专利名称：机械镀锌基稀土合金镀层工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用机械镀的方法在钢铁零件表面形成锌基稀土合金镀层(Zn-RE、Zn-Al-RE)的方法，属于钢铁材料的表面镀覆工艺技术领域。
背景技术：
目前，钢铁表面防腐的主体技术是热浸镀和电镀，采用锌及锌-铝合金镀层进行表面防护的钢铁产品，在发达国家达到年钢产量的30～40％，我国目前为10％，并以年6％的量增长。由于电镀镀层较薄不实用于长期服役的钢铁制品、零件的表面防护，因此，采用热浸镀的锌基和锌-铝合金是主要的防护镀层。近年国内外在热浸镀领域重点发展多元合金镀层，在钢板、钢丝和部分制品上，已经基本替代了传统的镀锌层。其中Zn-5％Al合金具有较好的工艺性，如加入稀土则能有效地抑制晶界腐蚀；Zn-Al-RE、Zn-Al-Mg合金是各国积极发展的高耐蚀热浸镀合金；Galfan合金(Zn-5％Al-0.03～0.1％La or Ce)耐腐蚀性是普通热镀锌的2～3倍。热浸镀锌基合金中的各合金元素，分别起到了抑制枝晶生长、减小表面张力、抑制晶界腐蚀、降低合金熔点增加流动性、提高耐腐蚀性和抗氧化性、增加合金与母材的润湿性等作用。它们一般以中间合金加入，其成分的控制受到各组元物理、化学特性和冶金条件(如熔点、比重、氧化烧损、温度和助镀剂)的影响。在热浸镀合金中加入稀土金属，除了可起到改善凝固、结晶效果的作用外，对改善镀层的结构、耐腐蚀性和外观也有优良的效果；稀土金属一般以中间合金或溶入助镀剂随被镀工件进入锌池与锌基合金液发生熔融，在钢铁工件表面发生结晶反应形成镀层。可见，锌基多元合金是适用于钢铁且经过实践验证的优良防护镀层。虽然热浸镀是获得这些镀层的一种方法，但在实现过程的稳定控制上还存在许多难点和缺点，如能耗、原料消耗大，所用原料有毒性，易造成环境污染等，从清洁生产的观点看有许多弊端，钢铁镀件镀后还有氢脆和退火软化现象。此外，热浸镀或电镀形成镀层时冶金、电结晶过程还存在不利于成分控制的因素。
机械镀(Mechanical Plating)是在常温、常压下利用物理、化学吸附沉积和机械碰撞，使金属粉在钢铁零件表面形成镀层的一种表面处理工艺。典型的机械镀工艺是把经过镀前处理的零件放入机械传动的镀筒中，加入水和冲击介质(玻璃丸)，转动镀筒形成一个具有碰撞和搓碾作用的流态环境。根据预定的镀层厚度加入金属粉和药剂，在化学药剂和机械碰撞的共同作用下使零件的表面形成镀层。机械镀所用原料无毒性，环境易治理，可实现过程无工业污染，镀后无氢脆和退火软化现象。虽然机械镀具有这些优点，但所得镀层的强度、硬度略低于热浸镀；光泽性不如电镀锌；在机械镀中加入稀土元素，得到锌基稀土合金镀层的技术还未见其它报道。经试验后发现在机械镀锌基稀土合金镀层形成过程中，稀土金属对镀层形成过程、镀层的性能和结构起到的作用与结晶形层时有所不同，表现为有利于形成细腻致密的合金镀层组织。存在于镀层中的稀土元素有效地改善了镀层的外观色泽，可以呈现银色和银色绸缎面效果。采用盐水浸泡法、户外曝晒法、中性盐雾试验法、湿热试验法检测镀层的耐蚀和耐侯性，在镀层厚度相同的情况下与成分类似的热浸镀和电镀镀层的耐腐蚀性能相当。在机械镀锌基稀土合金镀层形成过程中，稀土元素加入过多会造成金属粉在镀件边缘的偏聚吸附，影响镀层的均匀性。
发明内容
本发明目的在于克服现有技术的不足，提供一种所得镀层性能好、能耗小、污染少、节约金属的机械镀锌基稀土合金镀层工艺，采用机械镀的方法在钢铁零件表面上获得锌基稀土合金镀层。
本发明目的技术方案是包括工件镀前处理、基层建立、合金化镀层增厚、镀层强化等过程的机械镀锌基稀土合金镀层工艺，其特征在于不通过冶金和电结晶过程，在常温、常压的条件下，采用机械镀方法在钢铁制品表面上形成锌基稀土合金镀层；首先对工件进行镀前处理，除去零件表面油污和氧化皮后，将工件装入镀筒，并在筒内装入1～2倍的冲击介质和适量的水，同时加入无机酸调整镀液的pH值至1～2；随后建立基层，在转动的镀筒中加入锌粉、亚锡和复合稀土金属盐溶液，在钢铁基体表面上形成一层1～2微米的Zn-Sn-RE合金基层；基层建立后进行合金化镀层增厚过程，保持镀筒转动和酸性镀液pH值为1～2，形成一个促进合金粉吸附-沉积的环境，再依据镀层成分的需要加入锌粉或锌-铝合金粉，并加入复合稀土金属盐，转动镀筒，使工件表面在冲击介质的碰撞作用下形成所需厚度的合金镀层；镀层加料、增厚完毕后，在镀筒中加入清水至浸没工件和冲击介质，镀筒转动3～5分钟，使镀层组织结构强化、外表光亮，然后将镀件、冲击介质和镀液倾倒出镀筒，分离、清洗镀件和冲击介质，烘干镀件表面的水分后检验入库，冲击介质返回使用。加入的复合稀土金属盐为由La、Ce、Pr、Nd等稀土金属的氯化盐、硫酸盐合成的水溶性添加剂，其重量百分比成分为Ce(SO4)1～20％，La-RECl35～40％，CeCl36H2O 10～30％，Ms-RECl36H2O 20～60％；建立基层时，镀筒转动的外接圆线速度为60～80米/分；合金化镀层增厚及镀层强化过程中，镀筒的转速保持线速度为40～70米/分。形成Zn-Sn-RE合金基层时，加入的锌粉、亚锡和复合稀土金属盐总重量中，复合稀土金属盐占0.01～1％，亚锡盐占1～3％，其余为Zn；在合金化镀层增厚过程，通过加入复合稀土金属盐及锌粉或锌-铝合金粉，获得锌基稀土合金镀层(Zn-RE)或锌基铝稀土合金镀层(Zn-Al-RE)；镀层为锌基稀土合金层(Zn-RE)时，在加入总重量中复合稀土金属盐占0.01～1％，其余为锌粉；镀层为锌基铝稀土合金层(Zn-Al-RE)时，在加入总重量中铝粉为1～5％，复合稀土金属盐为0.05～2％，其余为锌粉。加入的金属锌粉，金属锌含量大于94％，最大粒径小于8微米或过1200目；加入的金属铝粉，金属铝含量大于93％，最大粒径小于30微米或过400目；镀层增厚时一般采取分次加料，加料强度控制在每3～5分钟沉积3～10微米镀层厚度。金属粉的用量与镀件的被镀表面积和欲镀的镀层厚度相关，对于Zn-RE镀层，锌粉的用量为65～75g/(m2·10μm)；对于Zn-Al-RE镀层，锌、铝金属粉的用量为60～70g/(m2·10μm)。
本发明采用机械镀方法，不通过冶金和电结晶过程，在常温、常压的条件下，在钢铁制品表面上形成锌基稀土合金镀层，其工艺过程包括工件镀前处理、基层建立、合金化镀层增厚、镀层强化等。首先对工件进行镀前处理，采用化学法或氧化法除去被镀的钢铁零件表面沾附的油污，经过酸洗或抛丸处理除尽工件表面的氧化皮后，将工件装入镀筒，并在筒内装入1～2倍的冲击介质和适量的水(冲击介质为普通机械镀使用的玻璃丸等，加入的体积量为工件体积的1～2倍，水的加入量一般以浸没工件和冲击介质即可)，同时加入无机酸调整镀液的pH值至1～2(无机酸可为硫酸、磷酸等)。随后建立基层，在转动的镀筒中加入锌粉、亚锡盐(如硫酸亚锡、氯化亚锡)和复合稀土金属盐溶液，镀筒转动时保持外接圆线速度在60～80米/分，直到钢铁基体表面上形成一层1～2微米的Zn-Sn-RE合金基层，在加入锌粉、亚锡和复合稀土金属盐总重量中，复合稀土金属盐占0.01～1％，亚锡盐占1～3％，其余为Zn。
基层建立后即可进行合金化镀层增厚过程，保持镀筒转动和酸性镀液pH值为1～2，加入由多种表面活性剂复合的活化液(可采用中国专利ZL93105628.4中配方一，体积百分比成分为椰子油14～16％，碳酸钾1～2％，50％浓度氢氧化钾10～13％，丙三纯2～3％，水67～72％)，形成一个促进合金粉吸附-沉积的环境；再根据所需镀层成分加入锌粉或锌-铝合金粉，并加入采用多种稀土金属盐复合的添加剂，同时在冲击介质的碰撞作用下形成锌基稀土合金镀层(Zn-RE)或锌基铝稀土合金镀层(Zn-Al-RE)。镀层为锌基稀土合金层(Zn-RE)时，按重量在加入总量中复合稀土金属盐占0.01～1％，其余为锌粉；镀层为锌基铝稀土合金层(Zn-Al-RE)时，按重量在加入总量中铝粉为1～5％，复合稀土金属盐为0.05～2％，其余为锌粉。镀层增厚时一般采取分次加料，加料强度可以控制在每3～5分钟沉积3～10微米镀层厚度，一般情况下加料强度大获得的镀层外观粗糙，反之则平整。根据镀件的情况，镀筒的转速保持线速度在40～70米/分。镀层增厚的加料完毕，在镀筒中加入清水至浸没工件和冲击介质，镀筒转动3～5分钟，使镀层组织结构强化、外表光亮；然后将镀件、冲击介质和镀液倾倒出镀筒，分离、清洗镀件和冲击介质，镀件烘干表面的水分后检验入库，冲击介质返回使用。
工艺过程中，加入的金属锌粉，金属锌含量大于94％，最大粒径小于8微米或过1200目；加入的金属铝粉，金属铝含量大于93％，形态可以是片状或粒状，最大粒径小于30微米或过400目；加入的复合稀土金属盐为由La、Ce、Pr、Nd等稀土金属的氯化盐、硫酸盐合成的水溶性添加剂，其重量百分比成分为Ce(SO4)1～20％，La-RECl35～40％，CeCl36H2O 10～30％，Ms-RECl36H2O 20～60％；这些稀土金属盐合成为水溶性添加剂后，与金属锌粉和铝粉一起加入。金属粉的用量与镀件的被镀表面积和欲镀的镀层厚度相关，对于Zn-RE镀层，锌粉的用量为65～75g/(m2·10μm)；对于Zn-Al-RE镀层，锌、铝金属粉的用量为60～70g/(m2·10μm)。试验表明，当金属锌粉细化后，即采用最大粒径小于10微米，粒径范围为0.1～10微米的超细金属锌粉时，在化学活性、比表面积、吸附性、塑性变形等方面发生了极大变化，为形成致密金属层体提供了有利的条件。
本发明采用机械镀的方法，使金属粉在镀液中首先富集成藻团状，随后吸附到工件表面沉积成层，在冲击介质的碰撞作用下经过致密化和变形，逐渐形成镀层；物质传输的过程中，欲镀金属的状态变化为固→固，全过程在室温下进行，组成镀层的金属只发生微粒单元的弹性、塑性变形，以及微粒相互位置的重构，不发生大范围结构的原子重组，且以微粒金属密集堆积成层体；复合稀土金属盐的加入，在镀液环境中形成水溶性稀土金属离子，改善金属锌粉和铝粉与镀液的润湿性，改变金属微粉的富集特性，使其倾向于形成细小的藻团，并改善吸附沉积特性，使得金属粉均匀吸附形成面状沉积，最终使镀层平整、光亮、均匀性好。稀土金属元素在镀层形成后还可以抑制锌基镀层在大气暴露状态下颜色变灰的倾向，提高了镀层的耐腐蚀性，进一步改善机械镀锌基合金镀层的外观，使得薄镀层(＜20微米)呈现银色缎面，厚镀层(＞50微米)呈现银色平整外观。
本发明采用机械镀的方法获得锌基稀土合金镀层，可以避免热浸镀或电镀形成镀层时冶金、电结晶过程的不利于成分控制的因素，同时可以低能耗、减少污染、节约金属。
金属粉可以是金属锌、铝、锌-铝或其它有色金属和合金。由于全过程在常温、常压下，机械镀可以不经过冶金或电结晶过程直接形成锌基合金镀层主体，并可以在形成镀层的过程中加入稀土金属盐得到锌基稀土合金镀层，是一种可节约能源和有色金属、适用于钢铁表面防护的清洁生产工艺。
图1为本发明工艺流程示意图。
具体实施例方式下面将通过具体实施例对本发明作进一步的详述。
实施例1高速公路防护栏高强度紧固螺栓400kg，被镀面积24.4m2，欲镀Zn-RE镀层，厚度大于50微米。工件经酸洗除锈、清水漂洗后倒入镀筒内，在镀筒中装入与工件等体积的玻璃丸，加水至浸没工件和玻璃丸(大约100升)，转动镀筒使工件和玻璃丸充分混合，镀前准备完毕。加入浓度为98％的硫酸300毫升，使镀液pH值为1，在镀筒中形成混合料液。加入1560克最大粒径小于8微米或过1200目的超细纯锌粉，加入占所加入锌粉、亚锡和复合稀土金属盐总重量1％的复合稀土金属盐(组成为1％Ce(SO4)，40％La-RECl3，10％CeCl36H2O，49％Ms-RECl36H2O)配制的水溶性添加剂100毫升，以及重量比浓度为8％的硫酸亚锡水溶液1800毫升，使镀筒以70米/分线速度转动5分钟后在工件上形成一个1.5微米厚的、均匀的Zn-Sn-RE合金基层。然后在混合料液中加入1700毫升复合表面活化剂(见中国专利ZL93105628.4配方一，体积百分比成分为椰子油14～16％，碳酸钾1～2％，50％浓度氢氧化钾10～13％，丙三纯2～3％，水67～72％)、390毫升稀土金属盐合成的水溶性添加剂(即复合稀土金属盐，成分同前面基层建立时加入的一样)；之后进入重复加料增厚镀锌层阶段，每间隔3分钟加入金属锌含量大于94％、最大粒径小于8微米或过1200目的超细纯锌粉1560克，以60米/分的线速度转动镀筒，共计加料5次；其间，在第三次加料后加入100毫升硫酸以保持混合料液的pH值为1。镀层增厚全部加料完毕，在镀筒中加入30升水，滚动3分钟使镀层强化、光亮。混合料液由镀桶中倒出，清洗、分离工件和玻璃丸，工件检验、干燥、入库，玻璃丸返回使用。镀锌全过程34分钟，镀后按检验要求对螺栓的球冠头和螺纹段端面测量厚度，经测厚仪测量，球冠头58微米；端面53微米(要求任意三点的平均值大于50微米)，镀层均匀外观好。中性盐雾试验480小时无红锈。
实施例2普通公制M16螺母200kg，被镀面积14m2，欲镀Zn-RE镀层，厚度大于40微米。工件经酸洗除锈、清水漂洗后倒入镀筒内，在镀筒中装入与工件等体积的玻璃丸，加水至浸没工件和玻璃丸(大约80升)，转动镀筒使工件和玻璃丸充分混合，镀前准备完毕。加入浓度为98％的硫酸240毫升，使镀液pH值为2，在镀筒中形成混合料液。加入800克最大粒径小于8微米或过1200目的超细纯锌粉，加入占所加入锌粉、亚锡和复合稀土金属盐总重量0.01％的复合稀土金属盐(组成为20％Ce(SO4)，5％La-RECl3，30％CeCl3 6H2O，45％Ms-RECl36H2O)配制的水溶性添加剂200毫升，以及重量比浓度为10％的硫酸亚锡水溶液1200毫升，使镀筒以70米/分线速度转动5分钟后在工件上形成一个1.5微米厚的、均匀的Zn-Sn-RE合金基层。然后在混合料液中加入1200毫升复合表面活化剂(中国专利ZL93105628.4配方一，见实施例1)、400毫升稀土金属盐合成的水溶性添加剂(即复合稀土金属盐，成分同前面基层建立时加入的一样)；之后进入重复加料增厚镀锌层阶段，每间隔4分钟加入金属锌含量为94％、最大粒径小于8微米或过1200目的超细纯锌粉830克，以70米/分的线速度转动镀筒，共计加料4次。镀层增厚全部加料完毕，在镀筒中加入20升水，滚动3分钟使镀层强化、光亮。混合料液由镀桶中倒出，清洗、分离工件和玻璃丸，工件检验、干燥、入库，玻璃丸返回使用。镀锌全过程20分钟，镀后按检验要求对螺母外表面测量厚度，经测厚仪测量，镀锌层厚度大于40微米；镀层均匀外观好。中性盐雾试验400小时无红锈。
实施例3￠16弹簧垫片200kg，被镀面积20m2，欲镀Zn-RE镀层，厚度40微米。工件经酸洗除锈、清水漂洗后倒入镀筒内，在镀筒中装入与工件等体积的玻璃丸，加水至浸没工件和玻璃丸(大约100升)，转动镀筒使工件和玻璃丸充分混合，镀前准备完毕。加入浓度为98％的硫酸400毫升，使镀液pH值为1.5，在镀筒中形成混合料液。加入600克最大粒径小于8微米或过1200目的超细纯锌粉，加入占所加入锌粉、亚锡和复合稀土金属盐总重量0.05％的复合稀土金属盐(组成为2％Ce(SO4)，23％La-RECl3，15％CeCl3 6H2O，60％Ms-RECl3 6H2O)配制的水溶性添加剂130毫升，以及重量比浓度为10％的硫酸亚锡水溶液1600毫升，使镀筒以70米/分线速度转动5分钟后在工件上形成一个1.5微米厚的、均匀的Zn-Sn-RE合金基层。然后在混合料液中加入1600毫升复合表面活化剂(中国专利ZL93105628.4配方一，见实施例1)、450毫升稀土金属盐合成的水溶性添加剂(即复合稀土金属盐，成分同前面基层建立时加入的一样)；之后进入重复加料增厚镀锌层阶段，每间隔4分钟加入金属锌含量为95％、最大粒径小于8微米或过1200目的超细纯锌粉1250克，以60米/分的线速度转动镀筒，共计加料4次。镀层增厚全部加料完毕，在镀筒中加入20升水，滚动4分钟使镀层强化、光亮。混合料液由镀桶中倒出，清洗、分离工件和玻璃丸，工件检验、干燥、入库，玻璃丸返回使用。镀锌全过程20～22分钟，镀后按检验要求对弹簧垫片表面进行测量厚度，经测厚仪测量，镀锌层厚度大于40微米；镀层均匀。中性盐雾试验420小时无红锈。
实施例4轿车门锁扣150公斤，被镀面积15m2，欲镀Zn-Al-RE镀层，厚度20微米。工件经酸洗除锈、清水漂洗后倒入镀筒内，在镀筒装入与工件等体积的玻璃丸，加水至浸没工件和玻璃丸(大约60升)，转动镀筒使工件和玻璃丸充分混合，镀前准备完毕。加入浓度为98％的硫酸200毫升，使镀液pH值为1，在镀筒中形成混合料液。加入含3％Al、其余为Zn的金属粉(最大粒径小于30微米或过400目)390克，加入占所加入金属粉、复合稀土金属盐总重量0.05％的复合稀土金属盐(组成为15％Ce(SO4)，35％La-RECl3，30％CeCl3 6H2O，20％Ms-RECl3 6H2O)配制的水溶性添加剂40毫升和重量比浓度为10％的硫酸亚锡水溶液900毫升，使镀筒以80米/分的线速度转动5分钟后在工件上形成一个1微米厚的、均匀的Zn-Al-RE合金基层。续后在混合料液中加入900毫升复合表面活化剂(中国专利ZL93105628.4配方一，见实施例1)，160毫升稀土金属盐合成的水溶性添加剂(成分同前面基层建立阶段)。以后进入重复加料增厚镀锌层阶段，每间隔3分钟加入含3％Al其余为Zn的金属粉390克，以70米/分的线速度转动镀筒，共计加料4次。全部加料完毕后，在镀筒中加入30升水，滚动5分钟使镀层强化、光亮。混合料液由镀桶中倒出。清洗、分离工件和玻璃丸，工件检验、干燥、入库，玻璃丸返回使用。锌层平均厚度23微米，镀层均匀外观好，镀锌全过程28分钟。中性盐雾试验240小时无红锈。
实施例5车库门8″方铰链120kg，被镀面积11.75m2，欲镀Zn-Al-RE镀层，厚度40微米。工件经酸洗除锈、清水漂洗后倒入镀筒内，在镀筒装入与工件等体积的玻璃丸，加水至浸没工件和玻璃丸(大约80升)，转动镀筒使工件和玻璃丸充分混合，镀前准备完毕。加入浓度为98％的磷酸300毫升使镀液pH值为2，在镀筒中形成混合料液。加入含4％Al其余为Zn的金属粉(最大粒径小于30微米或过400目)410克，加入占所加入金属粉、复合稀土金属盐总重量2％的复合稀土金属盐(组成为10％Ce(SO4)，40％La-RECl3，20％CeCl3 6H2O，30％Ms-RECl3 6H2O)配制的水溶性添加剂60毫升和重量比浓度为8％的氯化亚锡水溶液600毫升，使镀筒以60米/分线速度转动5分钟后在工件上形成一个1.5微米厚的、均匀的Zn-Al-RE合金基层。续后，在混合料液中加入700毫升复合表面活化剂(见中国专利ZL93105628.4，配方一)，120毫升稀土金属盐合成的水溶性添加剂(成分同基层建立阶段)。以后进入重复加料增厚镀锌层阶段，每间隔5分钟加入含3％Al的锌粉410克，以40米/分的线速度转动镀筒，共计加料4次。全部加料完毕后，在镀筒中加入40升水，滚动5分钟使镀层强化、光亮。将混合料液由镀桶中倒出，清洗、分离工件和玻璃丸，工件检验、干燥、入库，玻璃丸返回使用。锌层平均厚度43微米，镀层均匀外观好，镀锌全过程34分钟。中性盐雾试验460小时无红锈。
实施例6普通公制M12螺母100kg，被镀面积9m2，欲镀Zn-Al-RE镀层，厚度30微米。工件经酸洗除锈、清水漂洗后倒入镀筒内，在镀筒装入与工件等体积的玻璃丸，加水至浸没工件和玻璃丸(大约60升)，转动镀筒使工件和玻璃丸充分混合，镀前准备完毕。加入浓度为98％的磷酸200毫升使镀液pH值为1，在镀筒中形成混合料液。加入含3％Al其余为Zn的金属粉(最大粒径小于30微米或过400目)300克，加入占所加入金属粉、复合稀土金属盐总重量1％的复合稀土金属盐(组成为1％Ce(SO4)，40％La-RECl3，10％CeCl36H2O，49％Ms-RECl36H2O)配制的水溶性添加剂80毫升和重量比浓度为10％的氯化亚锡水溶液720毫升，使镀筒以60米/分线速度转动5分钟后在工件上形成一个1.5微米厚的、均匀的Zn-Al-RE合金基层。续后，在混合料液中加入750毫升复合表面活化剂(见中国专利ZL93105628.4，配方一)，200毫升稀土金属盐合成的水溶性添加剂(成分同基层建立阶段)。以后进入重复加料增厚镀锌层阶段，每间隔5分钟加入含3％Al的锌粉530克，以40米/分的线速度转动镀筒，共计加料3次。全部加料完毕后，在镀筒中加入20升水，滚动5分钟使镀层强化、光亮。将混合料液由镀桶中倒出，清洗、分离工件和玻璃丸，工件检验、干燥、入库，玻璃丸返回使用。锌层平均厚度31微米，镀层均匀外观好，镀锌全过程20分钟。中性盐雾试验280小时无红锈。
权利要求
1.一种机械镀锌基稀土合金镀层工艺，包括工件镀前处理、基层建立、合金化镀层增厚、镀层强化过程，其特征在于不通过冶金和电结晶过程，在常温、常压的条件下，采用机械镀方法在钢铁制品表面上形成锌基稀土合金镀层；首先对工件进行镀前处理，除去零件表面油污和氧化皮后，将工件装入镀筒，并在筒内装入1～2倍的冲击介质和适量的水，同时加入无机酸调整镀液的pH值至1～2；随后建立基层，在转动的镀筒中加入锌粉、亚锡和复合稀土金属盐溶液，在钢铁基体表面上形成一层1～2微米的Zn-Sn-RE合金基层；基层建立后进行合金化镀层增厚过程，保持镀筒转动和酸性镀液pH值为1～2，形成一个促进合金粉吸附-沉积的环境，再依据镀层成分的需要加入锌粉或锌-铝合金粉，并加入复合稀土金属盐，转动镀筒，使工件表面在冲击介质的碰撞作用下形成所需厚度的合金镀层；镀层加料、增厚完毕后，在镀筒中加入清水至浸没工件和冲击介质，镀筒转动3～5分钟，使镀层组织结构强化、外表光亮，然后将镀件、冲击介质和镀液倾倒出镀筒，分离、清洗镀件和冲击介质，烘干镀件表面的水分后检验入库，冲击介质返回使用。
2.根据权利要求1所述的机械镀锌基稀土合金镀层工艺，其特征在于加入的复合稀土金属盐为由La、Ce、Pr、Nd等稀土金属的氯化盐、硫酸盐合成的水溶性添加剂，其重量百分比成分为Ce(SO4)1～20％，La-RECl35～40％，CeCl36H2O10～30％，Ms-RECl36H2O20～60％；建立基层时，镀筒转动的外接圆线速度为60～80米/分；合金化镀层增厚及镀层强化过程中，镀筒的转速保持线速度为40～70米/分。
3.根据权利要求1或2所述的机械镀锌基稀土合金镀层工艺，其特征在于形成Zn-Sn-RE合金基层时，加入的锌粉、亚锡和复合稀土金属盐总重量中，复合稀土金属盐占0.01～1％，亚锡盐占1～3％，其余为Zn；在合金化镀层增厚过程，通过加入复合稀土金属盐及锌粉或锌-铝合金粉，获得锌基稀土合金镀层(Zn-RE)或锌基铝稀土合金镀层(Zn-Al-RE)；镀层为锌基稀土合金层(Zn-RE)时，在加入总重量中复合稀土金属盐占0.01～1％，其余为锌粉；镀层为锌基铝稀土合金层(Zn-Al-RE)时，在加入总重量中铝粉为1～5％，复合稀土金属盐为0.05～2％，其余为锌粉。
4.根据权利要求1或2所述的机械镀锌基稀土合金镀层工艺，其特征在于加入的金属锌粉，金属锌含量大于94％，最大粒径小于8微米或过1200目；加入的金属铝粉，金属铝含量大于93％，最大粒径小于30微米或过400目；镀层增厚时一般采取分次加料，加料强度控制在每3～5分钟沉积3～10微米镀层厚度。
5.根据权利要求5所述的机械镀锌基稀土合金镀层工艺，其特征在于金属粉的用量与镀件的被镀表面积和欲镀的镀层厚度相关，对于Zn-RE镀层，锌粉的用量为65～75g/(m2·10μm)；对于Zn-Al-RE镀层，锌、铝金属粉的用量为60～70g/(m2·10μm)。
全文摘要
本发明提供一种用机械镀的方法在钢铁零件表面形成锌基稀土合金镀层(Zn－RE、Zn－Al－RE)的方法，属于钢铁材料的表面镀覆工艺技术领域。包括工件镀前处理、基层建立、合金化镀层增厚、镀层强化等过程。采用机械镀方法，对工件进行镀前处理后装入有冲击介质和水的镀筒中，随后加入锌粉、亚锡和复合稀土金属盐溶液，转动镀筒，在钢铁基体表面上形成合金基层；加入表面活化液、沉积性活化剂、复合稀土金属盐，再加入锌粉或锌－铝合金粉，进行合金镀层增厚；最后加水转动镀筒，强化镀层组织结构强化。具有污染少、能耗小、节约金属，所得镀层性能好的优点。
文档编号C23C24/00GK1789491SQ20051004874
公开日2006年6月21日 申请日期2005年12月23日 优先权日2005年12月23日
发明者何明奕, 刘丽, 王胜民, 赵晓军, 彭增华, 谭蓉, 裴和中, 史志民 申请人:昆明理工大学