合金涂层的工件的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于提供合金涂层的工件或构件的方法。本发明主要涉及制造铁 制品，该制法是利用涂层，特别是使用锌粉或含有元素混合物或锌合金的锌系粉末提供的 含锌涂层来保护铁制品以防腐蚀。
【背景技术】
[0002] 有各式各样的涂布方法可用来赋予铁质构件可接受的耐蚀度。可根据铁质构件的 性质、涂层的组成及受保护构件所经受的使用期限的性质（nature)而改变所使用的方法。 数十年来的研宄不断追求更佳且更经济的系统，以求达到能够符合逐渐更加严格的要求的 耐蚀性。对耐蚀性（以铁质构件的无腐蚀操作期限的小时数来测量）的要求逐渐提高，因 为早期可接受的耐蚀度不再令人满意。
[0003] 有数种施用含锌涂层的不同方法以赋予铁质构件耐蚀性。数十年来皆使用诸如电 镀及热浸镀（hot-dipping)的方法来施用锌及锌合金。在热浸镀的情况中，最近数十年间 发现含铝的锌合金大幅改善所能得到的耐蚀度。这项发现最初是使用含有低铝含量的锌合 金，例如Zn-(3%-7%)Al。然而发现使用高铝含量的合金（例如，Zn-55%A1)可能达到更 佳的耐蚀性。甚至发展出更复杂的热浸镀合金（例如该些含有少量Cu、Mg及Si的合金） 并获得有利的微结构。
[0004] 通过热浸镀法及电镀法（较少用）施用的锌涂层在保护铁质构件及铁制品方面取 得辉煌成就。该锌涂层能够提供良好保护而防止产生锌白腐蚀产物（whitezinccorros ionproduct)，并防止因铁质基底锈蚀所生成的红锈蚀物。然而，电镀法及热浸镀法需要大 量资金且适用于大型铁制品和长形铁质材料，例如板状物、条状物及线状物。
[0005] 另一种能形成锌涂层或锌合金涂层以保护铁质构件免于受腐蚀的方法是使用分 散在液体中的锌或锌合金的粉末或碎片。可通过浸泡、涂刷、喷雾或任何其他适当方式将该 粉末分散液施用至铁质构件。随后将该构件加热至可使该液体蒸发、分解或固化的温度以 提供锌涂层或含锌涂层。在某些情况下进行该方法以在构件上形成坚硬耐磨涂层。在其他 情况下，是以某一温度加热一段时间而使基材的铁扩散至涂层中。以下专利参考文献中提 供用于各种金属粉末及构件形式的此类型方法的实例：
[0006]ImperialSmeltingCorp(NSC)Ltd的GB1，071，624;
[0007]Watkins的US1，815, 638;
[0008]Geeck的US4, 391，855;
[0009] Nickola等人的US4, 628, 004 ;
[0010] Kircher等人的US6, 110, 262 ;
[0011] Creech等人申请的US2003/0059542 ;及
[0012] Graf等人申请的US2012/0006450。
[0013] 也可通过约1900年发明且广为人知的镀锌法（Sherardising)将锌涂层施用至 铁质构件。镀锌法是以发明者的名字命名，镀锌法涉及将铁质构件埋在散布有小量含锌粉 末的惰性颗粒填料（例如氧化硅或氧化铝）床中。该填料床还可含有诸如粘土的材料。随 后加热该盛装有填料床及埋入构件的容器（housing)持续数小时，同时旋转该容器。加热 是使温度达到能够使锌以气相进行扩散并与构件表面的铁发生反应而在该构件上形成扩 散涂层。在该方法中必须排除氧以免锌被氧化。
[0014] 以下专利文献中公开镀锌法的数个现代实例：
[0015]Bri1 1-Edwards的US3, 808, 031 ;
[0016]Levinski等人的US6, 171，359;
[0017]Shtikan等人的US7, 192, 624;
[0018]Rosenthul的US7, 241，350 ;
[0019]Danger等人申请的US2005/0109433;
[0020] Graf等人申请的US2009/0266454 ;及
[0021] Sheinkman等人申请的US2010/0215980。
[0022] 镀锌法的开发归功于US7, 192,624的第一发明人，且该镀锌法成功地以 ArmorGalv商标进行商业化。据了解ArmorGalv方法所提供的进步是在于"特殊的锌粉 配方"。该方法（被描述为热扩散镀锌法）被称为是得到确认的镀锌锌/铁蒸汽扩散法 (Sherardisingzinc/ironvapourdiffusionprocess)的改良版。在盐雾试验中超过 1，000小时的成功的防蚀可以说颇为常见。如一般的镀锌法那样，ArmorGalv方法涉及使构 件在置于烘箱内的容器中翻滚同时在315°C至450°C的温度下加热。在此温度下持续加热 3小时至4小时，随后，使该构件在相似的时间长度内缓慢冷却。
[0023] 以下专利文献中公开镀锌法的一种替代方案：
[0024]Danger等人申请的US2006/0159859。
[0025] 在后者文献中，在腔室内使钢板的异形结构被笼罩在金属粉末中，该粉末静电沉 积在该钢板上，对该钢板进行加热处理以通过扩散方法形成涂层，且随后冷却该钢板。文中 未对"被笼罩（fogged) "或"笼罩（fogging) " 一词多做解释，但这些术语似乎意欲表达暴 露在烟雾状的锌粉尘环境中。
[0026] 适用于提供保护涂层的又另一种方法称作机械涂镀法（mechanicalplating)，也 被称为扩散渗镀法（peenplating)或冷焊法（coldwelding)。机械涂镀法可有效地将锌、 锡或其他延展性金属施用至构件。将一批构件装入桶中，并使用玻璃珠和延展金属的细粉 或粉尘在该构件上形成涂层。当旋转该桶时，利用玻璃珠将撞击和锤打能量赋予该构件，而 使细粉或粉尘颗粒冷焊于该构件的表面。在该构件没有氢脆的风险或无需使用热的情况 下，该方法生成强力附着、略微多孔且具有无光糙面的涂层，且该涂层可为该已涂布的构件 提供防蚀效果。该方法适用于保护各种相对小的构件，且被广泛用于为诸如螺栓及自攻螺 钉的固定件提供防蚀效果，该固定件包括用于汽车主体结构中的高强度固定件，特别是以 洛式硬度C标尺（Rockwel1Cscale)表示的硬度值高于约40的那些固定件。
[0027] 如1994年出版的ASM手册第5卷的表面工程（美国金属学会）中所记载的，机械 涂镀法提供一种用于达成期望机械性质与电偶性质（galvanicproperty)的直接方法，该 方法具有极低的氢脆风险且在室温下完成。取决于例如欲得到防蚀效果的所处环境以及是 否欲获得另一种性质（例如，低摩擦力）而定，该涂层可为单层或至少两层。
[0028] 由Demyashev等人发表且由斯威本工业研宄所（IRIS)(斯威本科技大学的一个部 门）于2011年4月出刊的标题为"EffectofSn-alloyingonCorrosionResistanceof SherardisedHighCarbonSteel"的论文进一步扩展该项技术领域。该篇IRIS论文涉及 尝试改善据说适用于汽车工业应用的常规镀锌的钢质表面的耐蚀性。有报导指出已通过以 下方式对常规的镀锌法进行改良：
[0029] (1)使用常规的镀锌法，但使用Zn-10%Sn粉末混合物；或
[0030] (2)使用Zn-10%Sn进行机械涂镀，其作为中间阶段以便进一步加热处理，S卩，作 为在镀锌阶段之后但在加热阶段之前的阶段。
[0031] 相较于常规的镀锌法（使用锌但不使用锡）所达到的42小时的无红锈耐蚀性，使 用改良方案（1)所达到的无红锈耐蚀性长达174小时。
[0032] 改良方案（2)表现出长达290小时无红锈及99小时无白锈的进一步改善效果。
[0033] 本发明的目的是提供一种用于在铁质构件上形成保护涂层以增进耐蚀性的替代 方法。
【发明内容】
[0034] 根据本发明提供一种用于涂布铁质构件的方法，其中未经涂布的铁质构件经历以 下步骤：
[0035] (a)使用含金属锌的粉末，例如锌粉或锌合金粉末或由锌或锌合金与至少一种其 他金属所组成的粉末混合物，作为涂布介质以进行机械涂镀，以便在该构件的暴露表面上 积聚由该涂布介质所形成的牢固附着涂层；
[0036] (b)加热具有牢固附着涂层的构件以产生固体-固体扩散作用而在该表面