一種擴(kuò)散滲鋅鍍層的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種擴(kuò)散滲鋅鍍層的方法，屬于鋼鐵材料的表面鍍覆工藝【技術(shù)領(lǐng)域】。采用常規(guī)的機(jī)械鍍鋅方法在鋼鐵制件表面預(yù)鍍一層鋅沉積層，再將其埋沒于上述防氧化填料中并放入擴(kuò)散滲鍍爐或保溫箱中，或者將預(yù)鍍鋅層的工件涂掛防氧化涂層并干燥后放入擴(kuò)散滲鍍爐或保溫箱中進(jìn)行保溫，使得鋅鐵原子發(fā)生相互擴(kuò)散形成具有鋅鐵合金結(jié)構(gòu)的擴(kuò)散滲鋅層。采用本發(fā)明提供的方法可以基本防止預(yù)處理和再氧化造成的擴(kuò)散滲鋅漏鍍，有利于保證擴(kuò)散滲鋅層的質(zhì)量并大幅度提高產(chǎn)品的成品率。
【專利說明】一種擴(kuò)散滲鋅鍍層的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種擴(kuò)散滲鋅鍍層的方法，屬于鋼鐵材料的表面鍍覆工藝【技術(shù)領(lǐng)域】。【背景技術(shù)】
[0002]世界鋼產(chǎn)量約有十分之一損耗于腐蝕、銹蝕，對(duì)我國造成的經(jīng)濟(jì)損失每年至少在400億元以上，尤其處于戶外暴露、海洋大氣和工業(yè)大氣等環(huán)境條件下，如道路設(shè)施、水利、化工、海洋、冶金、發(fā)電、汽車和工程機(jī)械等的構(gòu)件和零部件，因此，鋼鐵構(gòu)件和制品的防腐蝕是工程建設(shè)和裝備制造穩(wěn)定運(yùn)行的重要措施之一。在鋼鐵零件和制品表面上形成擴(kuò)散滲鋅層是一種對(duì)鋼鐵表面有效的防護(hù)措施，因?yàn)閿U(kuò)散滲鋅層主要由鋅鐵合金構(gòu)成，對(duì)鋼鐵基體能起到犧牲陽極保護(hù)的防護(hù)作用。擴(kuò)散滲鋅層的耐蝕性優(yōu)于電鍍、熱浸鍍鋅層和不銹鋼，采用經(jīng)過擴(kuò)散滲鋅層處理的鋼鐵產(chǎn)品，其防腐蝕效果和經(jīng)濟(jì)效益近年來已經(jīng)得到理論和實(shí)業(yè)界的認(rèn)同。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)一般采用粉末滲鋅方法在鋼鐵制品上獲得擴(kuò)散滲鋅層。粉末滲鋅技術(shù)的原理是，將滲鋅劑與鋼鐵制件按一定比例裝入滾動(dòng)(或旋轉(zhuǎn))的爐罐或滲鋅箱中，加熱到400°C左右，在保溫的條件下使?fàn)t罐或滲鋅箱的零件與填料不停地碰撞與摩擦，零件表面處于活性狀態(tài)，活性鋅原子由表及里地向鋼鐵制件滲透，同時(shí)，鐵原子由內(nèi)向外擴(kuò)散，實(shí)現(xiàn)“動(dòng)態(tài)”下的擴(kuò)散滲鋅，在鋼鐵制件的表層形成鋅鐵金屬間化合物，即擴(kuò)散滲鋅鍍層。由于溫度升高，鋅開始向零件內(nèi)部滲透擴(kuò)散，在零件表面形成牢固、平整、致密、厚度均勻的鋅鐵合金層，這層合金層既具有良好的耐磨性能和防腐蝕性能。實(shí)用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)見英國《鋼鐵滲鋅制件》標(biāo)準(zhǔn)BS4921-1988 (E)和中華人民共和國機(jī)械行業(yè)《鋼鐵粉末滲鋅》標(biāo)準(zhǔn)JB5067-1999。有研究報(bào)道介紹納米復(fù)合粉末滲鋅技術(shù)，該技術(shù)利用納米粉末特殊的熱學(xué)性能及化學(xué)性能，從而獲得比傳統(tǒng)粉末滲鋅更優(yōu)異的耐腐蝕性、耐磨性、抗高溫氧化性，能保持材料力學(xué)性能不變，提高涂裝結(jié)合力等特性。
[0004]現(xiàn)應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中的粉末滲鋅工藝是將鋼鐵零件/制件經(jīng)過除油、酸洗、烘干工序后裝入爐罐或滲鋅箱，再加入填料后調(diào)節(jié)溫度進(jìn)行熱擴(kuò)散處理。上述工藝過程中，尤其是在烘干與裝料過程中鋼鐵制件極易發(fā)生再氧化。由于除油、酸洗不凈或烘干與裝料時(shí)發(fā)生再氧化，易造成鋼鐵制件熱擴(kuò)散處理后出現(xiàn)局部的漏滲鍍，使得鋼鐵制件表面擴(kuò)散滲鋅層不完整或出現(xiàn)點(diǎn)斑狀漏滲鍍。使用環(huán)境中這些在擴(kuò)散滲鋅層局部存在的漏滲鍍?nèi)毕菖c環(huán)境中的腐蝕介質(zhì)形成腐蝕電池將造成零件/構(gòu)件局部腐蝕和點(diǎn)蝕，嚴(yán)重影響服役壽命。在現(xiàn)有技術(shù)中產(chǎn)品的漏滲鍍率均高于10%，極大地影響該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展。
[0005]機(jī)械鍍是在常溫、常壓下利用物理、化學(xué)吸附沉積和機(jī)械碰撞，使金屬粉在鋼鐵零件表面形成鍍層的一種表面處理工藝。機(jī)械鍍鋅的工藝方法目前在工業(yè)中已穩(wěn)定應(yīng)用，如中國專利ZL 93105628.4所述·，可以根據(jù)需要得到5~110微米范圍內(nèi)任意厚度的鍍鋅層。機(jī)械鍍鋅工藝的鋅粉有效使用率達(dá)到90%以上，成品率高于95%，相同鍍層厚度的生產(chǎn)成本一般為熱浸鍍鋅的40~60%。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種擴(kuò)散滲鋅鍍層的方法。該方法可以有效地防止擴(kuò)散滲鍍工藝過程中環(huán)境氣氛對(duì)預(yù)鍍鋅層及鋼鐵制件的氧化作用，使得擴(kuò)散滲鋅層必需的鋅來源和熱傳導(dǎo)條件相對(duì)穩(wěn)定，提高滲鋅原料的利用率，降低生產(chǎn)成本。
[0007]本發(fā)明擴(kuò)散滲鋅鍍層方法:采用常規(guī)的機(jī)械鍍鋅方法在鋼鐵制件表面預(yù)鍍一層鋅沉積層，再將其埋沒于上述防氧化填料中并放入擴(kuò)散滲鍍爐或保溫箱中，或者將預(yù)鍍鋅層的工件涂掛防氧化涂層并干燥后放入擴(kuò)散滲鍍爐或保溫箱中進(jìn)行保溫，使得鋅鐵原子發(fā)生相互擴(kuò)散形成具有鋅鐵合金結(jié)構(gòu)的擴(kuò)散滲鋅層。具體步驟包括如下:
A、采用常規(guī)的機(jī)械鍍鋅方法在鋼鐵制件表面上預(yù)鍍一層鋅沉積層，得到無漏鍍的預(yù)制
件；
B、將上述預(yù)制件埋沒于防氧化填料內(nèi)并放入擴(kuò)散滲鍍爐或保溫箱中，或者將預(yù)制件表面涂掛防氧化涂層并干燥后放入擴(kuò)散滲鍍爐或保溫箱中進(jìn)行保溫，將箱內(nèi)溫度加熱至400~600°C后保溫10~20小時(shí)，使得鋅、鐵原子發(fā)生相互擴(kuò)散并最終在工件表面上形成具有鋅鐵合金結(jié)構(gòu)的擴(kuò)散滲鋅層。
[0008]所述步驟(B)中預(yù)制件表面涂掛防氧化涂層是將防氧化填料與占防氧化涂層質(zhì)量40~70wt%的水調(diào)配為漿料，然后將預(yù)制件放入上述漿料中涂覆均勻。
[0009]所述防氧化填料的組分包括:30~90wt%磷酸三鈣、20~60wt% 二氧化硅、10~30wt%氧化招。
[0010]所述防氧化填料的優(yōu)先組分為:40~70wt%磷酸三鈣、30~50wt% 二氧化硅、10~30wt%氧化招、0~6wt%粘土。
[0011]所述步驟(B)中干燥為自然干燥或加熱至80~100°C后保溫10~30分鐘。
[0012]本發(fā)明的有益效果是:本方法可以有效地防止擴(kuò)散滲鍍工藝過程中環(huán)境氣氛對(duì)預(yù)鍍鋅層及鋼鐵制件的氧化作用，使得擴(kuò)散滲鋅層必需的鋅來源和熱傳導(dǎo)條件相對(duì)穩(wěn)定，提高滲鋅原料的利用率，降低生產(chǎn)成本。采用本發(fā)明提供的方法可以基本防止預(yù)處理和再氧化造成的擴(kuò)散滲鋅漏鍍，大幅度提高產(chǎn)品的成品率，因?yàn)樵谟蓄A(yù)鍍鋅層的條件下工件不會(huì)出現(xiàn)氧化和銹蝕，擴(kuò)散滲鋅處理前的裝箱、入爐操作工藝要求和時(shí)間相對(duì)寬松，完全消除了因前處理和裝料再氧化造成漏滲鍍的可能。采用機(jī)械鍍鋅方法在鋼鐵制件表面上預(yù)鍍鋅層，可以保證在擴(kuò)散滲鋅處理前零件上的鋅層達(dá)到需要的厚度，并且通過檢驗(yàn)避免漏鍍鋅的零件進(jìn)入擴(kuò)散滲鋅工序；可以根據(jù)零件最終需要獲得的擴(kuò)散滲鋅層厚度選擇機(jī)械鍍鋅的預(yù)鍍鋅層厚度，避免因鋅量不足造成擴(kuò)散滲鋅層偏薄或因鍍層過厚造成浪費(fèi)；由于零件表面在擴(kuò)散前已具有一層附著良好、密度均勻的鋅層，使得擴(kuò)散滲鋅層必需的鋅來源和熱傳導(dǎo)條件較穩(wěn)定，有利于保證擴(kuò)散滲鋅層的質(zhì)量。
【具體實(shí)施方式】
[0013]以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳述。
[0014]實(shí)施例1:本實(shí)施例的擴(kuò)散滲鋅鍍層的方法為:
A、采用常規(guī)的機(jī)械鍍鋅方法在鋼鐵制件(工件為0>16平墊片50kg，被鍍面積7.5 m2)表面上預(yù)鍍一層40微米的鋅沉積層，得到無漏鍍的預(yù)制件；
B、將上述預(yù)制件埋沒于防氧化填料內(nèi)并放入擴(kuò)散滲鍍爐或保溫箱中，或者將預(yù)制件表面涂掛防氧化涂層并自然干燥后放入擴(kuò)散滲鍍爐或保溫箱中進(jìn)行保溫，將箱內(nèi)溫度加熱至400°C后保溫10小時(shí)，使得鋅、鐵原子發(fā)生相互擴(kuò)散并最終在工件表面上形成具有鋅鐵合金結(jié)構(gòu)的擴(kuò)散滲鋅層。防氧化填料的組分為:50wt%磷酸三鈣、30wt% 二氧化硅、20wt%氧化鋁。所得擴(kuò)散滲鋅工件樣品無漏鍍、漏滲現(xiàn)象，經(jīng)表面洛氏硬度計(jì)測試硬度值為HB62。
[0015]實(shí)施例2:本實(shí)施例的擴(kuò)散滲鋅鍍層的方法為:
A、采用常規(guī)的機(jī)械鍍鋅方法在鋼鐵制件(工件為高強(qiáng)度緊固螺栓100 kg，被鍍面積6m2)表面上預(yù)鍍一層50微米的鋅沉積層，得到無漏鍍的預(yù)制件；
B、將上述預(yù)制件埋沒于防氧化填料內(nèi)并放入擴(kuò)散滲鍍爐或保溫箱中，或者將預(yù)制件表面涂掛防氧化涂層并加熱至80°C后保溫30分鐘后放入擴(kuò)散滲鍍爐或保溫箱中進(jìn)行保溫，將箱內(nèi)溫度加熱至540°C后保溫12小時(shí)，使得鋅、鐵原子發(fā)生相互擴(kuò)散并最終在工件表面上形成具有鋅鐵合金結(jié)構(gòu)的擴(kuò)散滲鋅層。防氧化填料的組分包括:30 wt%磷酸三鈣、28wt% 二氧化硅、30 wt%氧化鋁、lwt%粘土。所得擴(kuò)散滲鋅工件樣品無漏鍍、漏滲現(xiàn)象，經(jīng)表面洛氏硬度計(jì)測試硬度值為HB78。
[0016]實(shí)施例3:本實(shí)施例的擴(kuò)散滲鋅鍍層的方法為:
A、采用常規(guī)的機(jī)械鍍鋅方法在鋼鐵制件(工件為普通公制MlO螺母200埯，被鍍面積16 Hf)表面上預(yù)鍍一層30微米的鋅沉積層，得到無漏鍍的預(yù)制件；
B、將上述預(yù)制件埋沒于防氧化填料內(nèi)并放入擴(kuò)散滲鍍爐或保溫箱中，或者將預(yù)制件表面涂掛防氧化涂層并加熱至100°C后保溫10分鐘后放入擴(kuò)散滲鍍爐或保溫箱中進(jìn)行保溫，將箱內(nèi)溫度加熱至600°C后保溫20小時(shí)，使得鋅、鐵原子發(fā)生相互擴(kuò)散并最終在工件表面上形成具有鋅鐵合金結(jié)構(gòu)的擴(kuò)散滲鋅層。防氧化填料的組分包括:60wt%磷酸三鈣、20wt%二氧化硅、10wt%氧化鋁、10wt%粘土。所得擴(kuò)散滲鋅工件樣品無漏鍍、漏滲現(xiàn)象，經(jīng)表面洛氏硬度計(jì)測試硬度值為HB87。
`[0017]實(shí)施例4:本實(shí)施例的擴(kuò)散滲鋅鍍層的方法為:
A、采用常規(guī)的機(jī)械鍍鋅方法在鋼鐵制件表面上預(yù)鍍一層鋅沉積層，得到無漏鍍的預(yù)制
件；
B、將上述預(yù)制件埋沒于防氧化填料內(nèi)并放入擴(kuò)散滲鍍爐或保溫箱中，或者將預(yù)制件表面涂掛防氧化涂層并自然干燥或加熱至90°C后保溫20分鐘后放入擴(kuò)散滲鍍爐或保溫箱中進(jìn)行保溫，將箱內(nèi)溫度加熱至450°C后保溫18小時(shí)，使得鋅、鐵原子發(fā)生相互擴(kuò)散并最終在工件表面上形成具有鋅鐵合金結(jié)構(gòu)的擴(kuò)散滲鋅層。防氧化填料的組分包括:40wt%磷酸三鈣、30wt% 二氧化娃、10wt%氧化招、20wt%粘土。
[0018]實(shí)施例5:本實(shí)施例的擴(kuò)散滲鋅鍍層的方法為:
A、采用常規(guī)的機(jī)械鍍鋅方法在鋼鐵制件表面上預(yù)鍍一層鋅沉積層，得到無漏鍍的預(yù)制
件；
B、將上述預(yù)制件埋沒于防氧化填料內(nèi)并放入擴(kuò)散滲鍍爐或保溫箱中，或者將預(yù)制件表面涂掛防氧化涂層并或加熱至85°C后保溫15分鐘后放入擴(kuò)散滲鍍爐或保溫箱中進(jìn)行保溫，將箱內(nèi)溫度加熱至450°C后保溫13小時(shí)，使得鋅、鐵原子發(fā)生相互擴(kuò)散并最終在工件表面上形成具有鋅鐵合金結(jié)構(gòu)的擴(kuò)散滲鋅層。防氧化填料的組分包括:70wt%磷酸三鈣、20wt% 二氧化硅、10wt%氧化鋁。
[0019]實(shí)施例6:本實(shí)施例的擴(kuò)散滲鋅鍍層的方法為:A、采用常規(guī)的機(jī)械鍍鋅方法在鋼鐵制件表面上預(yù)鍍一層鋅沉積層，得到無漏鍍的預(yù)制
件；
B、將上述預(yù)制件埋沒于防氧化填料內(nèi)并放入擴(kuò)散滲鍍爐或保溫箱中，或者將預(yù)制件表面涂掛防氧化涂層并或加熱至85°C后保溫15分鐘后放入擴(kuò)散滲鍍爐或保溫箱中進(jìn)行保溫，將箱內(nèi)溫度加熱至450°C后保溫13小時(shí)，使得鋅、鐵原子發(fā)生相互擴(kuò)散并最終在工件表面上形成具有鋅鐵合金結(jié)構(gòu)的擴(kuò)散滲鋅層。防氧化填料的組分包括:90wt%磷酸三鈣、10wt% 二氧化硅。
【權(quán)利要求】
1.一種擴(kuò)散滲鋅鍍層的方法，其特征在于具體步驟包括如下: A、采用常規(guī)的機(jī)械鍍鋅方法在鋼鐵制件表面上預(yù)鍍一層鋅沉積層，得到無漏鍍的預(yù)制件； B、將上述預(yù)制件埋沒于防氧化填料內(nèi)并放入擴(kuò)散滲鍍爐或保溫箱中，或者將預(yù)制件表面涂掛防氧化涂層并干燥后放入擴(kuò)散滲鍍爐或保溫箱中進(jìn)行保溫，將箱內(nèi)溫度加熱至400~600°C后保溫10~20小時(shí)，使得鋅、鐵原子發(fā)生相互擴(kuò)散并最終在工件表面上形成具有鋅鐵合金結(jié)構(gòu)的擴(kuò)散滲鋅層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的擴(kuò)散滲鋅鍍層的方法，其特征在于:所述步驟(B)中預(yù)制件表面涂掛防氧化涂層是將防氧化填料與占其總質(zhì)量40~70wt%的水調(diào)配為漿料，然后將預(yù)制件放入上述漿料中涂覆均勻并干燥。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的擴(kuò)散滲鋅鍍層的方法，其特征在于:防氧化填料的組分包括30~90wt%憐酸三|丐、20~60wt% 二氧化娃、10~30wt%氧化招。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的擴(kuò)散滲鋅鍍層的方法，其特征在于:防氧化填料的組分為:40~70wt%憐酸三|丐、30~50wt% 二氧化娃、10~30wt%氧化招、2~6wt%粘土。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的擴(kuò)散滲鋅鍍層的方法，其特征在于:防氧化填料的組分為:40~70wt%憐酸三|丐、30~50wt% 二氧化娃、10~30wt%氧化招、2~6wt%粘土。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的擴(kuò)散滲鋅鍍層的方法，其特征在于:所述步驟(B)中干燥為自然干燥或加熱至80~100°C后保溫`10~30分鐘。
【文檔編號(hào)】C23C10/30GK103668043SQ201310730602
【公開日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2013年12月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月26日
【發(fā)明者】趙曉軍, 王勝民, 何明奕, 譚杰, 張啟云 申請(qǐng)人:昆明理工大學(xué)