制造在锌镀层中的应用纳米CeO2/Zn金属基复合材料的制作方法

文档序号:8237310阅读:431来源:国知局
制造在锌镀层中的应用纳米CeO2/Zn金属基复合材料的制作方法
【专利说明】制造在锌镀层中的应用纳米Ce02/Zn金属基复合材料
[0001]
技术领域
[0002]本发明属于合金铸铁铸造技术领域,具体涉及一种在锌镀层中应用的纳米Ce02/Zn金属基复合材料。
[0003]
【背景技术】
[0004]锌镀层用于防止钢铁制品的锈蚀,已有200多年的历史,至今,它在钢铁材料防蚀涂层中仍占有重要的地位。锌镀层的使用寿命取决于镀层的耐蚀能力,镀层的耐蚀能力越强,则镀层的使用寿命就越长。随着日益发展的科技与经济的需要,如何更好的改善镀层的耐蚀能力对镀层材料提出了更高的要求。随着对稀土材料的开发研究,人们逐渐认识到其优越性,并将其应用在不同领域。20世纪80年代,Hinton和Wilson首次研究了稀土对纯锌的缓蚀作用,发现1.0g/L的CeCL3可使纯锌的腐蚀速率降低到原来的1/10,使电镀锌的腐蚀速率降低到原来的1/2,腐蚀试验完毕后纯锌和电镀锌表面形成了一层黄色的膜。之后,Hinton进一步研究了纯锌和电镀锌表面的稀土转化膜的成分和结构,发现膜中主要组成物质是Ce02和Zn,并且Ce是以四价形式存在于膜中的。昆明理工大学的郭忠诚副教授在1996年第5期的《金属学报》中发表过一篇《稀土对复合镀工艺及镀层性能的影响》,研究了稀土对N1-SiC复合镀工艺及镀层性能的影响。结果表明,添加适量的稀土能显著地提高复合镀层中微粒的含量、硬度和耐磨性。已有研究表明,加入稀土氧化物Ce02所产生作用如下:1.稀土元素细化微观组织结构,减小第二相树状晶体间距和涂层夹杂物含量;2.稀土元素的加入对减少涂层金属材料在基体上的扩散是很有效的;3.稀土元素可以增大衍射角,降低晶体面间距和点阵常数;4.稀土元素的加入提高抗腐蚀性能,钝化显著提高,腐蚀速率明显降低。但是,稀土元素对于降低镀层腐蚀速率幅度与人们的期望值相比还略显不足,故此工艺也未能在生产中获得广泛应用。
[0005]

【发明内容】

[0006]本发明提供一种制造在锌镀层中应用的纳Ce02/Zn金属基复合材料的方法,因为,纳米稀土粉末由于其粒度非常细小、比表面能特别大,通常处于团聚状态,如果将其直接加入到热镀锌镀液中,其团聚现象将更为严重,而且还会产生偏聚。为此,拟采用粉末冶金方法先制备出纳米Ce02/Zn复合材料,作为中间体将纳米Ce02带入热镀锌镀液中。但对于常规粉末冶金法而言,混合物的均匀性很大程度上取决于两种粉末粒度的差别,纳米Ce02粉末与纯锌粉末的粒径相差很大,这就决定了粉末混合物的均匀性较差;而且纳米Ce02颗粒又呈团聚状态,所以很难实现纳米Ce02颗粒在锌基体中的弥散均匀分布。为解决这个问题,关键是先制备出均匀的纳米Ce02/Zn复合粉末。高能球磨作为一种材料制备的重要工艺方法,日益受到国内外材料科学界的重视。特别是在纳米材料科学与技术领域,有关高能球磨法制备纳米金属、纳米金属间化合物材料、纳米复合材料、非晶材料、纳米陶瓷等的研究很多,并取得了很大的进展。作者采用高能球磨法成功制备出纳米Ce02颗粒弥散均匀包覆、镶嵌在锌颗粒之上的纳米Ce02/Zn复合粉末,并通过XRD、SEM详细研究了粉体的组成、微观形貌。
[0007]方法是将粒度为47?100 m的纯Zn粉末和平均粒度为30nm的CeO粉末,按重量比(wt% )8:1混合后,在自制的高能球磨机内进行球磨。采用3mm、6mm和1mm不锈钢球作球磨介质,三种钢球配比为3:6:10,球料比)为30:1 ;球磨前先抽真空,然后在氩气保护状态下球磨混合粉末,球磨机转速为120 r / min,经不同时间后取样。
[0008]热压工艺参数
Zn—Ce02 (0.1% ):1 450 r / min 2 h ;9 t 2 h 370°C 6°C / min 闭式
Zn—CeO, (1% ):1 450 r / min 2h ;9 t 2 h 370°C 6°C / min 闭式
Zn—CeO, (5% ):1 450 r / min 2h ;9 t 2 h 370°C 6°C / min 闭式
本发明提供的生产在锌镀层中应用的纳米Ce02/Zn金属基复合材料,其有益效果在于:
高能球磨和粉末冶金烧结是制备纳米氧化铈/锌复合材料的有效方法,XRD和FESEM检测表明,球磨和热压烧结过程中没有产生新合金相,即得到纳米Ce02/Zn、Al复合材料,且其结构均匀,性能稳定。
[0009]如以这种稀土金属基纳米复合材料作为中间合金代替单纯的锌合金,用在钢铁件表面实施热浸镀,可显著提高锌镀层的耐腐蚀性能,另外,高能球磨法制备工艺简单,成本低廉,容易实现大规模工业化应用。
[0010]
【具体实施方式】
[0011]下面结合实施例,对本发明提供的在锌镀层中应用的纳米Ce02/Zn金属基复合材料及其生产方法,进行详细的说明。
[0012]实施例一
将粒度为47?100 m的纯Zn粉末和平均粒度为30 nm的CeO粉末,按重量比(wt%)8:1混合后,在自制的高能球磨机内进行球磨。采用3mm、6 mm和1mm不锈钢球作球磨介质,三种钢球配比为3:6:10,球料比(wt%)为30:1 ;球磨前先抽真空,然后在氩气保护状态下球磨混合粉末,球磨机转速为120 r/min,经不同时间后取样。
[0013]热压工艺参数
Zn—Ce02 (0.1% ):1 450 r / min 2 h ;9 t 2 h 370°C 6°C / min 闭式Zn—CeO, (1% ):1 450 r / min 2h ;9 t 2 h 370°C 6°C / min 闭式Zn—CeO, (5% ):1 450 r / min 2h ;9 t 2 h 370°C 6°C / min 闭式热压设备:本试验采用的设备是真空热压炉,是用石墨作发热体的立式真空电阻炉,夕卜有框架式双立柱框架,下面有液压油缸升降为压力源,可供金属难熔化合物,陶瓷等在真空或保护气氛中加热压制工件。真空热压炉的技术规格:额定50kW、30kW,电源电压380V,力口热器电压36V、28V,额定温度2000°C,最大压力20t,压头直径Φ85 mm,液压行程100 mm,冷态真空度0.0Ol Pa,工作200mm X 160 mm、120 mm X 120 mm。结构简介:炉体是立式炉体,其层为lCrl8Ni9做成的圆筒,外壳为碳钢制成。两层之间形成夹套可以通冷却水,将传到炉壳内壁的热量带走。炉盖上面有压头,压力传感器和压紧装置,可以升降。炉内隔热屏由钥片和lCrl8Ni9板组成,最内层为石墨,底部隔热屏由石墨组成。液压框架有上横梁、底座、长立柱、炉架等组成。液压油缸装在底座中间,手压油泵将液压油通过换向阀进入油缸,使油缸升降。真空系统是k 一 200油扩散泵(名义抽速1500 L / s)、2X — 30旋片式机械泵以及真空阀等组成。真空的测量,在粗真空范围内由圆形弹簧真空计测量,低真空时由热偶真空计,高真空时由电离真空计测量。本仪器使用的是380V单相电源,通过降压变压器,降为36V(28V),然后通过电缆送到电极上。
【主权项】
1.一种制造在锌镀层中应用的纳Ce02/Zn金属基复合材料的方法,其特征在于:将粒度为47?100 m的纯Zn粉末和平均粒度为30 nm的CeO粉末,按重量比(wt%)8:l混合后,在自制的高能球磨机内进行球磨;采用3mm、6mm和1mm不锈钢球作球磨介质,三种钢球配比为3:6:10,球料比(wt%)为30:1 ;球磨前先抽真空,然后在氩气保护状态下球磨混合粉末,球磨机转速为120 r / min,经不同时间后取样。
【专利摘要】本发明公开了一种制造在锌镀层中应用的纳CeO2/Zn金属基复合材料的方法,方法是将粒度为47~100m的纯Zn粉末和平均粒度为30nm的<b>CeO</b>粉末,按重量比(wt%)8:1混合后,在自制的高能球磨机内进行球磨;采用3mm、6mm和10mm不锈钢球作球磨介质,三种钢球配比为3:6:10,球料比(wt%)为30:1;球磨前先抽真空,然后在氩气保护状态下球磨混合粉末,球磨机转速为120r/min,经不同时间后取样;高能球磨和粉末冶金烧结是制备纳米氧化铈/锌复合材料的有效方法,<b>XRD</b>和<b>FESEM</b>检测表明,球磨和热压烧结过程中没有产生新合金相,即得到纳米<b>CeO</b><b>2</b><b>/Zn、A1</b>复合材料,且其结构均匀,性能稳定。
【IPC分类】C23C2-06, B82Y40-00, B22F9-04
【公开号】CN104550981
【申请号】CN201310507916
【发明人】常云青
【申请人】青岛和德隆机械有限公司
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2013年10月25日
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