本发明属于表面工程领域，涉及一种金属材料表面化学热处理方法，具体涉及钢铁表面锌铝共渗渗剂及共渗层的制备方法。
背景技术：
粉末包埋渗技术是将粉末渗剂与钢铁材料共同置于密闭的容器中，加热到一定温度后保温一定时间，使钢铁材料表面形成涂层的一种方法。与其它方法相比，粉末包埋渗工艺具有操作简单，涂层均匀，厚度可控，可用于形状复杂的零件等优点。
粉末渗锌/铝技术所制备的涂层主要是为了提高钢铁材料的耐蚀性。随着科学技术的发展,对钢铁材料表面耐腐蚀性能的要求越来越高，渗入单一元素所得到的涂层已不能完全满足要求,渗入两种元素所得到的涂层已经广泛应用。共渗可以吸收各单一元素渗的优点，弥补其不足，使钢铁材料表面获得更好的综合性能。中国专利(公开号为cn1428454a，公开日为2003年7月9日)公开了一种钢铁制品锌铝包埋共渗方法及其渗剂，其采用粉末包埋锌铝共渗法在400℃-600℃下保温3-10小时，在钢铁制品表面制备锌铝涂层，使用的渗剂各组分的质量百分比为：锌粉30％-60％，铝粉(或者锌铝合金粉)2％-15％，活化剂0.1％-2.0％，余量为氧化铝。中国专利(公开号为cn102041472a，公开日为2011年5月4日)公开了一种钢铁结构件的表面处理方法，采用的渗剂各组分的质量份数为：锌粉40-50份，铝粉8-12份，nh4cl1-2份，α-al2o337-51份。d.chaliampalias等人采用粉末包埋锌铝共渗法在400℃下保温4小时，在钢铁材料表面制备涂层，所用渗剂各组分的质量百分比为：锌粉50％，铝粉10％，氯化铵2.0％，氧化铝38％(d.chaliampalias,m.papazoglou,s.tsipas,e.pavlidou,s.skolianos,g.stergioudis,g.vourlias.theeffectofalandcradditionsonpackcementationzinccoatings,appliedsurfacescience,2010,256:3618-3623.)。目前，已有的关于钢铁表面锌铝包埋共渗涂层的制备方法，共渗温度大都不低于400℃，而且共渗剂中均含有大量的氧化铝填充剂，既浪费能源，又浪费资源。而关于400℃以下无填充剂锌铝共渗的研究则鲜见报导。
本发明首先研发钢铁低温锌铝共渗渗剂，采用的原料及按重量百分比的成分配比为：锌粉70％-94％，铝粉5％-25％，氯化铵1％-5％。该锌铝共渗渗剂的关键在于预先将锌粉进行热处理，使之活化。然后将热处理后的锌粉与铝粉、氯化铵按比例称量后混合均匀，即得钢铁低温锌铝共渗渗剂。将钢铁材料紧密包埋在本发明研发的共渗渗剂中，密封后抽真空，在一定温度保温一定时间，冷却至室温后，即可在钢铁表面形成一层富含锌和铝的共渗涂层。本发明开发的一种钢铁材料低温锌铝共渗渗剂及共渗方法，共渗剂原料成分简单，易混合均匀，共渗过程温度低，节约能源，渗剂不结块，可以多次使用，钢铁材料试样不变形，共渗层厚度均匀，表面无粘结物，具有广阔应用前景。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是开发一种钢铁低温锌铝共渗的渗剂，并提供一种在低温下制备钢铁材料表面锌铝共渗层的方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：本发明研发的钢铁低温锌铝共渗渗剂，其特征在于，采用的原料及按重量百分比的成分配比为：锌粉70％-94％，铝粉5％-25％，氯化铵1％-5％。该锌铝共渗渗剂的关键在于预先将锌粉进行热处理，使之活化。然后将热处理后的锌粉与铝粉、氯化铵按比例称量后混合均匀，即得钢铁低温锌铝共渗渗剂。本发明研发的一种在低温下制备钢铁材料表面锌铝共渗层的方法，其特征在于，将钢铁材料包埋在本发明研发的含有锌粉和铝粉的共渗渗剂中，密封后抽真空，在360℃-420℃下保温3-12小时，冷却至室温后，即可在钢铁表面形成一层富含锌和铝的共渗涂层。
本发明的具体工艺流程为：
(1)首先准备原材料，原材料为锌粉、铝粉和氯化铵，所述锌粉为分析纯，含锌量≥95wt.％，颗粒直径200-300nm，所述铝粉含铝量≥99wt.％，粒度为100-150目，所述氯化铵粒度为10-50目；
(2)将锌粉装入密封钢制容器中,将装填好的密封钢制容器置于真空炉中，抽真空度至-0.2mpa后，加热至415℃-430℃，保温4-12小时，然后随炉冷却至室温；
(3)从真空炉中取出锌粉，用研钵研磨，筛选出粒度为100-250目的锌粉，备用；
(4)将步骤(3)获得的热处理后的锌粉及原料铝粉和氯化铵按重量百分比为锌粉70％-94％、铝粉5％-25％、氯化铵1％-5％的比例称量后混合，用研钵研磨30分钟以保证混合均匀，即可获得钢铁低温锌铝共渗的渗剂；
(5)将步骤(4)获得的共渗渗剂与欲渗钢铁材料试样共同装入钢制容器中，使共渗渗剂紧密包埋在钢铁试样周围，将钢制容器密封，然后置于真空炉中，抽真空度至-0.2mpa后，加热至360℃-420℃，保温3-12小时，停止加热，随炉冷却至室温后，将钢铁材料取出，在钢铁材料表面获得一层富含锌和铝的涂层。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)共渗温度低，不会造成钢铁材料的变形，同时节约能源；
(2)共渗剂原料成分简单，易配置，易混合均匀；
(3)共渗温度较低，渗剂不结块，可以多次使用；
(4)共渗层厚度均匀，表面无粘结物。
附图说明
图1是采用本发明低温锌铝共渗渗剂的42crmo钢在380℃保温4小时获得的表面锌铝共渗涂层截面照片。
具体实施例
下面结合附图对本发明作详细说明：
本发明的目的是开发一种钢铁低温锌铝共渗的渗剂，并提供一种在低温下制备钢铁材料表面锌铝共渗层的方法。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：首先研发钢铁低温锌铝共渗渗剂，采用的原料及按重量百分比的成分配比为：锌粉70％-94％，铝粉5％-25％，氯化铵1％-5％。该锌铝共渗渗剂的关键在于预先将锌粉进行热处理，使之活化。然后将热处理后的锌粉与铝粉、氯化铵按比例称量后混合均匀，即得钢铁低温锌铝共渗渗剂。将钢铁材料包埋在本发明研发的共渗渗剂中，密封后抽真空，在一定温度保温一定时间，冷却至室温后，即可在钢铁材料表面形成一层富含锌和铝的共渗涂层。
具体实施例：
用于42crmo钢的锌铝共渗渗剂及共渗方法，包括下述步骤：
(1)首先准备原材料，原材料为锌粉、铝粉和氯化铵，所述锌粉为分析纯，含锌量≥95wt.％，颗粒直径200-300nm，所述铝粉含铝量≥99wt.％，粒度为100-150目，所述氯化铵粒度为10-50目；
(2)将锌粉装入密闭容器中，将装填好的密封容器置于真空炉中，抽真空度至-0.2mpa后，加热至420℃，保温6小时后，停止加热，随炉冷却至室温；
(3)从真空炉中取出锌粉，用研钵研磨，筛选出粒度为150-250目的锌粉，备用；
(4)将经步骤(3)获得的热处理后的锌粉及原料铝粉及氯化铵按88：10：2的重量比称量后混合，用研钵研磨30分钟以保证混合均匀，即可获得钢铁低温锌铝共渗的渗剂；
(5)将步骤(4)获得的共渗渗剂与42crmo钢试样共同装入钢制容器中，使共渗渗剂紧密包埋在42crmo钢试样周围，将钢制容器密封，然后置于管式真空炉中，抽真空度至-0.2mpa后，加热升温到380℃，保温4小时，停止加热，随炉冷却至室温后，取出42crmo钢试样，在42crmo钢试样表面获得锌铝共渗涂层(见图1)。该锌铝共渗涂层厚度均匀，表面无粘结物。由于共渗温度低，不会造成钢铁材料的变形，节约能源，渗剂不结块，可以多次使用。同时，共渗剂原料成分简单，易配置，易混合均匀。