一种用于锌铝镁稀土共渗层的共渗剂的制作方法
【技术领域】：
[0001] 本发明涉及金属材料表面化学热处理领域，特别涉及一种用于锌铝镁稀土共渗层 的共渗剂。
【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、渗锌以及锌铝镁稀土 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，成为目前的研宄热点。
[0003] Samuel R. Cross.等[Computational design and optimization of multi layered and functionalIy graded corrosion coatings.Corrosion Science. 2013, 77, 297-307]研宄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。
[0004] 常规的锌铝合金共渗方法包括两个主要过程：热浸过程和扩散过程，其中扩散过 程一般为数小时，耗能高，工艺时间长，且共渗层比例不明显。
[0005] 因此实现快速、高效制备锌铝镁共渗层，实现其工业化生产，成为目前锌铝镁共渗 工艺的难点。本发明主要是为解决现有技术中热浸镀锌铝镁存在的工艺要求高、镀层表面 不均匀、无法形成高性能渗层等不足与问题。
【发明内容】
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[0006] 本发明提供了一种适用于金属材料的铝、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的锌铝镁稀土共渗层及制备方法
[0007] 本发明是通过以下措施实现的：
[0008] 一种用于锌铝镁稀土共渗层的共渗剂，各组分的重量百分数如下：
[0009] ZnCl2 15 % -25 % ;CaF2 3 % -6 % ;NaF 10 % -15 % ;CeCl2 0· 5-3. 5 % ;SnCl2 6 % -10 % ;CaCl24. 5 % -6· 5 % ;H202 0· 5-2 % ;Κ2Μη04 0· I % -0· 4 % ;复合表面活性剂 1% -2. 5%，其余为水。
[0010] 其中，锌铝镁稀土合金共渗层中各组分含量如下：35% -48% Al、5% -9% Mg、 26% -53% Zn、I % -3 %含Ce混合稀土（稀土为市售Al-RE合金）、其余为金属基材。
[0011] 优选的是，所述复合表面活性剂为脂肪醇醚硫酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚、全氟辛基 磺酰季碘化物或脂肪酸二乙醇胺中的一种及其混合物。
[0012] 当制备锌-35%、铝-8%、Mg-Ι%、含Ce混合稀土共渗层时，所述共渗剂的优选配 比为：
[0013] ZnCl2 15%；CaF2 3%；NaF 10%；CeCl2 0. 5%；SnCl2 6%；CaCl2 4. 5%；H202 0.5%； K2MnO4O. 1% ;复合表面活性剂1%，其余为水。
[0014] 当制备锌-41 %、铝-10%、Mg_2%、含Ce混合稀土共渗层时，所述共渗剂的优选配 比为：
[0015] ZnCl2 20% ；CaF2 4. 5% ；NaF 13% ；CeCl2 2% ；SnCl2 8% ；CaCl2 5% ；H202 I. 2% ； K2MnO4O. 2% ;复合表面活性剂I. 8%，其余为水。
[0016] 当制备锌-48%、铝-13%、Mg_3%、含Ce混合稀土共渗层时，所述共渗剂的优选配 比为：
[0017] ZnCl2 25%；CaF2 6% ；NaF 15% ；CeCl2 3. 5% ；SnCl2 10% ；CaCl2 6. 5% ；H202 2%； K2MnO4O. 4% ;复合表面活性剂2. 5%，其余为水。
[0018] 上述的任一共渗剂在制备锌铝镁稀土合金共渗层中的应用，将经超声波清洗过的 金属构件浸入80_90°c的所述的共渗剂中0. 5-3min，在120-150°c下烘干15-25S，然后在锌 铝镁稀土合金液中进行热浸，持续时间为0. 5-2. 5min。
[0019] 本发明涉及共渗剂不含易挥发铵盐类成分，能有效降低环境污染。本发明中NaF、 CaF2含量高，其主要作用是剥离金属构件的铁盐及氧化物，并将脱离剥离的铁盐杂质和氧 化物杂质包裹。带至锌铝镁合金液表面，且在金属表面形成界面活化，有利于提高锌铝镁稀 土合金与金属构件冶金结合度，避免共渗层脱落；适量的CeCl 2，主要作用是与金属中的铁 发生反应，在钢丝表面先置换形成Ce薄层，降低铝对热浸过程的危害；添加适量Η20 2、Κ2Μη04 可以使金属表面的亚铁盐氧化成有利于形成锌铝镁稀土合金共渗层的三价铁。本发明中复 合表面活性剂作用是降低金属构件的表面张力，提高合金液润湿性，同时与共渗剂其他成 分一起有效地降低锌铝镁稀土共渗合金过程中高铝、镁含量所导致的剂失效和共渗层与金 属材料间结合度差等现象。
[0020] 本发明通过合理的共渗剂配方在金属表面利用热浸过程得到锌铝镁稀土合金共 渗层。共渗层与金属构件各自保持原有的性能，共渗层结构致密。共渗层耐蚀性能是普通铝 渗层的2?4倍。该共渗剂成本低，可重复使用、易工业化生产，能广泛适用于35% -48% Al、5% -9% Mg、l% -3%含Ce混合稀土含量的锌铝镁稀土合金共渗工艺。
【附图说明】
[0021] 图1实施例3锌铝镁稀土共渗层表面成分分析图
【具体实施方式】：
[0022] 下面结合实施例进一步说明：
[0023] 实施例1 :获得锌-35%、铝-5%、Mg_l%、含Ce混合稀土共渗层的共渗剂配方，组 分如下：
[0024] ZnCl2 15%；CaF2 3%；NaF 10%；CeCl2 0. 5%；SnCl2 6%；CaCl2 4. 5%；H202 0.5%； K2MnO4O. 1% ;脂肪醇醚硫酸钠 1%，其余为水。
[0025] 金属构件经脱脂、酸洗、碱洗流程后，浸入80°C所述的共渗剂中，在120°C下烘干 15s，然后在锌铝镁稀土合金液中进行热浸0.5min，冷却后金属表面光洁度良好。共渗层 厚度约为20 μ m，中性盐雾试验结果显示出现锈点时间500h，传统热镀锌出现锈点时间为 140h，使用寿命高于热浸镀纯锌。
[0026] 实施例2 :获得锌-41 %、铝-7%、Mg_2%、含Ce混合稀土共渗层的共渗剂配方，组 分如下：
[0027] ZnCl2 20% ;CaF2 4. 5% ;NaF 13% ;CeCl2 2% ;SnCl2 8% ;CaCl2 5% ;H202 1. 2% ; K2MnO4O. 2% ;、脂肪醇聚氧乙烯醚I. 8%，其余为水。
[0028] 金属构件经脱脂、酸洗、碱洗流程后，浸入85°C所述的共渗剂中，在IKTC下烘干 20s，然后在锌铝合金液中进行热浸2min，冷却后金属表面光洁度良好。共渗层厚度约为 25 μm，中性盐雾试验结果显示出现锈点时间780h，传统热镀锌出现锈点时间为140h，使用 寿命高于热浸镀纯锌。
[0029] 实施例3 :获得锌-48%、铝-9%、Mg_3%、含Ce混合稀土共渗层的共渗剂配方，组 分如下：
[0030] ZnCl2 25%；CaF2 6% ；NaF 15% ；CeCl2 3. 5% ；SnCl2 10% ；CaCl2 6. 5% ；H202 2%； K2MnO4O. 4% ;、全氟辛基磺酰季碘化物或脂肪酸二乙醇胺2. 5%，其余为水。
[0031] 金属构件经脱脂、酸洗、碱洗流程后，浸入90°C所述的共渗剂中，在120°C下烘干 25s，然后在锌铝合金液中进行热浸3min，冷却后金属表面光洁度良好。共渗层厚度约为 35μπι，中性盐雾试验结果显示出现锈点时间1070h，传统热镀锌出现锈点时间为140h，使 用寿命高于热浸镀纯锌。
[0032] 对上述锌铝镁稀土共渗层表面成分进行分析，结构如图1所示：
[0033] 处理选项：已分析所有元素（已归一化）
[0034]
【主权项】
1. 一种用于锌铝镁稀土共渗层的共渗剂，其特征在于，各组分的重量百分数如下： ZnCl 215 % -25 % ;CaF23 % -6 % ;NaF 10 % -15 % ;CeCl20. 5-3. 5 % ;SnCl26 % -10 % ; CaCl24. 5% -6. 5% ;H2020. 5-2% ;K2Mn040. 1% -0. 4% ;复合表面活性剂 1% -2. 5%，其余为 水； 其中，锌铝镁稀土合金共渗层中各组分含量如下：35 % -48% Al、5 % -9 % Mg、 26% -53% Zn、l % -3%含Ce混合稀土、其余为金属基材。
2. 权利要求1所述的共渗剂，其特征在于，所述复合表面活性剂为脂肪醇醚硫酸钠、月旨 肪醇聚氧乙烯醚、全氟辛基磺酰季碘化物或脂肪酸二乙醇胺中的一种及其混合物。
3. 权利要求1或2所述的共渗剂，其特征在于，当制备锌-35%、铝-5 %、Mg-l %、含Ce 混合稀土共渗层时，所述共渗剂的配比为： ZnCl215%%；CaF23%%；NaF 10%%；CeCl20. 5% ；SnCl26% % ；CaCl24. 5%%；H2020. 5%； K2Mn040. 1%% ;复合表面活性剂1%%，其余为水。
4. 权利要求1或2所述的共渗剂，其特征在于，当制备锌-41 %、铝-7 %、Mg-2 %、含Ce 混合稀土共渗层时，所述共渗剂的配比为： ZnCl220% ；CaF24. 5% ；NaF 13% ；CeCl22% ；SnCl28% ；CaCl25% ；H2021. 2% ；K2Mn040. 2% ； 复合表面活性剂1. 8%，其余为水。
5. 权利要求1或2所述的共渗剂，其特征在于，当制备锌-48%、铝-9 %、Mg-3 %、含Ce 混合稀土共渗层时，所述共渗剂的配比为： ZnCl225% ；CaF26% ；NaF 15% ；CeCl23. 5% ；SnCl210% ；CaCl26. 5% ；H2022% ；K2Mn040 . 4% ； 复合表面活性剂2. 5%，其余为水。
6. 根据权利要求1-5任一所述的共渗剂在制备锌铝镁稀土合金共渗层中的应用，其 特征在于，将经超声波清洗过的金属构件浸入80-90°C的所述的共渗剂中0. 5-3min，在 120-150°C下烘干15-25s，然后在锌铝镁稀土合金液中进行热浸，持续时间为0. 5-2. 5min。
【专利摘要】本发明涉及属于金属材料表面技术领域，特别涉及一种用于锌铝镁稀土共渗层的共渗剂。锌铝镁三元共渗层合金成分范围，35％-48％Al、5％-9％Mg、26％-53％Zn、其余为金属基材，共渗剂其成分质量百分比如下：ZnCl215％-25％；NaF1％-5％；CeCl20.5-3.5％；CaCl24.5％-6.5％；H2O20.5-2％；ZT601表面活性剂0.5％-1％；复合表面活性剂0.1％-0.5％，其余为水。锌铝镁稀土合金共渗层中含有25％-50％Al。将经超声波清洗过的金属构件浸入80-90℃的所述的共渗剂中0.5-3.5min，在100-120℃下烘干20-25s，然后在锌铝合金液中进行热浸，持续时间为0.5-1.5min。本发明锌铝共渗工艺基础上，通过一定配比的铝、镁合金，一定范围温度条件下，一定的处理工艺，配合自行研发的共渗剂，在金属材料表面制备锌铝镁稀土共渗层。该制备方法成本低，易工业化生产制备。
【IPC分类】C23C10-52
【公开号】CN104611667
【申请号】CN201510041671
【发明人】郭凯, 李辛庚, 岳增武, 傅敏, 王晓明, 闫风洁, 王学刚, 曹建梅, 樊志彬
【申请人】国家电网公司, 国网山东省电力公司电力科学研究院
【公开日】2015年5月13日
【申请日】2015年1月27日