一种基于单镀法制备锌铝镁合金共渗层的工艺的制作方法
【技术领域】：
[0001] 本发明涉及金属材料表面化学热处理领域，特别涉及一种基于单镀法制备锌铝镁 合金共渗层的工艺。
【背景技术】：
[0002] 在金属表面渗锌、渗铝或锌铝合金是重要的金属材料表面化学热处理技术。合金 渗层在许多环境中具有比渗锌、渗铝更好的耐腐蚀性能，目前获得合金渗层的有效方法有 液体渗和粉末渗等，但都有工艺时间长、难工业化生产的缺点。渗铝、渗锌以及锌铝合金共 渗均需较高的处理温度，导致金属材料的强度下降，较长的工艺时间造成时间和能源的巨 大浪费。多元金属间相互反应及其与基体金属的冶金结合，形成多元共渗层，厚度、硬度、耐 磨性、耐蚀性能均显著提高，成为目前的研究热点。
[0003] Samuel R. Cross.等[Computational design and optimization of multi layered and functionally graded corrosion coatings.Corrosion Science. 2013, 77, 297-307]研究了锌铝镁合金层耐腐蚀影响，指出Al、Mg对防护层表面影 响和防护层整体的耐蚀性能提升。S. Schilrz等[Chemistry of corrosion products on Zn-Al-Mg alloy coated steel. Corrosion Science. 2010, 52 (10) ,3271-3279]制备的高 Al、Mg配比锌铝镁层，具有优异的耐蚀性能。
【发明内容】
：
[0004] 为了解决现有技术中锌铝共渗工艺要求高、镀层表面不均匀、无法形成锌铝镁共 渗层等不足与问题，本发明提供了一种适用于工艺时间短、金属材料的铝、镁含量高、高厚 度、渗层形貌优良、结合强度高、适用于工业化推广生产，且基于单镀法制备的锌铝镁共渗 层及工艺。本专利的创新之处在于：基于单镀型热浸制备锌铝镁合金镀层工艺基础上，通过 一定配比的铝、镁合金，一定范围温度条件下，一定的表面处理工艺，配合自行研发的专用 表面助渗剂，在较短的时间范围内（最长不超过5min)短时间在金属材料表面制备锌铝镁 共渗层。
[0005] 本发明是通过以下措施实现的：
[0006] -种基于单镀法制备锌铝镁合金共渗层的工艺，将预处理后的金属样品在助渗剂 存在下进行热浸镀处理，再在锌铝镁合金溶液中进行热浸渍处理，即得表面镀有锌铝镁合 金共渗层的金属样品。
[0007] 上述方法具体包括以下步骤：
[0008] 1)将金属基体去污、除油；
[0009] 2)将助渗剂和步骤1)处理后的金属样品置于容器中，加热60s_80s，加热温度为 45 °C -80 °C ；
[0010] 3)将步骤2)处理后的金属样品置于锌铝镁稀土合金液中，加热100s-240s，加热 温度为4KTC -470°C，即得锌铝镁共渗层。
[0011] 本发明中助镀液的最适温度是70°C -85°c，温度较低，助镀剂附着不均匀且助镀 效果不佳；温度较高，则助镀剂附着太厚，增加消耗。当然若附着较厚助镀剂在工件上锌灰 产生会降低。但太厚时则成反效果。
[0012] 本发明中一般需0. 2-0. 5min即可得到好的助镀剂附层，也让金属材料充分加热 以助烘干。
[0013] 优选的是，所述锌铝镁共渗层中，各组分的重量份数为：45% -50% Al、6% -12% Mg、34% -58% Zn、其余为金属基材。当共渗层中铝镁含量达到该比例范围时，材料获得了 较好的耐腐蚀性能。
[0014] 优选的是，所述助渗剂为单镀型助渗剂，各组分的重量份数为：ZnCl 230-40 % ; NaF 1-3%；KHF25-8%；PC130. 5-1. 0%；SnCl22-3%；BeCl2l-l. 5%；Si020. 5-1. 5%； ZnMn040.05-0. 1 % ;复合表面活性剂1 %，其余为水。其中ZnMn04作用是与其他成分形成水 合物，促进浸渗过程，从而提高共渗层中的铝含量以及促进共晶组织形成；复合表面活性剂 为烷基磺酸盐、脂肪醇醚磷酸酯盐、N-烷基氨基二丙酸的复合物。
[0015] 优选的是，所述步骤2)、3)的处理工艺为：在锌铝镁合金液中采用同轴旋转设备， 使其沿进入合金液时方向旋转1-3周。利用旋转让热浸渍过程中的反应产物及时脱离基体 表面，避免产物在基体表面堆积形成膜层，促进浸润反应进程，缩短反应时间。
[0016] 优选的是，步骤3)中，所述热浸渍与热浸镀操作相同，单次热浸、时间短（250s内） 获得锌铝镁共渗层主要由助渗剂成分起到关键作用。
[0017] 优选的是，所述的单镀型助渗剂中，各组分的粒径小于70μm。颗粒小，可保证助镀 剂中各组分分散均匀，提高反应活性。
[0018] 上述任一方法制备的单镀型锌铝镁共渗层，其厚度为65-100 ym。本发明制备的单 镀型共渗层，进行了中性盐雾试验测试，结果表明出现锈点时间为2500h，而传统热镀锌出 现锈点时间仅为140h，所述的共渗层厚度较厚、共晶组织分布均匀且结构致密是其高耐蚀 性能的主要原因。
[0019] 上述的锌铝镁合金共渗层在制造电网输电铁塔中的应用。
[0020] 有益效果：
[0021] 1.本发明针对锌铝镁共渗技术，提供具有高铝、高镁含量，形成稳定锌铝镁共渗 层，高厚度、渗层形貌优良、结合强度高、实现金属材料表面制备锌铝镁共渗层。该制备方法 成本低，易工业化生产制备。
[0022] 2.本发明的助渗剂中，ZnMnO#用是与其他成分形成水合物，促进浸渗过程，从而 提高共渗层中的铝含量以及促进共晶组织形成。
【附图说明】
[0023] 图1本发明制备的锌铝镁合金共渗层相貌。
【具体实施方式】：
[0024] 下面结合实施例进一步说明：
[0025] 实施例1:锌铝镁共渗层及制备方法，如下：
[0026] (1)锌铝镁共渗层合金成分范围，35% A1、10% Mg、53% Zn、其余为金属基材；
[0027] (2)金属表面污垢去除后、于85°C下用NaOH溶液和清水分别清洗金属样品3次， 去除金属样品表面的油脂；
[0028] (3)将单镀型助渗剂为 ZnCl230 % ;NaF 1 % ;KHF25 % ;PC130. 5 % ;SnCl22 %; BeCl2l% ;Si020. 5% ;ZnMn040 . 05%;复合表面活性剂1%，其余为水，其中ZnMnO#用是与 其他成分形成水合物，促进浸渗过程，从而提高共渗层中的铝含量以及促进共晶组织形成； 复合表面活性剂为烷基磺酸盐、脂肪醇醚磷酸酯盐、N-烷基氨基二丙酸的复合物。和步骤 2)处理后的金属样品置于容器中，助渗80s，加热温度为80°C;
[0029] (4)将步骤3)处理后的金属基体置于锌铝镁合金液中，浸渗240s，加热温度为 410°C ；
[0030] (5)上述（3)⑷中处理工艺为：在锌铝镁合金液中采用同轴旋转设备，使其沿进 入合金液时方向旋转1周。
[0031] 所制备的单镀型锌铝镁稀土共渗层，其厚度为65-75 ym。研究发现：当铝镁含量 不大于3. 5 :1时，制备的共渗层厚度在65-75 ym时即可保证合金共渗层的耐腐蚀性。
[0032] 中性盐雾试验测试，结果表明出现