本发明属于金属材料表面镀覆技术领域，具体涉及一种快速无污染的镀锌方法。
背景技术：
镀锌是金属表面最常见的防腐蚀方法，目前最常用的镀锌方法是电镀锌和热镀锌。机械镀锌技术需要采用锌粉、表面活性剂、沉积性活化剂、无机盐添加剂等，工序繁杂，环境污染大。热镀锌技术通常需要将待镀锌板材浸入高温锌液中，获得镀层后还需进行特殊的冷却工艺，工艺复杂，能耗高。上述两种镀锌方法的工艺复杂、成本高，且不可避免地对环境带来一定污染。专利公开号为cn101348909b的“机械镀锌剂钛合金镀层工艺”和专利公开号为cn103334100a的“机械镀锌工艺”均公开了利用机械镀的方法在工件表面上获得镀层的新工艺，但上述专利公开的方法仍需采用冲击介质、引发剂、钝化液等多种添加剂，能源损耗大，而且工艺步骤多，过程复杂。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供了一种快速无污染的镀锌方法。该镀锌方法利用滑动摩擦处理的方法在金属板材表面快速获得锌镀层，该方法无需采用冲击介质、引发剂、钝化液等多种添加剂，基本无能源损耗，能够快速无污染的镀锌，而且该镀锌方法可借助申请号为201110277356.6公开的“一种利用滑动摩擦实现金属材料表面纳米化的方法”中所公开装置，依靠该装置，镀锌过程简便、可控，并且镀锌层与金属基体材料结合力强，结合处不存在任何裂纹和其他缺陷。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种快速无污染的镀锌方法，其特征在于，该方法为：将负载有500n～900n载荷的锌球压紧于金属板材上，控制所述金属板材沿x方向做往复运动使得锌球在所述金属板材表面滑动摩擦，当金属板材沿x方向往复运动一次时，控制所述金属板材沿y方向平移200μm～800μm后再沿x方向往复运动，持续运动至金属板材的表面均完成一次滑动摩擦工序，重复所述一次滑动摩擦工序20～90次，最终在金属板材的表面得到镀锌层，所述金属板材的维氏硬度高于锌球。
上述镀锌方法的原理为：锌球的硬度低于金属板材的硬度，当金属板材在负载载荷的锌球下滑动摩擦时，锌球发生磨损，在摩擦的作用下锌球中的锌被不断地冷焊到金属板材表面形成机械咬合或冶金结合，因而，将所述一次滑动摩擦工序重复多次，即可在金属板材表面得到镀锌层。
上述的一种快速无污染的镀锌方法，其特征在于，所述滑动摩擦处理的过程中金属板材沿x方向往复运动的速度为0.2m/s～0.4m/s。
上述的一种快速无污染的镀锌方法，其特征在于，所述镀锌层的厚度为60μm～150μm，镀锌层的厚度与重复的一次滑动摩擦工序的次数相关，一般重复20～90次就能达到常规金属防腐所要求的镀锌层的厚度，控制镀锌层的方式简便。
上述的一种快速无污染的镀锌方法，其特征在于，所述锌球的直径为10mm～25mm；所述锌球的锌含量为99.9wt％，杂质铁含量为0.1wt％。
上述的一种快速无污染的镀锌方法，其特征在于，所述锌球的维氏硬度低于40。由于锌球需要在一定的载荷下冷焊到金属板材表面形成机械咬合或冶金结合，若锌球的维氏硬度高于40，则其需要负载更大的载荷，这增加了设备的负担，并且金属板材沿x方向往复运动的速度也需要相应的降低，则镀锌效率低，无形增加企业的生产成本。
上述的一种快速无污染的镀锌方法，其特征在于，所述金属板材为钢板材、铝合金板材、镁合金板材、钛合金板材、锆合金板材、铌合金板材或钽合金板材，这基本涵盖了大多数种类的板材，说明本发明的方法可广泛应用。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明的镀锌方法简单，工艺精简，无需加热冷却等工序，镀锌速度快，成本低，且无需任何添加剂，因而不会对环境造成任何污染，并且大尺寸的金属板材表面实现快速镀锌，并不局限于实验室规模。
2、本发明采用的锌球价格低廉易于采购，且锌球的硬度通常远低于常规金属(如钢、铝合金、镁合金、钛合金、锆合金、铌合金或钽合金)板材，在具有载荷的条件下通过滑动摩擦不断地冷焊在金属板材上，因此利用本发明的方法可在多种金属材料表面获得镀锌层，而且本发明的方法无需采用冲击介质、引发剂、钝化液等多种添加剂。
3、本发明创新地将申请号为201110277356.6的发明专利“一种利用滑动摩擦实现金属材料表面纳米化的方法”中所公开的装置用于镀锌中，开发了该装置的另外一个用途，用于在金属板材表面镀锌，该装置的摩擦机构采用锌球，将金属板材固定于工作平台上，解决了现有镀锌方法中过程复杂、能源消耗大，具有一定的污染性等问题。
下面通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的详细说明。
附图说明
图1为本发明实施例1中20号钢板经滑动摩擦处理后得到的锌镀层与20号钢板界面附近的元素分布图。
图2为本发明实施例1中20号钢板经滑动摩擦处理后得到的锌镀层与20号钢板的截面扫描照片。
图3为本发明实施例2中7075铝合金经滑动摩擦处理后得到的锌镀层与7075铝合金界面附近的元素分布图。
图4为本发明实施例2中7075铝合金经滑动摩擦处理后得到的锌镀层与7075铝合金的截面扫描照片。
具体实施方式
实施例1
本实施例快速无污染的镀锌方法为：将负载500n载荷的锌球置于1.8mm厚20号钢板上，控制20号钢板沿x方向做往复运动使得锌球在20号钢板表面滑动摩擦，当20号钢板沿x方向往复运动一次时，控制20号钢板沿y方向平移200μm后再沿x方向往复运动，持续运动至20号钢板待镀锌的表面均完成一次滑动摩擦工序，然后在20号钢板待镀锌的表面重复所述一次滑动摩擦工序20次；所述20号钢板沿x方向往复运动的速度为0.2m/s；所述摩擦副为直径为10mm的锌球；所述锌球的锌含量为99.9wt％，杂质铁含量为0.1wt％；经mvs1000jmt2型维氏硬度计测试所述锌球的维氏硬度为28；经测试待镀锌20号钢板的维氏硬度为143。
图1为20号钢板经滑动摩擦处理后得到的锌镀层与20号钢板界面附近的元素分布图，元素分布图的上部为锌镀层(zn)，下部为20号钢板，20号钢板中主要含铁元素(fe)，由此可判断镀锌层的厚度为90μm。图2是与图1对应界面处的扫描形貌图，结合图1可确定20号钢板/锌镀层的界面是在图2中白色虚线处，由图可知20号钢板与镀锌层界面处不存在任何裂纹和其他缺陷，表明本实施例制备的锌镀层与20号钢板呈现完美的冶金结合。
实施例2
本实施例快速无污染的镀锌方法为：将负载900n载荷的摩擦副置于3mm厚7075铝合金板上，控制7075铝合金板沿x方向做往复运动使得锌球在7075铝合金板表面滑动摩擦，当7075铝合金板沿x方向往复运动一次时，控制7075铝合金板沿y方向平移800μm后再沿x方向往复运动，持续运动至7075铝合金板待镀锌的表面均完成一次滑动摩擦工序，然后在7075铝合金板待镀锌的表面均重复所述一次滑动摩擦工序90次；所述7075铝合金板沿x方向往复运动的速度为0.4m/s；所述锌球的直径为25mm；所述锌球的锌含量为99.9wt％，杂质铁含量为0.1wt％；经mvs1000jmt2型维氏硬度计测试所述锌球的维氏硬度为31；经测试7075铝合金的维氏硬度为175。
图3为7075铝合金经滑动摩擦处理后得到的锌镀层与7075铝合金界面附近的元素分布图，该元素分布图的上部为锌镀层(zn)，下部为7075合金(al)，由此可判断镀锌层厚度为60μm。图4是与图3对应界面处的扫描形貌图，结合图3可确定7075铝合金/锌镀层的界面是在图4中白色虚线处，可判断界面处不存在任何裂纹和其他缺陷，表明本实施例制备的锌镀层与7075铝合金呈现完美的冶金结合。
实施例3
本实施例快速无污染的镀锌方法为：将负载700n载荷的摩擦副置于tc4钛合金板上，控制tc4钛合金板沿x方向做往复运动使得锌球在tc4钛合金板表面滑动摩擦，当tc4钛合金板沿x方向往复运动一次时，控制tc4钛合金板沿y方向平移500μm后再沿x方向往复运动，持续运动至tc4钛合金板待镀锌的表面均完成一次滑动摩擦工序，然后在tc4钛合金板待镀锌的表面均重复所述一次滑动摩擦工序50次；所述板材沿x方向往复运动的速度为0.3m/s；所述锌球的直径为15mm；所述锌球的锌含量为99.9wt％，杂质铁含量为0.1wt％；经mvs1000jmt2型维氏硬度计测试所述锌球的维氏硬度为22；经测试tc4钛合金板的维氏硬度为202。
本实施例在tc4钛合金板上也获得了均匀的锌镀层，镀层厚度为150μm。经检测，本实施例tc4钛合金板/锌镀层的界面处不存在任何裂纹和其他缺陷，说明tc4钛合金板与锌镀层呈现完美的冶金结合。
本发明实施例1～实施例3的镀锌过程中滑动摩擦时所用的装置为发明专利“一种利用滑动摩擦实现金属材料表面纳米化的方法”(申请号为201110277356.6)中所公开装置。
本发明的实施例中所用的金属板材不局限与钢板材、铝合金板材和钛合金板材，还可以是镁合金板材、锆合金板材、铌合金板材或钽合金板材，都能很好地在板材的表面镀锌，并且锌镀层结合强度高。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制。凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。