【技術領域】
本發明屬于鋼鐵表面化學熱處理技術領域，具體涉及一種與制件結合均勻、高硬度的粉末滲鋅劑的制備方法。
背景技術：
室外鋼結構及緊固件、高速公路護欄、橋梁，水暖器具、建筑五金、汽車、工程機械等鋼鐵零部件，粉末冶金制品以及化工、海洋、冶金、發電等工程中使用的鋼鐵零部件，常常需要耐腐蝕防護層。鋅是鋼鐵件表面防護中最常使用的化學元素：熱浸鍍鋅層，厚度一般在15-130μm，構件平面與邊角鍍層厚度有明顯差別，均勻性差，不易控制；電鍍鋅層，厚度一般在5-25μm，平面鍍層均勻性好，但構件內部空腔的鍍層薄，且有時無鍍層；熱噴涂鋅層，厚度一般為84-300μm，也可厚達3mm，厚度均勻性差，致密性低；粉末滲鋅層，厚度只取決于滲鋅劑、加熱溫度與保溫時間等工藝參數，與構件的形狀和位置基本無關，當處理帶有螺紋、凹槽和內孔等復雜形狀的鋼鐵件時，滲鋅層的厚度幾乎相同，一般厚度可以在10-100μm之間選擇，通過調整保溫時間準確控制在某一厚度值附近。
粉末滲鋅，是將粉末滲鋅劑與鋼鐵件共置于密封容器中，加熱到400℃左右，使活性鋅原子由鋼鐵件的表面向內部滲透，在其表層形成均勻的鋅鐵合金層的工藝方法。相對于其他方法，粉末滲鋅的鋅消耗量低、節省原材料；生產過程無污染，勞動條件好；生產設備簡單，使用和維修成本低。粉末滲鋅在鋼鐵件表面形成的鋅鐵合金層具有耐腐蝕性強、硬度高、耐磨損、抗劃傷、涂覆性能好等優點。
腐蝕、銹蝕是鋼鐵材料的天敵。據估算，世界鋼產量約有十分之一損耗于腐蝕、銹蝕。實踐證明，在海洋大氣、惡劣的工業大氣等多種環境下，滲鋅層的耐蝕性優于熱鍍鋅、電鍍鋅和不銹鋼。滲鋅層表面維氏硬度可以達到250-400，而熱鍍鋅、電鍍鋅鋼鐵件表面為純鋅，鍍層維氏硬度僅為70左右，因此滲鋅與熱鍍鋅和電鍍鋅相比，鋼鐵件的表面耐磨性和抗擦傷性能好得多。在一般情況下，滲鋅生產的前處理只采用拋丸機除銹清油，且用布袋除塵。粉末滲鋅技術為鋅的固體滲，沒有鋅蒸氣產生，工件與粉末滲鋅劑又在密閉的器具中進行滲透和分離，對周圍環境沒有污染。據測算，熱鍍鋅鋼鐵件噸產品的鋅消耗量為100公斤左右，而粉末滲鋅僅為30公斤左右，只占熱鍍鋅的30％。另外，也沒有鋅鍋腐蝕這一熱鍍鋅的老大難問題。滲鋅產品的滲鋅層均勻，且與油漆的結合力為一級，涂漆后能實現復合防護，其耐腐蝕性均優于熱鍍鋅、電鍍鋅和單一滲鋅層。經滲鋅處理的鋼材制件不影響材料的力學性能。滲鋅處理的溫度比熱鍍鋅低100-280℃，此溫度下吸入鋼基體的氫原子已擴散逸出。因此在應用中沒有氫脆的危害，也能避免彈簧等一些高強度件因處理溫度高造成力學性能下降的弊端。所以，粉末滲鋅有廣闊的應用前景。
但是，現有的粉末滲鋅劑及其應用工藝需要的滲鋅時間長；鋅鐵合金層的耐腐蝕性能還可以進一步提高；鋼鐵件表面粘結有滲鋅劑，需要清理；用過的粉末滲鋅劑結塊，不便于回收再利用。
技術實現要素：
本發明要解決的技術問題是提供一種與制件結合均勻、高硬度的粉末滲鋅劑的制備方法，以解決現有滲鋅劑活性低、滲速慢，形成的滲鋅層厚度小等問題。本發明的滲鋅劑活性高，滲速快，重復使用性能優異，滲鋅層厚度可觀、均勻，與制件結合強度高，硬度高，耐磨、耐蝕性能強，外觀優異；本發明的制備方法簡單，方便實施。
為了解決以上技術問題，本發明采用以下技術方案：
一種與制件結合均勻、高硬度的粉末滲鋅劑的制備方法，包括以下步驟：
s1：按重量份分別稱取鋅粉60-100份、海泡石粉2-6份、鋁粉3-5份、氧化鋁粉1-2份、鎂粉1-3份、鈷粉0.6-2份、鉛粉0.4-1.5份、硬脂酸鋁粉0.8-1.4份、氮化硼粉0.2-0.5份、二氧化硅粉0.5-1份、石墨烯粉0.6-1.2份、強化劑0.1-0.3份、分散劑0.2-0.4份、調節劑0.3-0.6份、活化劑0.8-1.2份、催滲劑0.6-0.9份、穩定劑0.3-0.6份；
s2：將步驟s1的鋅粉與海泡石粉、鋁粉、氧化鋁粉、鎂粉、鈷粉、鉛粉、硬脂酸鋁粉、氮化硼粉、二氧化硅粉、石墨烯粉、分散劑、調節劑、活化劑混合均勻，利用機械球磨機，在溫度為72-85℃，微波功率為200-350w下球磨8-12min，制得混合物a；
s3：向步驟s2制得的混合物a中添加強化劑、催滲劑，在溫度為64-70℃，微波功率為150-180w下再球磨5-8min，制得混合物b；
s4：向步驟s3制得的混合物b中添加穩定劑并混合均勻，接著在溫度為100-105℃，氮氣保護下烘2-2.2h，制得與制件結合均勻、高硬度的粉末滲鋅劑。
優選地，步驟s1中所述氮化硼粉顆粒的直徑0.2-10μm。
優選地，步驟s1中所述二氧化硅粉顆粒的直徑1-10μm。
優選地，步驟s1中所述石墨烯粉顆粒的直徑1-100nm。
優選地，步驟s1中所述強化劑為701粉強化劑。
優選地，步驟s1中所述分散劑以重量為單位，包括以下原料：bi2o38-12份、氨丙基三乙氧基硅烷9-15份、碳化鋁16-20份、nb2o58-15份、硫酸鎂15-22份。
優選地，步驟s1中所述調節劑為丙烯酸酯類調節劑。
優選地，步驟s1中所述活化劑為氯化銨。
優選地，步驟s1中所述催滲劑為醋酸鐿。
優選地，步驟s1中所述穩定劑為改性膨潤土穩定劑。
本發明具有以下有益效果：
(1)本發明的滲鋅劑活性高，滲速快，重復使用性能優異，滲鋅層厚度可觀、均勻，與制件結合強度高，硬度高，耐磨、耐蝕性能強，外觀優異無花斑等，生產成本底，適用于各種金屬材料及構件，具有一定的經濟效益，且其制備方法和使用方法簡單，方便實施；
(2)與專利文獻(公開號：cn103952661b)的粉末滲鋅溫度相比，本發明的滲鋅溫度更低，有利于節約能源；
(3)本發明滲鋅時不結塊、便于再利用，不與制件粘結，易于制件的清理。
【具體實施方式】
為便于更好地理解本發明，通過以下實施例加以說明，這些實施例屬于本發明的保護范圍，但不限制本發明的保護范圍。
在實施例中，所述與制件結合均勻、高硬度的粉末滲鋅劑，以重量份為單位，包括以下原料：鋅粉60-100份、海泡石粉2-6份、鋁粉3-5份、氧化鋁粉1-2份、鎂粉1-3份、鈷粉0.6-2份、鉛粉0.4-1.5份、硬脂酸鋁粉0.8-1.4份、氮化硼粉0.2-0.5份、二氧化硅粉0.5-1份、石墨烯粉0.6-1.2份、強化劑0.1-0.3份、分散劑0.2-0.4份、調節劑0.3-0.6份、活化劑0.8-1.2份、催滲劑0.6-0.9份、穩定劑0.3-0.6份。
所述鋅粉的粒度為300-500目，鋅含量≥98.5％。
所述海泡石粉含海泡石98.2％以上，顆粒直徑6-28μm。
所述鋁粉含鋁95.5％以上，顆粒直徑0.5-8μm。
所述氧化鋁含氧化鋁99.3％以上，顆粒直徑50-100nm。
所述鎂粉含鎂95.5％以上，顆粒直徑0.1-10μm。
所述鈷粉含鈷95.5％以上，顆粒直徑0.2-8μm。
所述鉛粉含鉛95.5％以上，顆粒直徑0.4-6μm。
所述硬脂酸鋁粉的顆粒直徑1-12μm。
所述氮化硼粉顆粒的直徑0.2-10μm。
所述二氧化硅粉顆粒的直徑1-10μm。
所述石墨烯粉顆粒的直徑1-100nm。
所述強化劑為701粉強化劑。
所述分散劑以重量為單位，包括以下原料：bi2o38-12份、氨丙基三乙氧基硅烷9-15份、碳化鋁16-20份、nb2o58-15份、硫酸鎂15-22份。
所述調節劑為丙烯酸酯類調節劑。
所述活化劑為氯化銨。
所述催滲劑為醋酸鐿。
所述穩定劑為改性膨潤土穩定劑。
所述與制件結合均勻、高硬度的粉末滲鋅劑的制備方法，包括以下步驟：
s1：按重量份分別稱取鋅粉60-100份、海泡石粉2-6份、鋁粉3-5份、氧化鋁粉1-2份、鎂粉1-3份、鈷粉0.6-2份、鉛粉0.4-1.5份、硬脂酸鋁粉0.8-1.4份、氮化硼粉0.2-0.5份、二氧化硅粉0.5-1份、石墨烯粉0.6-1.2份、強化劑0.1-0.3份、分散劑0.2-0.4份、調節劑0.3-0.6份、活化劑0.8-1.2份、催滲劑0.6-0.9份、穩定劑0.3-0.6份；
s2：將步驟s1的鋅粉與海泡石粉、鋁粉、氧化鋁粉、鎂粉、鈷粉、鉛粉、硬脂酸鋁粉、氮化硼粉、二氧化硅粉、石墨烯粉、分散劑、調節劑、活化劑混合均勻，利用機械球磨機，在溫度為72-85℃，微波功率為200-350w下球磨8-12min，制得混合物a；
s3：向步驟s2制得的混合物a中添加強化劑、催滲劑，在溫度為64-70℃，微波功率為150-180w下再球磨5-8min，制得混合物b；
s4：向步驟s3制得的混合物b中添加穩定劑并混合均勻，接著在溫度為100-105℃，氮氣保護下烘2-2.2h，制得與制件結合均勻、高硬度的粉末滲鋅劑。
所述與制件結合均勻、高硬度的粉末滲鋅劑的使用方法，包括以下步驟：
(1)將所述與制件結合均勻、高硬度的粉末滲鋅劑與欲滲鋅的制件裝入滾筒式加熱爐的陶瓷內襯筒里，加蓋密封；
(2)將步驟(1)滾筒式加熱爐轉動，升溫至350-370℃；
(3)控制溫度為350-370℃，增加超聲波，超聲波的功率為160-200w，將滾筒式加熱爐轉速從1r/min升至80r/min，再降速至1r/min，如此循環升降；
(4)粉末滲鋅15-18min后，緩慢冷卻至室溫，停爐取出制件。
下面通過更具體的實施例加以說明。
實施例1
一種與制件結合均勻、高硬度的粉末滲鋅劑，以重量份為單位，包括以下原料：鋅粉85份、海泡石粉4份、鋁粉3.8份、氧化鋁粉1.6份、鎂粉2份、鈷粉1.5份、鉛粉1份、硬脂酸鋁粉1份、氮化硼粉0.4份、二氧化硅粉0.8份、石墨烯粉1份、強化劑0.2份、分散劑0.3份、調節劑0.5份、活化劑1份、催滲劑0.8份、穩定劑0.5份。
所述鋅粉的粒度為300-500目，鋅含量98.5％。
所述海泡石粉含海泡石98.2％，顆粒直徑6-28μm。
所述鋁粉含鋁95.5％，顆粒直徑0.5-8μm。
所述氧化鋁含氧化鋁99.3％，顆粒直徑50-100nm。
所述鎂粉含鎂95.5％，顆粒直徑0.1-10μm。
所述鈷粉含鈷95.5％，顆粒直徑0.2-8μm。
所述鉛粉含鉛95.5％，顆粒直徑0.4-6μm。
所述硬脂酸鋁粉的顆粒直徑1-12μm。
所述氮化硼粉顆粒的直徑0.2-10μm。
所述二氧化硅粉顆粒的直徑1-10μm。
所述石墨烯粉顆粒的直徑1-100nm。
所述強化劑為701粉強化劑。
所述分散劑以重量為單位，包括以下原料：bi2o310份、氨丙基三乙氧基硅烷12份、碳化鋁18份、nb2o512份、硫酸鎂18份。
所述調節劑為丙烯酸酯類調節劑。
所述活化劑為氯化銨。
所述催滲劑為醋酸鐿。
所述穩定劑為改性膨潤土穩定劑。
所述與制件結合均勻、高硬度的粉末滲鋅劑的制備方法，包括以下步驟：
s1：按重量份分別稱取鋅粉85份、海泡石粉4份、鋁粉3.8份、氧化鋁粉1.6份、鎂粉2份、鈷粉1.5份、鉛粉1份、硬脂酸鋁粉1份、氮化硼粉0.4份、二氧化硅粉0.8份、石墨烯粉1份、強化劑0.2份、分散劑0.3份、調節劑0.5份、活化劑1份、催滲劑0.8份、穩定劑0.5份；
s2：將步驟s1的鋅粉與海泡石粉、鋁粉、氧化鋁粉、鎂粉、鈷粉、鉛粉、硬脂酸鋁粉、氮化硼粉、二氧化硅粉、石墨烯粉、分散劑、調節劑、活化劑混合均勻，利用機械球磨機，在溫度為80℃，微波功率為280w下球磨10min，制得混合物a；
s3：向步驟s2制得的混合物a中添加強化劑、催滲劑，在溫度為68℃，微波功率為170w下再球磨7min，制得混合物b；
s4：向步驟s3制得的混合物b中添加穩定劑并混合均勻，接著在溫度為102℃，氮氣保護下烘2.1h，制得與制件結合均勻、高硬度的粉末滲鋅劑。
所述與制件結合均勻、高硬度的粉末滲鋅劑的使用方法，包括以下步驟：
(1)將所述與制件結合均勻、高硬度的粉末滲鋅劑與欲滲鋅的制件裝入滾筒式加熱爐的陶瓷內襯筒里，加蓋密封；
(2)將步驟(1)滾筒式加熱爐轉動，升溫至360℃；
(3)控制溫度為360℃，增加超聲波，超聲波的功率為180w，將滾筒式加熱爐轉速從1r/min升至80r/min，再降速至1r/min，如此循環升降；
(4)粉末滲鋅17min后，緩慢冷卻至室溫，停爐取出制件。
實施例2
一種與制件結合均勻、高硬度的粉末滲鋅劑，以重量份為單位，包括以下原料：鋅粉62份、海泡石粉2.2份、鋁粉3份、氧化鋁粉1份、鎂粉1份、鈷粉0.8份、鉛粉0.5份、硬脂酸鋁粉0.8份、氮化硼粉0.3份、二氧化硅粉0.5份、石墨烯粉0.6份、強化劑0.1份、分散劑0.2份、調節劑0.3份、活化劑0.8份、催滲劑0.6份、穩定劑0.3份。
所述鋅粉的粒度為300-500目，鋅含量為99％。
所述海泡石粉含海泡石98.6％，顆粒直徑6-28μm。
所述鋁粉含鋁96.2％，顆粒直徑0.5-8μm。
所述氧化鋁含氧化鋁99.5％，顆粒直徑50-100nm。
所述鎂粉含鎂95.8％，顆粒直徑0.1-10μm。
所述鈷粉含鈷95.7％，顆粒直徑0.2-8μm。
所述鉛粉含鉛97.2％，顆粒直徑0.4-6μm。
所述硬脂酸鋁粉的顆粒直徑1-12μm。
所述氮化硼粉顆粒的直徑0.2-10μm。
所述二氧化硅粉顆粒的直徑1-10μm。
所述石墨烯粉顆粒的直徑1-100nm。
所述強化劑為701粉強化劑。
所述分散劑以重量為單位，包括以下原料：bi2o38份、氨丙基三乙氧基硅烷9份、碳化鋁16份、nb2o58份、硫酸鎂15份。
所述調節劑為丙烯酸酯類調節劑。
所述活化劑為氯化銨。
所述催滲劑為醋酸鐿。
所述穩定劑為改性膨潤土穩定劑。
所述與制件結合均勻、高硬度的粉末滲鋅劑的制備方法，包括以下步驟：
s1：按重量份分別稱取鋅粉62份、海泡石粉2.2份、鋁粉3份、氧化鋁粉1份、鎂粉1份、鈷粉0.8份、鉛粉0.5份、硬脂酸鋁粉0.8份、氮化硼粉0.3份、二氧化硅粉0.5份、石墨烯粉0.6份、強化劑0.1份、分散劑0.2份、調節劑0.3份、活化劑0.8份、催滲劑0.6份、穩定劑0.3份；
s2：將步驟s1的鋅粉與海泡石粉、鋁粉、氧化鋁粉、鎂粉、鈷粉、鉛粉、硬脂酸鋁粉、氮化硼粉、二氧化硅粉、石墨烯粉、分散劑、調節劑、活化劑混合均勻，利用機械球磨機，在溫度為72℃，微波功率為200w下球磨12min，制得混合物a；
s3：向步驟s2制得的混合物a中添加強化劑、催滲劑，在溫度為64℃，微波功率為150w下再球磨8min，制得混合物b；
s4：向步驟s3制得的混合物b中添加穩定劑并混合均勻，接著在溫度為100℃，氮氣保護下烘2.2h，制得與制件結合均勻、高硬度的粉末滲鋅劑。
所述與制件結合均勻、高硬度的粉末滲鋅劑的使用方法，包括以下步驟：
(1)將所述與制件結合均勻、高硬度的粉末滲鋅劑與欲滲鋅的制件裝入滾筒式加熱爐的陶瓷內襯筒里，加蓋密封；
(2)將步驟(1)滾筒式加熱爐轉動，升溫至350℃；
(3)控制溫度為350℃，增加超聲波，超聲波的功率為160w，將滾筒式加熱爐轉速從1r/min升至80r/min，再降速至1r/min，如此循環升降；
(4)粉末滲鋅18min后，緩慢冷卻至室溫，停爐取出制件。
實施例3
一種與制件結合均勻、高硬度的粉末滲鋅劑，以重量份為單位，包括以下原料：鋅粉96份、海泡石粉5份、鋁粉4.8份、氧化鋁粉2份、鎂粉3份、鈷粉2份、鉛粉1.5份、硬脂酸鋁粉1.2份、氮化硼粉0.5份、二氧化硅粉1份、石墨烯粉1.2份、強化劑0.3份、分散劑0.4份、調節劑0.6份、活化劑1.2份、催滲劑0.9份、穩定劑0.6份。
所述鋅粉的粒度為300-500目，鋅含量99.2％。
所述海泡石粉含海泡石98.8％，顆粒直徑6-28μm。
所述鋁粉含鋁96.1％，顆粒直徑0.5-8μm。
所述氧化鋁含氧化鋁99.5％，顆粒直徑50-100nm。
所述鎂粉含鎂96.5％，顆粒直徑0.1-10μm。
所述鈷粉含鈷95.5％，顆粒直徑0.2-8μm。
所述鉛粉含鉛95.5％，顆粒直徑0.4-6μm。
所述硬脂酸鋁粉的顆粒直徑1-12μm。
所述氮化硼粉顆粒的直徑0.2-10μm。
所述二氧化硅粉顆粒的直徑1-10μm。
所述石墨烯粉顆粒的直徑1-100nm。
所述強化劑為701粉強化劑。
所述分散劑以重量為單位，包括以下原料：bi2o312份、氨丙基三乙氧基硅烷14份、碳化鋁20份、nb2o515份、硫酸鎂22份。
所述調節劑為丙烯酸酯類調節劑。
所述活化劑為氯化銨。
所述催滲劑為醋酸鐿。
所述穩定劑為改性膨潤土穩定劑。
所述與制件結合均勻、高硬度的粉末滲鋅劑的制備方法，包括以下步驟：
s1：按重量份分別稱取鋅粉96份、海泡石粉5份、鋁粉4.8份、氧化鋁粉2份、鎂粉3份、鈷粉2份、鉛粉1.5份、硬脂酸鋁粉1.2份、氮化硼粉0.5份、二氧化硅粉1份、石墨烯粉1.2份、強化劑0.3份、分散劑0.4份、調節劑0.6份、活化劑1.2份、催滲劑0.9份、穩定劑0.6份；
s2：將步驟s1的鋅粉與海泡石粉、鋁粉、氧化鋁粉、鎂粉、鈷粉、鉛粉、硬脂酸鋁粉、氮化硼粉、二氧化硅粉、石墨烯粉、分散劑、調節劑、活化劑混合均勻，利用機械球磨機，在溫度為85℃，微波功率為350w下球磨8min，制得混合物a；
s3：向步驟s2制得的混合物a中添加強化劑、催滲劑，在溫度為70℃，微波功率為180w下再球磨5min，制得混合物b；
s4：向步驟s3制得的混合物b中添加穩定劑并混合均勻，接著在溫度為105℃，氮氣保護下烘2h，制得與制件結合均勻、高硬度的粉末滲鋅劑。
所述與制件結合均勻、高硬度的粉末滲鋅劑的使用方法，包括以下步驟：
(1)將所述與制件結合均勻、高硬度的粉末滲鋅劑與欲滲鋅的制件裝入滾筒式加熱爐的陶瓷內襯筒里，加蓋密封；
(2)將步驟(1)滾筒式加熱爐轉動，升溫至370℃；
(3)控制溫度為370℃，增加超聲波，超聲波的功率為200w，將滾筒式加熱爐轉速從1r/min升至80r/min，再降速至1r/min，如此循環升降；
(4)粉末滲鋅15min后，緩慢冷卻至室溫，停爐取出制件。
采用實施例1-3的與制件結合均勻、高硬度的粉末滲鋅劑和使用方法，檢測制件滲鋅結果，同時對比專利文獻(公開號：cn103952661b)的粉末滲鋅劑滲鋅(使用方法分別與實施例1-3的使用方法相同，標記為實施4-6)結果，結果如下表所示。
由上表可見，與對比文獻的滲鋅劑相比，本發明的與制件結合均勻、高硬度的粉末滲鋅劑滲鋅制件后滲鋅層厚度更大，硬度更高，說明本發明的滲鋅劑活性更大，滲鋅速度更快。
以上內容不能認定本發明的具體實施只局限于這些說明，對于本發明所屬技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應當視為屬于本發明由所提交的權利要求書確定的專利保護范圍。