[發(fā)明專利]一種快速料漿滲鋅及鋅/鋁共滲涂層加工方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910069191.6
• 申請日: 2009-06-09
• 公開（公告）號: CN101565811A
• 公開（公告）日: 2009-10-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊新岐;秦紅珊
• 申請（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號: C23C10/36
• 分類號: C23C10/36;C23C10/52
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所
• 代理人: 王 麗

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及金屬材料表面改性或合金化處理技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種快速料漿滲鋅及鋅/鋁共滲表面涂層加工方法。

背景技術(shù)

粉末滲鋅及鋅/鋁共滲工藝是利用加熱狀態(tài)下金屬原子的滲透擴散作用，在金屬基體沒有相變的條件下，將鋅及鋁元素滲入金屬工件表面，形成不同Zn-Fe或Zn-Al-Fe比例的合金保護層。粉末滲鋅及鋅/鋁共滲表面合金化涂層的主要目的是改善和提高金屬工件表面的抗腐蝕、抗磨損、抗沖擊及抗表面氧化等綜合性能。

粉末滲鋅及鋅/鋁共滲工藝屬于金屬材料粉末包埋化學(xué)熱處理范疇。傳統(tǒng)粉末滲鋅原理是1904年由英國冶金學(xué)家Sherard?Cowper-Coles首先提出的，之后前蘇聯(lián)學(xué)者對此進行了深入研究并獲得許多專利成果(SU1130620A，SU1138430)，其一般工藝可以在許多專著或手冊中找到，如(蘇)利亞霍維奇主編、孫一唐等譯：《金屬和合金的化學(xué)熱處理手冊》，上?？萍汲霭嫔纾?986出版；盧燕平和于福洲合編：《滲鍍》，機械工業(yè)出版社，1985出版等。在這些文獻中描述的典型粉末滲鋅工藝包括以下主要過程：首先采用化學(xué)酸洗或噴砂等方法對鋼鐵工件表面進行前處理；其次將前處理后的工件埋放在一個裝滿鋅粉、惰性填充物和活化劑混合粉末的密封容器中，將容器靜止放在熱處理爐中用1～2小時加熱到溫度為380℃～450℃范圍，然后保溫2～4小時；最后將被滲鋅的工件從容器中分離出來進行鈍化處理。

工業(yè)化粉末滲鋅過程與傳統(tǒng)的粉末包埋化學(xué)熱處理不同(將金屬工件包埋在粉末中在靜止?fàn)顟B(tài)下加熱)，其過程是在不斷滾動狀態(tài)下進行加熱保溫處理，粉末混合物與工件之間的機械摩擦、沖擊作用，不僅有利于新鮮擴散滲劑與被處理表面的緊密接觸，而且使得被加熱介質(zhì)溫度場均勻化、有效促進冶金擴散化學(xué)反應(yīng)。工業(yè)化粉末滲鋅涂層不需要惰性氣體或低真空的加熱環(huán)境，一般在大氣環(huán)境下的密封容器中就可以實現(xiàn)滲鋅涂層加工過程，因而熱處理設(shè)備簡單、成本低，非常適合于復(fù)雜形狀鋼鐵構(gòu)件的大批量加工處理。目前國內(nèi)外已研究開發(fā)出許多改進的適合工業(yè)化加工的粉末滲鋅處理工藝。1993年以色列人Isaak?Shtikan發(fā)明的Distek粉末滲鋅工藝在全世界范圍內(nèi)申請了專利保護(WO?98/41346)，采用這種工藝能直接加工出具有不同外觀顏色的滲鋅涂層，其涂層硬度及耐腐蝕性明顯高于原來工藝，目前Distek工藝已推廣應(yīng)用到英國、美國、挪威、比利時、俄羅斯、南非及日本等許多國家。1993年我國原北京有色冶金設(shè)計研究總院提出的“粉鍍(滲)鋅方法及裝置(CN1084582)”是現(xiàn)在國內(nèi)應(yīng)用最廣泛的粉末滲鋅加工技術(shù)，目前隨著該專利權(quán)終止(2005-12-14)已成為公開技術(shù)。

2001年山東大學(xué)依據(jù)機械滾動摩擦有助于加速粉末包埋熱擴散過程并降低擴散溫度的原理，提出了“機械能助滲金屬表面改性技術(shù)”，將滾動粉末滲鋅工藝拓寬到滲鋁、滲硅、滲銅、滲錳及鋅鋁共滲過程。2001年北京科技大學(xué)申請的“鋼鐵制品鋅/鋁包埋共滲方法及其滲劑(CN1428454)”，但采用傳統(tǒng)靜態(tài)粉末包埋加熱保溫處理。2004年以色列GreenCote公司又提出了鋅/鋁復(fù)合涂層加工技術(shù)(WO2004/050942-A1)，這種改進的粉末滲鋅工藝采用鋅鋁復(fù)合粉末制備涂層，非常適合于各種緊固螺栓及連接件防腐處理。2005年天津市先知邦鋼鐵防腐工程有限公司申請的“一種納米復(fù)合粉末滲鋅加工方法(CN1730727)”，納米復(fù)合粉末滲鋅是通過在傳統(tǒng)的粉末滲劑中添加超細活化劑方式來改善粉末滲鋅工藝，可以獲得硬度較高、耐腐蝕性能、抗高溫氧化性能及力學(xué)等綜合性能更為優(yōu)異的滲鋅涂層。

粉末包埋滲鋅及鋅/鋁共滲工藝是目前工業(yè)中廣泛應(yīng)用的加工方法，而料漿滲鍍工藝是將粉末滲鋅及鋅/鋁共滲劑與水和粘結(jié)劑充分混合成料漿，涂敷在金屬工件表面再進行加熱處理實現(xiàn)滲鍍過程。料漿滲鍍工藝已有不少研究報道，目前沒有見到普遍的工業(yè)化應(yīng)用。

但上述滲鋅及鋅/鋁共滲工藝中均采用電或燃氣熱處理爐進行加熱處理，其主要問題是工藝時間長、生產(chǎn)效率低，如滲鋅過程中從加熱到保溫至少需要4小時以上(而靜態(tài)粉末包埋鋅/鋁共滲將達到10小時以上，見CN1428454說明)；其次是在傳統(tǒng)輻射熱傳導(dǎo)過程中，大量熱量消耗在爐體環(huán)境和工件本身的加熱與保溫上，有效熱量利用率低、能源浪費嚴重。