[發明專利]一種擴散滲鋅鍍層的方法

有效

• 申請號: 201310730602.8
• 申請日: 2013-12-26
• 公開（公告）號: CN103668043A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 發明（設計）人: 趙曉軍;王勝民;何明奕;譚杰;張啟云
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: C23C10/02
• 分類號: C23C10/02;C23C10/30
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種擴散滲鋅鍍層的方法，屬于鋼鐵材料的表面鍍覆工藝技術領域。

背景技術

世界鋼產量約有十分之一損耗于腐蝕、銹蝕，對我國造成的經濟損失每年至少在400億元以上，尤其處于戶外暴露、海洋大氣和工業大氣等環境條件下，如道路設施、水利、化工、海洋、冶金、發電、汽車和工程機械等的構件和零部件，因此，鋼鐵構件和制品的防腐蝕是工程建設和裝備制造穩定運行的重要措施之一。在鋼鐵零件和制品表面上形成擴散滲鋅層是一種對鋼鐵表面有效的防護措施，因為擴散滲鋅層主要由鋅鐵合金構成，對鋼鐵基體能起到犧牲陽極保護的防護作用。擴散滲鋅層的耐蝕性優于電鍍、熱浸鍍鋅層和不銹鋼，采用經過擴散滲鋅層處理的鋼鐵產品，其防腐蝕效果和經濟效益近年來已經得到理論和實業界的認同。

現有技術一般采用粉末滲鋅方法在鋼鐵制品上獲得擴散滲鋅層。粉末滲鋅技術的原理是，將滲鋅劑與鋼鐵制件按一定比例裝入滾動（或旋轉）的爐罐或滲鋅箱中，加熱到400℃左右，在保溫的條件下使爐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，活性鋅原子由表及里地向鋼鐵制件滲透，同時，鐵原子由內向外擴散，實現“動態”下的擴散滲鋅，在鋼鐵制件的表層形成鋅鐵金屬間化合物，即擴散滲鋅鍍層。由于溫度升高，鋅開始向零件內部滲透擴散，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。實用技術標準見英國《鋼鐵滲鋅制件》標準BS4921-1988（E）和中華人民共和國機械行業《鋼鐵粉末滲鋅》標準JB5067-1999。有研究報道介紹納米復合粉末滲鋅技術，該技術利用納米粉末特殊的熱學性能及化學性能，從而獲得比傳統粉末滲鋅更優異的耐腐蝕性、耐磨性、抗高溫氧化性，能保持材料力學性能不變，提高涂裝結合力等特性。

現應用于工業生產中的粉末滲鋅工藝是將鋼鐵零件/制件經過除油、酸洗、烘干工序后裝入爐罐或滲鋅箱，再加入填料后調節溫度進行熱擴散處理。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生再氧化。由于除油、酸洗不凈或烘干與裝料時發生再氧化，易造成鋼鐵制件熱擴散處理后出現局部的漏滲鍍，使得鋼鐵制件表面擴散滲鋅層不完整或出現點斑狀漏滲鍍。使用環境中這些在擴散滲鋅層局部存在的漏滲鍍缺陷與環境中的腐蝕介質形成腐蝕電池將造成零件/構件局部腐蝕和點蝕，嚴重影響服役壽命。在現有技術中產品的漏滲鍍率均高于10%，極大地影響該項技術的應用和發展。

機械鍍是在常溫、常壓下利用物理、化學吸附沉積和機械碰撞，使金屬粉在鋼鐵零件表面形成鍍層的一種表面處理工藝。機械鍍鋅的工藝方法目前在工業中已穩定應用，如中國專利ZL?93105628.4所述，可以根據需要得到5～110微米范圍內任意厚度的鍍鋅層。機械鍍鋅工藝的鋅粉有效使用率達到90%以上，成品率高于95%，相同鍍層厚度的生產成本一般為熱浸鍍鋅的40～60%。

發明內容

本發明目的在于克服現有技術的不足，提供一種擴散滲鋅鍍層的方法。該方法可以有效地防止擴散滲鍍工藝過程中環境氣氛對預鍍鋅層及鋼鐵制件的氧化作用，使得擴散滲鋅層必需的鋅來源和熱傳導條件相對穩定，提高滲鋅原料的利用率，降低生產成本。

本發明擴散滲鋅鍍層方法：采用常規的機械鍍鋅方法在鋼鐵制件表面預鍍一層鋅沉積層，再將其埋沒于上述防氧化填料中并放入擴散滲鍍爐或保溫箱中，或者將預鍍鋅層的工件涂掛防氧化涂層并干燥后放入擴散滲鍍爐或保溫箱中進行保溫，使得鋅鐵原子發生相互擴散形成具有鋅鐵合金結構的擴散滲鋅層。具體步驟包括如下：

A、采用常規的機械鍍鋅方法在鋼鐵制件表面上預鍍一層鋅沉積層，得到無漏鍍的預制件；

B、將上述預制件埋沒于防氧化填料內并放入擴散滲鍍爐或保溫箱中，或者將預制件表面涂掛防氧化涂層并干燥后放入擴散滲鍍爐或保溫箱中進行保溫，將箱內溫度加熱至400～600℃后保溫10～20小時，使得鋅、鐵原子發生相互擴散并最終在工件表面上形成具有鋅鐵合金結構的擴散滲鋅層。

所述步驟（B）中預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量40～70wt%的水調配為漿料，然后將預制件放入上述漿料中涂覆均勻。

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%?氧化鋁。

所述防氧化填料的優先組分為：40～70wt%?磷酸三鈣、30～50wt%?二氧化硅、10～30wt%?氧化鋁、0～6wt%?粘土。

所述步驟（B）中干燥為自然干燥或加熱至80～100℃后保溫10～30分鐘。