一种机械加工钢铁制件无氢脆低表面损伤粉末渗锌方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种机械加工钢铁制件粉末渗锌的无氢脆、低表面损伤处理工艺，属 于热表处理领域中的粉末渗锌技术。
【背景技术】
[0002] 传统"钢铁制件粉末渗锌技术"。粉末渗锌又称热渗锌，是固态多元共渗表面强化 技术中的一种。固态多元共渗表面强化技术是利用加热状态下金属原子的渗透扩散作用， 将一种或多种金属元素渗入到金属制件表面形成一种合金防护层的一类化学热处理工艺， 2008年出版的美国ASTM标准将这种工艺形成的防护涂层称为热扩散涂层，通过热扩散涂 层处理工艺可以明显改善金属材料表面耐腐蚀、耐磨损、抗氧化及抗冲击等使用性能，有效 扩大金属材料的应用范围。
[0003] 粉末渗锌就是一种具体的热扩散表面强化技术，它利用加热状态下锌元素扩散进 入钢铁结构件表面制备Zn-Fe合金保护层的一种化学热处理工艺，粉末渗锌涂层可以有效 改善和提高钢铁结构件表面的抗腐蚀、抗表面氧化及耐磨损性能。综合分析机械行业标准 JB/T 5067-1999《钢铁制件粉末渗锌》、欧洲标准EN 13811-2003《铁制品的锌扩散涂层详 细规范》及国内/国外粉末渗锌过程等资料，可知国内/国外粉末渗锌的基本工艺流程如附 图1所示，主要包括前处理、热渗锌和后处理等3个过程。
[0004] 前处理为将制件表面的油污、锈迹清理干净，一般使用的工艺方法为酸洗、喷丸或 喷砂，但这3种方法均有不同的局限性。
[0005] 酸洗是通过化学反应的方法去除钢铁制件表面的油污、锈迹，但同时会在化学反 应过程中产生氢原子而进入钢铁制件中。由于氢原子活性很大，其在制件中各处活动会产 生2种后果：1)制件在非受力状态下，氢原子在制件中聚集形成氢分子，氢分子在积聚部位 膨胀产生内应力，进而使制件产生氢脆微裂纹，导致制件受力时极易断裂。2)制件在受力状 态下，氢原子在制件中活动，逐渐积聚为氢分子。氢分子在积聚部位膨胀产生内应力，进而 使制件产生氢脆延迟微裂纹，导致制件受力后极易断裂。因此，该方法一般不适合机械加工 钢铁制件。
[0006] 喷丸或喷砂是通过连续机械打击的方法去除钢铁制件表面的油污、锈迹，但同时 会在制件表面留下机械损伤。对于表面要求不高的制件，该种方法可以适用；对于表面不能 大面积损伤的制件，该种方法不能适用。而机械加工钢铁制件的表面一般已经过加工，喷丸 或喷砂会损伤制件的形位公差和表面形态，因而该方法一般不适合机械加工钢铁制件。
[0007] 由以上可知，酸洗、喷丸或喷砂等工艺不适合于机械加工钢铁制件粉末渗锌的前 处理。
[0008] 加热渗锌是将钢铁制件、锌粉及惰性冲击介质混合填充在密封的不锈钢容器中， 并将容器放置在热处理炉中，在容器旋转的情况下加热到360°C?450°C并保温一段时间， 利用金属原子的扩散作用，在构件表面形成Fe/Zn合金保护层。
[0009] 由加热渗锌的过程可知，其是一个中温回火的过程，在渗锌过程中无引入氢原子 的环境，因而不会出现像化学镀锌一样因引入氢原子而导致的氢脆倾向。此外，此温度下吸 入钢基体的氢原子可大部分扩散逸出，因而有一定去氢处理（多200°C，保温8h?24h)的效 果。但只能除去大部分氢原子，不能除去全部氢原子，也不能除去氢分子。因此，加热渗锌 过程不能完全消除由于酸洗给机械加工钢铁制件带来的氢脆隐患。
[0010] 另外，与传统的粉末包埋化学热处理工艺不同（将制件包埋在粉末中在静止状态 下加热)，工业化粉末渗锌过程是在不断滚动状态下进行加热处理，粉末混合物与工件之间 的机械摩擦、冲击作用不仅有利于新鲜扩散渗剂与被处理界面的紧密接触，而且使得被加 热介质温度场均匀化，并有效促进冶金扩散化学反应。
[0011] 制件在不断滚动、摩擦、冲击状态下，虽然惰性冲击介质可起到相当大的阻隔及缓 冲作用，但难免会出现制件间、制件与容器间、制件与工装间相互碰撞，导致制件表面形态 出现轻量损伤。因此，加热渗锌过程不能杜绝机械加工钢铁制件表面形态损伤。
[0012] 由上分析可知，传统粉末渗锌工艺会使机械加工钢铁制件出现氢脆隐患，或大面 积损伤工件而致使其形位公差及表面形态质量下降，因而不适合于机械加工钢铁制件粉末 渗锌，即粉末渗锌技术难以在机械加工钢铁制件中广泛应用。
【发明内容】
[0013] 本发明克服现有技术的不足，所要解决的技术问题是机械加工钢铁制件在粉末渗 锌工艺中的氢脆问题和损伤严重的问题。
[0014] 为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：一种机械加工钢铁制件无氢 脆低表面损伤粉末渗锌方法，通过采取钢铁制件机械加工后防锈处理、无氢脆粉末渗锌前 处理、无表面损伤粉末渗锌前处理、低表面损伤加热渗锌处理的技术方案，使机械加工钢铁 制件可实现无氢脆、低损伤粉末渗锌。具体如下。
[0015] 1、防锈处理 机械加工钢铁制件在完成精加工或最终加工后，表面或加工表面涂防锈油（如Q/ TSH063-2003防锈油201)进行油封，从而防止制件加工表面氧化锈蚀。制件在粉末渗锌前 不再进行其它表面处理。
[0016] 这样处理后，既解决了防锈问题，又防止了其它表面处理中酸洗过程对制件造成 的氢脆影响。
[0017] 2、无氢脆及表面损伤的前处理 机械加工钢铁制件粉末渗锌的前处理方法为： 1)对已加工面、非喷射面用工装遮挡、麻绳捆扎、报纸粘贴覆盖等方式防护后，对未加 工面采用喷砂或喷丸的方法将锈迹、油污等去除干净。
[0018] 工装遮挡：设计制做专用工艺装备，装在制件需防护表面上，用工装作为防护物， 以使这些表面免受喷砂或喷丸损伤。
[0019] 麻绳捆扎：用麻绳捆扎包裹在制件需防护表面上，用麻绳作为防护物，以使这些表 面免受喷砂或喷丸损伤。
[0020] 报纸粘贴覆盖：用报纸粘贴覆盖在制件需防护表面上，用报纸作为防护物，以使这 些表面免受喷砂或喷丸损伤。
[0021] 在实际工作中，可以根据需要将上述三种防护方式取其两种或三种组合使用。
[0022] 2)去除防护物，用超声波清洗的方式将制件表面的油迹去除干净。超声波清洗的 条件见表1。
【主权项】
1. 一种机械加工钢铁制件无氢脆低表面损伤粉末渗锌方法，包括、前处理、加热渗锌和 后处理，其特征在于： 1) 对机械加工钢铁制件防锈处理 机械加工钢铁制件在完成精加工或最终加工后，表面或加工表面涂防锈油进行油封， 在粉末渗锌前处理工艺前不再进行其它表面处理； 2) 前处理 用超声波清洗的方式将制件表面的油迹去除干净； 3) 加热渗锌 制件装炉前，采用工装隔离、铁丝网捆扎或容器少装制件的方式处理后，对制件进行热 渗锌。
2. 根据权利要求1所述的一种机械加工钢铁制件无氢脆低表面损伤粉末渗锌方法，其 特征在于： 超声波清洗前对机械加工钢铁制件的已加工面、非喷射面进行防护后，对未加工面采 用喷砂或喷丸的方法将锈迹、油污等去除干净；然后去除防护物，用超声波清洗的方式将制 件已加工面、非喷射面的油迹去除干净； 所述防护的方法为工装遮挡、麻绳捆扎或报纸粘贴覆盖。
3. 根据权利要求1或2所述的一种机械加工钢铁制件无氢脆低表面损伤粉末渗锌方 法，其特征在于所述超声波清洗的条件为：温度75-85°C，超声频率40-60HZ，清洗总时间 8_15min〇
4. 根据权利要求3所述的一种机械加工钢铁制件无氢脆低表面损伤粉末渗锌方法，其 特征在于所述超声波清洗的工艺流程为：上料一超声波粗洗一风刀切水一喷淋漂洗一风刀 切水一超声波漂洗一风刀切水一下料；超声清洗的过程由超声清洗设备自动控制。
【专利摘要】本发明涉及一种机械加工钢铁制件粉末渗锌的无氢脆、低表面损伤处理工艺，属于热表处理领域中的粉末渗锌技术；所要解决的技术问题是机械加工钢铁制件在粉末渗锌工艺中的氢脆问题和损伤严重的问题；采用的技术方案为：一种机械加工钢铁制件无氢脆低表面损伤粉末渗锌方法，通过采取钢铁制件机械加工后防锈处理、无氢脆粉末渗锌前处理、无表面损伤粉末渗锌前处理、低表面损伤加热渗锌处理的技术方案，使机械加工钢铁制件可实现无氢脆、低损伤粉末渗锌。
【IPC分类】C23C10-36
【公开号】CN104561889
【申请号】CN201410780434
【发明人】王威, 上官洛奎, 孔令飞, 沈云霄, 艾敏, 李海燕, 崔沈泽, 申素梅, 朱淼
【申请人】长治清华机械厂, 中国运载火箭技术研究院
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2014年12月17日