[發明專利]機械鍍鋅基鈦合金鍍層工藝

無效

• 申請號: 200810058438.X
• 申請日: 2008-05-26
• 公開（公告）號: CN101348909A
• 公開（公告）日: 2009-01-21
• 發明（設計）人: 趙曉軍;王勝民;何明奕;鐘福平;劉麗;譚蓉;彭增華
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: C23C24/04
• 分類號: C23C24/04
• 代理公司: 昆明今威專利代理有限公司
• 代理人: 賽曉剛

技術領域：

本發明涉及一種采用機械鍍的方法在鋼鐵零件表面上獲得鋅基鈦合金鍍層的工藝，特別是采用機械鍍的方法，過程中使用無機鈦鹽添加劑，在鋼鐵零件表面形成機械鍍鋅基鈦合金鍍層(Zn-Ti)的方法。屬于鋼鐵材料的表面鍍覆工藝技術領域。

技術背景：

在工、農業生產上使用最多的金屬材料是鋼鐵材料。鋼鐵材料的耐腐蝕性能較差，表面極易氧化生鐵，使用前需進行防護處理。目前，鋼鐵表面防腐的主要工藝技術是熱浸鍍和電鍍。由于電鍍鍍層較薄不實于長期服役的鋼鐵制品、零件的表面防護，因此，采用熱浸鍍的鋅和鋅基合金層是主要的防護鍍層。近年國內外在熱浸鍍領域重點發展多元合金鍍層，在鋼板、鋼絲和部分制品上，已經基本替代了傳統的鍍鋅層。熱浸鍍鋅基合金中的各合金元素，分別起到了抑制枝晶生長、減小表面張力、抑制晶界腐蝕、降低合金熔點增加流動性、提高耐腐蝕性和抗氧化性、增加合金與母材的潤濕性等作用。它們一般以中間合金加入，其成分的控制受到各組元物理、化學特性和冶金條件(如熔點、比重、氧化燒損、溫度和助鍍劑)的影響。

鋅是一種柔軟、低強度的金屬，在自然環境下，特別在大氣環境中，其化學性能相當穩定。與Fe相比，pH值在4～12的范圍內，Zn的耐腐蝕性能十分優良。在工業大氣環境中，Zn的腐蝕速率大約為15μm/a，而在海洋和潔凈的農村大氣環境中，其腐蝕速率僅為上述工業大氣的1/5左右。

鈦是一種非常活潑的金屬，其平衡電位很低，在介質中的熱力學腐蝕傾向大。但實際上鈦由于對氧的親合力特別大，能在其表面上生成一層致密的氧化膜，保護鈦不受介質腐蝕。在大多數水溶液中，都能在表面生成鈍化氧化膜。因此，鈦在酸性、堿性、中性鹽水溶液中和氧化性介質中具有很好的穩定性，耐腐蝕性較強。由于鈦在防腐蝕方面的優良性能(特別是在海水中，高溫下的防腐蝕性能)，使得人們不斷的在傳統的工藝中加入適量的鈦及鈦鹽來改善工件的表面性能，提高工件的防腐能力。另外，鋅、鈦都具有較高的負電勢，鋅的標準電極電位為-0.763V，鈦的標準電極電位為-1.628V，都比鐵的標準電極電位負(Fe的標準電極電位為-0.440V)。因此，當具備鋅基鈦合金鍍層的鋼鐵工件受到腐蝕介質作用時，鋅-鈦鍍層先于鋼鐵基體發生氧化腐蝕反應，對鋼鐵基體起到了犧牲陽極保護的作用。鈦比重輕，強度高，無磁性，收縮性小，化學性質穩定，具有極佳的耐腐蝕性和與組織的相容性。綜上，鋅基鈦合金鍍層對基體既有機械阻擋作用，又有電化學保護作用，具有優良的抗腐蝕性能，這些都有利于鋅基鈦合金鍍層的廣泛應用。

金屬鈦的熔點較高(1675±4℃)，標準電極電位較負，不易制備中間合金，因此采用熱浸鍍和電結晶方法一般難于在鐵基上獲得含鈦的鋅基合金鍍層。

機械鍍作為一種新興的表面工程技術，其效率高、成本低、能耗小、工藝簡單、環境污染小，是一種清潔生產技術和綠色制造技術。單一金屬的機械鍍工藝，如機械鍍Zn已經成功應用于工業化生產；以機械鍍的方法獲得鋅基鋁、銅、錫、稀土合金鍍層的研究和小批量應用發展迅速，而采用機械鍍的方法獲得鋅基鈦合金鍍層，還未見研究和工業應用的報道。

發明內容：

本發明目的在于采用機械鍍的方法，過程中使用無機鈦鹽添加劑，在鋼鐵零件表面形成機械鍍鋅基鈦合金鍍層(Zn-Ti)，以改善機械鍍鋅基鍍層的硬度、強度和耐腐蝕性，提供一種采用機械鍍的方法在鋼鐵零件表面上獲得鋅基鈦合金鍍層的工藝方法。

本發明的技術方案是：

不通過冶金和電結晶過程，采用機械鍍方法，在常溫、常壓的條件下，在鋼鐵制品表面上形成鋅基鈦合金鍍層，其工藝過程包括工件鍍前處理、基層建立、合金化鍍層增厚、鍍層強化等工序。

首先對工件進行鍍前處理，采用化學法或氧化法去除被鍍的鋼鐵零件表面的油污，經過酸洗或拋丸處理去除工件表面的氧化皮后，將工件裝入鍍筒，并在筒內裝入1～2倍的沖擊介質和適量的水(沖擊介質為普通機械鍍使用的玻璃丸等，加入的體積量為工件體積的1～2倍)，同時加入無機酸調整鍍液的pH值至1～2(無機酸可為硫酸、磷酸等)。隨后建立基層，在轉動的鍍筒中加入鋅粉、亞錫鹽(如硫酸亞錫、氯化亞錫)和無機鈦鹽(如硫酸氧鈦、三氯化鈦、四氯化鈦、四氟化鈦)溶液。在加入總重量中，無機鈦鹽占0.01～3％，亞錫鹽占1～3％，其余為Zn。建立基層時，鍍筒轉動時保持外接圓線速度在60～80米/分，直到鋼鐵基體表面上形成一層1～2微米的Zn-Sn-Ti合金基層。