一种低温合金共渗金属防腐工艺的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于金属热处理与冶金相结合的技术领域，进一步而言，属于金属表面防 腐技术领域，更具体的，本发明涉及一种低温合金共渗金属防腐工艺。
【背景技术】
[0002] 现有技术中，采用合金共渗防腐技术处理的产品，其本体主要为钢铁类产品，涉及 到电力、铁路、公路、汽车及军工设备等多个行业的必用配件，如常用户外标准件、螺钉、螺 母、铁路钢轨扣配件、信号器材、电力出土管、电缆托架等。对于这些配件不仅要求工件的内 在性能高，还要求工件25年不能生锈，并且对螺纹间拉力载荷也有很高的要求。
[0003] 为了防止标准件生锈，以便以后维修方便，现有的合金共渗防腐方法多是在工件 表面进行粉末热渗锌来解决此问题。常用的的工件粉末热渗锌的方法是：工件一碱性除油 -酸性除锈磷化一敷锌粉一装炉加温渗透固化一出炉一硝酸出光一铬酸钝化一成品。这种 方法处理的钢铁制件虽然防锈能力有所提高，但是盐雾试验一般不超过200小时，目前国 内的技术为了达到更高的盐雾要求，都是在渗锌层表面涂油漆或达克罗加厚保护层，对环 境进行了二次污染，降低了表面强度及硬度，给施工安装带来更大不变，效率受阻。实际户 外应用5年左右就会出现锈斑，远达不到特殊行业的25年的防腐使用要求，这也是世界难 题。
[0004] 现有的粉末热渗锌的技术缺陷主要有：1、加热渗锌后，采用的硝酸出光、铬酸钝化 等工序中，使用了硝酸等化工原料，容易产生严重的重金属铬污染，不仅污染环境，还损害 生产人员的身心健康，而且对高强度螺栓、弹簧类工件，还会产生氢脆现象；2、为了保证一 定的防腐性能，需要较厚的渗锌层，一般不低于40 μπι，影响了螺纹间的公差尺寸，使施工当 中拧不上螺母，必须把螺母加大，但螺母加大后，可能造成螺纹间松动、拉力不够，在安全上 存在很大的隐患；3、粉末渗锌的加热渗锌工序，加热温度在400°C~480°C，温度较高，造成 高强度螺栓、弹簧类工件的二次回火，降低了其机械性能和疲劳寿命。
[0005] 基于上述技术缺陷，研究一种处理工艺简单、温度较低、节省能源，且在生产过程 中不污染环境、不损害生产人员身心健康的新型金属防腐工艺，具有十分重要的意义。
【发明内容】
[0006] 本发明主要目的是提供一种低温合金共渗金属工艺，相较于现有的粉末热渗锌方 法，具有处理温度低、工艺简单、环保性能优良等优点。
[0007] 本发明的详细技术方案如下所述。
[0008] -种低温合金共渗金属防腐工艺，对工件具体处理具体工序为：工件除油除锈一 敷金属粉末一装炉加热一出炉一水洗一电解抛光一钝化一烘干一成品；具体过程为： (1)工件预处理，对工件进行预处理，除去工件表面油渍、锈渍等杂质，具体例如可采用 70°C的NaOH溶液浸泡5分钟除油，或者例如采用网带炉加热至300°C ~350°C保温15分钟 除油；工业化生产过程中采用抛丸机进行除锈，也可采用喷砂除锈工艺去除锈渍； (2) 装炉、加热，在步骤（1)中预处理后的工件置于加热炉内，再加入金属粉末， 200°C ~380°C 保温 1~L 5h ;具体例如 260°C ~350°C 保温 1~L 2h、220°C 保温 1. 5h、250°C 保 温 1. 2h、300°C 保温 lh、350°C 保温 lh 等； 优选方案中，加热保温过程中，工件可以滚动，例如滚动时可以连续滚动并正转5分钟 反转5分钟，从而使得冶金结合形式形成的锌原子均匀地渗入工件基体表面； 所述金属粉末优选为经微波、磁场活化的纳米金属粉末，具体为，将单质锌和氯化锌按 照一定的质量比例采用微波加热方式加热至300°C即可； 需要说明的是，纳米金属粉末的活化较为适用于对温度敏感的金属基体(主要是针对 金属基体在300°C以上处理温度时金属基体机械、物理性能等易受到影响或变化的金属基 体)，而对于处理温度在300 °C以上时的金属材质如铸造件，其机械性能、物理性能等基本不 受影响，纳米金属粉末可不进行活化； 单质锌与氯化锌的质量比具体可为：单质锌：氯化锌=20~40 :1，优选比例为30 :1 ; 所述单质锌具体可为蒸馏锌，进一步地，具体可为325目的蒸馏锌； 金属粉末（即单质锌和氯化锌)用量为工件质量的15%。~25%。，具体例如18%。~20%〇、 22%〇 等； (3) 电解抛光，将步骤（2)中加热处理后工件出炉后，自然降温至室温，然后进行水洗， 干燥后进行电解抛光； 所述电解抛光为：将工件作为阳极，以铁板为阴极，电解液组成为：NaOH 200g/L、硫 酸镍15g/L、乙二胺22g/L、三乙醇胺40g/L，电解20~60分钟，通过电解抛光将工件表面多 余的锌离子置换到了阴极铁板上； (4) 钝化处理，将步骤（3)中电解抛光后工件采用无铬钝化剂进行钝化处理，钝化时间 为10~30s ; 所述无铬钝化剂主要成分为：氯化钠45-65g/L、氯化镍5-10g/L、硫酸亚铁5-10g/L、锌 粉5-8g/L，钝化温度20~35°C，将钝化处理后工件烘干后即为防腐处理完成的工件成品； 处理完成后，工件表面合金共渗防腐层厚度为8~25 μ m，优选厚度为8~15 μ m。
[0009] 低温合金共渗防腐技术是一种热扩散表面强化技术，它是利用加热状态下将一种 或多种金属元素(如锌）扩散进入钢铁构件表面，制备Zn~Fe合金保护层的一种化学热处 理工艺。本发明利用此技术将金属粉末渗入固定于金属基体表面，从而为金属基体提供保 护。由于采用此技术所形成的粉末渗锌涂层与钢铁基体的结合强度很高，且该涂层具有优 异的抗高温氧化性、耐腐蚀性和抗磨损与抗冲击等特性，能极大地提高金属构件的使用性 能，因而在钢铁材料防腐工程领域具有广泛应用前景。
[0010] 本发明所提供的低温合金共渗金属防腐方法，与现有的其他高温镀锌防腐工艺相 比，其技术优势具体有如下几点。
[0011] 第一，涂层厚度均匀性好;采用本发明对金属基体进行防腐处理时，所制备的Zn/ Fe合金防腐层厚度均匀，且防腐层厚度仅取决于加热温度和保温时间，与构件的形状和不 同位置基本无关；所形成的防腐层厚度在8~35 μπι之间，针对螺丝等配件进行处理时， 不需附加间隙，不需要再攻丝，能够较好解决紧固件间公差配合问题；而现有的高温热浸锌 涂层厚度一般在15~130μπι之间，且锌涂层厚度均匀性差、不易控制，容易受构件形状影 响。
[0012] 第二，合金共渗防腐层与金属基体结合强度高，硬度高，且耐磨损和抗划伤能力 强;采用本发明对金属基体进行防腐处理时，所制备的Zn/Fe合金防腐层作为一种扩散冶 金结合方式存在，具有很好的附着强度。检测表明，其涂层与母材界面拉伸强度：600~ 700kg/mm2,涂层表面层拉伸强度为：300~350kg/mm2;对该防腐层的进一步检测表明，其显 微硬度为250~500 HV，而采用现有高温热浸镀锌技术表明所制备的锌涂层，由于其仅为 纯锌，其硬度仅在75~88 HV左右。
[0013] 第三，对于构件机械性能影响小，没有氢脆现象;采用本发明对金属基体进行防腐 处理时，由于加热温度较低（260~380°C)，而构件回火时回火温度相对高于本发明中的加 热温度(一般均在350°C以上)，因而对于构件的机械性能影响较小；而构件产生氢脆现象原 因往往是由于表面处理过程中伴随有H+ -Η- e反应，反应析出的Η原子进入钢基体造成 氢脆现象，同时构件处理过程中的酸洗处理也会造成此现象，采用本发明对金属基体进行 防腐处理时，由于处理温度低，处理时间相对较长，此温度下吸入钢基体的氢原子能够较为 充分的扩散逸出，因而可有效减少氢脆的危害，同时通过优化钝化工艺，避免酸洗处理，因 而避免氢脆现象发生；而现有高温热浸镀锌工艺，由于处理温度高、处理时间短，因此很难 彻底避免氢脆的产生。
[0014] 第四，处理工艺无污染，且抗腐蚀性、抗氧化性性能优良;采用本发明处理构件过 程中，无锌废料、锌蒸汽等污染物产生，且由于采用了无铬钝化试剂，因而对于环境影响较 小；采用本发明处理后构件，由于表面合金共渗防腐层主要为Fe-Zn合金组织，因而既可 保护金属基体，但又不像纯锌那样牺牲得太快，因而能够更为有效保护金属基体；试验检测 表明，本发明处理后金属基体表面的s合金共渗防腐层的耐腐蚀性比现有的高温热浸镀锌 工艺高2~4倍，且中性盐雾试验中，在1000个小时时亦不出现红锈现象，可确保构件户外 使用20年以上时也不出现生锈现象。
[0015] 总体而言，本发明对于现有的金属防腐工艺进行了各环节改进，通过改进防腐处 理温度、金属粉末比例、钝化处理工艺等，在确保构件机械性能不受影响的基础上，较好实 现了防腐目标，且处理工艺更为绿色环保，因而具有较好地推广应用价值。为进一步说明本 发明的技术优势，将本发明与现有其他常用镀锌技术指标对比列表如下(表中"合金共渗" 即为本发明）：
【具体实施方式】
[0016] 下面结合实施例对本发明的技术