樹脂中至少一種。
6.一種表面碳化材料的實現方法，其特征在于該方法包括如下步驟步驟1，在材料本體的表面設置微波敏感層和表面碳化層，其中，所述的微波敏感層能夠在微波作用下使表面碳化層發生碳化；步驟2，在微波作用下，微波敏感層吸收微波，并處于高溫狀態； 步驟3，表面碳化層在微波敏感層提供的高溫環境下發生碳化。
7.根據權利要求6所述的一種表面碳化材料的實現方法，其特征在于步驟1中，利用電鍍、濺射、噴霧、浸潤中的一種，在材料本體的表面設置微波敏感層。
8.根據權利要求6所述的一種表面碳化材料的實現方法，其特征在于所述的材料本體為鐵合金和鋼鐵中至少其一。
9.根據權利要求6所述的一種表面碳化材料的實現方法，其特征在于所述的表面碳化層為煤浙青、石油浙青、中間相浙青、酚醛樹脂中至少一種。
10.一種表面碳化材料的實現方法，其特征在于該方法包括如下步驟步驟1，對包括鐵合金和鋼鐵至少其一的材料本體的表面進行氧化處理，在材料本體的表面生成以正三價鐵離子為主的微波敏感層；步驟2，在生成有微波敏感層的材料本體的表面設置表面碳化層； 步驟3，在微波作用下，微波敏感層吸收微波，并處于高溫狀態； 步驟4，表面碳化層在微波敏感層提供的高溫環境下發生碳化。
11.根據權利要求10所述的一種表面碳化材料的實現方法，其特征在于步驟1中，在材料本體表面生成微波敏感層的步驟包括，步驟11，在有氧條件下，對包括鐵合金和鋼鐵至少其一的材料本體進行加熱，至少使其表面處于高溫狀態；步驟12，向處于高溫狀態下的材料本體，噴射能使其迅速降溫的液體； 步驟13，待步驟12中的材料本體冷卻后，在其表面生成以正三價鐵離子為主的微波敏感層。
12.根據權利要求10所述的一種表面碳化材料的實現方法，其特征在于所述的表面碳化層為煤浙青、石油浙青、中間相浙青、酚醛樹脂中至少一種。
全文摘要
本發明提出了一種表面碳化材料及其實現方法，屬于金屬材料防護領域。它對應著包括鐵合金和鋼鐵在內的材料本體的表面設置有微波敏感層和表面碳化層，其中，微波敏感層能夠通過吸收微波為表面碳化層提供使高溫環境，使表面碳化層發生碳化。具體為對材料本體的表面進行氧化處理，在其表面生成以正三價鐵離子為主的鐵氧體；在生成有鐵氧體的材料本體的表面設置表面碳化層；在微波作用下，微波敏感層吸收微波處于高溫狀態，使表面碳化層發生碳化。本發明通過在材料本體上設置表面碳化層，既能有效地對鋼材進行自我保護，實現自身凈化，同時，還能夠加強設備的散熱功能。
文檔編號C23C26/00GK102534608SQ20101061039
公開日2012年7月4日 申請日期2010年12月28日 優先權日2010年12月28日
發明者不公告發明人 申請人:上海杰遠環保科技有限公司